魯楊，趙天銘，池哲勖，王迪

（浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 310058）

1 腫瘤與腫瘤微環(huán)境

癌癥作為一種復(fù)雜的疾病，源于多種遺傳和表觀遺傳學(xué)變化，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)生命健康。近20 年來(lái)，隨著對(duì)癌癥的深入研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腫瘤不只是由增殖失控的細(xì)胞組成的島狀團(tuán)塊，而是由多種不同類(lèi)型細(xì)胞構(gòu)成的復(fù)雜體系[1]，各類(lèi)細(xì)胞間的相互作用很大程度上影響著腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移，并據(jù)此提出了“腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）”的概念。TME 是腫瘤細(xì)胞賴(lài)以生存的復(fù)雜環(huán)境，由腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞以及相應(yīng)細(xì)胞的分泌產(chǎn)物和細(xì)胞外基質(zhì)組成。其中，免疫細(xì)胞是塑造抑制性微環(huán)境的關(guān)鍵參與者。與在正常組織中相比，在TME 中，免疫細(xì)胞發(fā)揮著截然不同，甚至相反的功能。TME 呈現(xiàn)出的離子穩(wěn)態(tài)失衡、偏酸性、低氧、乳酸增加、葡萄糖濃度降低、營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)以及分泌組變化等特征，可導(dǎo)致免疫細(xì)胞的代謝重編程進(jìn)而改變它們應(yīng)有的功能，以致表現(xiàn)出減弱的炎癥反應(yīng)或增強(qiáng)的抑制性功能，從而協(xié)助了腫瘤的免疫逃逸。因此，免疫細(xì)胞的代謝重編程是其功能轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，對(duì)于腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移的影響尤為關(guān)鍵。

1.1 腫瘤細(xì)胞代謝的特點(diǎn)

基因突變導(dǎo)致的腫瘤細(xì)胞代謝重編程是TME形成的關(guān)鍵因素，其最顯著的特點(diǎn)體現(xiàn)在“瓦伯格效應(yīng)”，即主要采取有氧糖酵解的方式供能。

在腫瘤細(xì)胞中瓦伯格效應(yīng)導(dǎo)致的代謝和功能的改變包括：1）葡萄糖攝入量上升，糖酵解通量顯著上調(diào)，微環(huán)境內(nèi)營(yíng)養(yǎng)匱乏、乳酸堆積，丙酮酸進(jìn)入線粒體減少，導(dǎo)致三羧酸循環(huán)途徑被抑制；2）脂代謝上調(diào)，為腫瘤細(xì)胞快速供能[2]；3）氨基酸代謝改變，包括谷氨酰胺（glutamine，Gln）、精氨酸、色氨酸在內(nèi)的多種氨基酸代謝途徑、產(chǎn)物或通量改變；4）合成代謝上調(diào)，包括核苷酸合成、非必需氨基酸合成、脂類(lèi)合成和己糖胺合成在內(nèi)的各類(lèi)合成代謝上調(diào)，消耗大量能量；5）戊糖磷酸途徑（pentose phosphate pathway，PPP）上調(diào)，維持細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)，并下調(diào)了活性氧的生成[3]。

1.2 腫瘤微環(huán)境的特點(diǎn)

TME 由多種多樣的細(xì)胞與非細(xì)胞組分構(gòu)成，主要包括腫瘤細(xì)胞、腫瘤干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、周皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和可溶性信號(hào)分子等，并且各種細(xì)胞的形態(tài)、功能都與在正常組織中有所不同[4]（見(jiàn)圖1）。

圖 1 腫瘤進(jìn)展后期腫瘤微環(huán)境的組分及特征Figure 1 The composition and characteristics of tumor microenvironment in the late stage of tumor progression

TME 最大的特點(diǎn)在于組成成分的動(dòng)態(tài)變化，該特點(diǎn)在腫瘤進(jìn)展后期尤為顯著。在腫瘤形成初期，TME 是高促炎信號(hào)的免疫促進(jìn)環(huán)境，免疫細(xì)胞趨向于表現(xiàn)為促炎表型；在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，TME 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈脱酢⒌蚿H、低葡萄糖濃度、高脂肪酸濃度、低氨基酸濃度、高腺苷濃度、高乳酸濃度的免疫抑制環(huán)境，免疫細(xì)胞趨向于表現(xiàn)為抑制性表型。不同于機(jī)體內(nèi)部的其他微環(huán)境，TME 變化主要由腫瘤細(xì)胞主導(dǎo)而非機(jī)體本身，很大程度上脫離機(jī)體控制。在這種復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的、不可控的微環(huán)境中，各類(lèi)非腫瘤細(xì)胞發(fā)揮的功能也是復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的，例如其中的免疫細(xì)胞會(huì)分化為不同表型、不同代謝特征以及不同功能的亞群，分別起到抗腫瘤或促腫瘤的作用，并通過(guò)其自身代謝進(jìn)一步改變TME，形成復(fù)雜精密的、相互影響的作用網(wǎng)絡(luò)[5]。

2 腫瘤微環(huán)境中的巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞是TME 的重要組成成分，在一些實(shí)體瘤中，巨噬細(xì)胞在TME 中所占的質(zhì)量甚至超過(guò)50%[6]。

巨噬細(xì)胞通常根據(jù)其不同的表面分子表達(dá)、分泌譜和功能被分為促炎的M1 型巨噬細(xì)胞和抗炎的M2 型巨噬細(xì)胞。但值得注意的是，巨噬細(xì)胞真正的分型遠(yuǎn)比M1 和M2 二元分類(lèi)更為復(fù)雜，M1 和M2 型僅是巨噬細(xì)胞體外極化的極端情況，實(shí)際上，它們之間的分界是模糊的，存在著更多的過(guò)渡亞型[7]。因此在TME 中，將它們稱(chēng)為“類(lèi)M1 型腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞”和“類(lèi)M2 型腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞”是更準(zhǔn)確的說(shuō)法[8]（見(jiàn)圖2）。在腫瘤發(fā)展的不同時(shí)期，由于TME 的動(dòng)態(tài)變化，這2 種類(lèi)型的巨噬細(xì)胞按不同的比例共存。已有大量的研究表明，在腫瘤發(fā)生前期，更多的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)為促炎抗癌的類(lèi)M1型，其后在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中過(guò)渡到以抗炎促癌的類(lèi)M2 型巨噬細(xì)胞為主[9]。

圖 2 腫瘤增殖過(guò)程中巨噬細(xì)胞的主要極化趨勢(shì)Figure 2 Major polarization trends of macrophages during tumor proliferation

2.1 類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞

在腫瘤發(fā)生早期，TME 中的促炎因子如干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和脂多糖，會(huì)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向類(lèi)M1 表型極化。類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞的主要作用在于分泌出大量的炎癥因子殺傷腫瘤細(xì)胞[10]，包括活性氧（reactive oxygen species，ROS）、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）（IL-1β，IL-6，IL-12，IL-23）、TNF-α 和NO 等，其中ROS 對(duì)于巨噬細(xì)胞的吞噬活性以及向T 細(xì)胞呈遞抗原至關(guān)重要。一方面為了維持有效的促炎功能，另一方面為了與腫瘤細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)，類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞呈現(xiàn)出與腫瘤相似的“類(lèi)瓦伯格型代謝”[11]。

類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞攝入大量的葡萄糖進(jìn)行糖酵解，目的在于上調(diào)合成代謝并為之提供底物、迅速供能，但代價(jià)在于葡萄糖利用效率的下降和葡萄糖消耗的增加。同時(shí)，糖酵解上調(diào)PPP，合成更多的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）用于保護(hù)自身免受ROS 損傷。在體外系統(tǒng)中，抑制類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞的糖酵解通路可以使其恢復(fù)為未分化狀態(tài)，并在去除抑制劑后重新恢復(fù)類(lèi)M1 表型，這進(jìn)一步證實(shí)了糖酵解通路在巨噬細(xì)胞極化調(diào)控中的核心地位[12]。類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞為了維持吞噬活性，線粒體代謝由主要合成ATP 轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕铣蒖OS。其三羧酸循環(huán)中的關(guān)鍵酶（丙酮酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶等）受到抑制，發(fā)生多處中斷，造成了代謝產(chǎn)物（檸檬酸和琥珀酸等）的積累[13]。琥珀酸一方面通過(guò)抑制脯氨酸羥化酶活性，穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α），促進(jìn)糖酵解；另一方面增強(qiáng)ROS 的生成[14]。

此外，類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞下調(diào)脂肪酸氧化通路、促進(jìn)脂肪酸的從頭合成，以響應(yīng)對(duì)細(xì)胞炎癥因子生物合成的需求[15]。脂多糖刺激Toll 樣受體4 后，巨噬細(xì)胞上調(diào)了脂肪酸的從頭合成途徑：葡萄糖氧化生成檸檬酸，檸檬酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，乙酰輔酶A與NADPH（來(lái)自于同樣上調(diào)的PPP）共同作為底物合成脂肪酸。

在氨基酸代謝方面，精氨酸代謝通路的改變最為顯著。類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞中，主要通過(guò)一氧化氮合酶代謝精氨酸產(chǎn)生NO 和瓜氨酸，其中NO 是其殺傷腫瘤細(xì)胞的重要效應(yīng)因子[16]。

2.2 類(lèi)M2 型巨噬細(xì)胞

在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，TME 中的IL-4，IL-10，IL-13 誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向類(lèi)M2 表型極化[17]。類(lèi)M2 型巨噬細(xì)胞在TME 的影響下，表達(dá)中等水平的主要組織相容性復(fù)合體和IL-12，表達(dá)大量的IL-10、甘露糖受體、精氨酸酶1（arginase-1，Arg1）等抗炎細(xì)胞因子，促進(jìn)免疫抑制、血管生成、腫瘤細(xì)胞外滲和轉(zhuǎn)移[10]。

類(lèi)M2 型巨噬細(xì)胞也需要一定水平的糖酵解，為細(xì)胞因子的合成提供底物和快速供能，但相比之下，其糖酵解水平顯著低于類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞。它主要以氧化磷酸化途徑供能，內(nèi)部線粒體數(shù)量多，耗氧率上升，其三羧酸循環(huán)高度依賴(lài)Gln 的攝入。

類(lèi)M2 型巨噬細(xì)胞通過(guò)CD36 攝取脂質(zhì)，并隨后通過(guò)溶酶體酸性脂肪酶對(duì)其進(jìn)行脂解，這對(duì)其氧化磷酸化水平的升高、剩余呼吸能力的增強(qiáng)、存活時(shí)間的延長(zhǎng)以及維持M2 表型至關(guān)重要[15]。

在氨基酸代謝方面，類(lèi)M2 型巨噬細(xì)胞展現(xiàn)出與類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞相反的策略。高表達(dá)的Arg1 使其精氨酸代謝為鳥(niǎo)氨酸和尿素，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖；高表達(dá)的吲哚-2，3-雙加氧酶將色氨酸代謝為甲酰犬尿氨酸，抑制巨噬細(xì)胞對(duì)于T 細(xì)胞的激活效應(yīng)[16]。

2.3 誘導(dǎo)類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞與類(lèi)M2 型巨噬細(xì)胞比例變化的因素

在免疫反應(yīng)初期，M1 型巨噬細(xì)胞主要起到清除病原體和抗原呈遞的促炎作用。在免疫反應(yīng)后期，M2 型巨噬細(xì)胞主要起到促進(jìn)免疫抑制和輔助組織再生的抑炎作用。在一般炎癥的情況下，M1 型巨噬細(xì)胞和M2 型巨噬細(xì)胞間的比例變化有利于維持炎癥和再生之間的平衡。但在TME 中，相關(guān)的信號(hào)分子和代謝物濃度變化誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞以呈類(lèi)M2表型為主，從而促進(jìn)免疫逃逸和腫瘤轉(zhuǎn)移。

TME 中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏和高濃度的乳酸是誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞呈類(lèi)M2 表型的關(guān)鍵因素[18]。葡萄糖的缺乏迫使巨噬細(xì)胞采取更高效的氧化磷酸化途徑供能，糖酵解途徑受到抑制。乳酸通過(guò)HIF-1α介導(dǎo)的信號(hào)通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞高表達(dá)Arg1 和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子，使其呈現(xiàn)類(lèi)M2 表型[19]。

此外，缺氧環(huán)境也是TME 中巨噬細(xì)胞的招募和極化為類(lèi)M2 型的關(guān)鍵因素[20]。缺氧組織分泌高濃度的趨化因子、HIF-1/2 和內(nèi)皮素2 招募巨噬細(xì)胞[21]。內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)和高遷移率族蛋白1（high mobility group box 1，HMGB1）是最常與缺氧誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞M2 型極化相關(guān)的信號(hào)分子，其中HMGB1已被證實(shí)在多種腫瘤中過(guò)表達(dá)。誘導(dǎo)機(jī)制可能在于HMGB1 通過(guò)晚期糖基化終末產(chǎn)物受體依賴(lài)的信號(hào)通路誘導(dǎo)類(lèi)M2 型巨噬細(xì)胞表達(dá)IL-10[22]。

綜上，一方面來(lái)說(shuō)，在腫瘤發(fā)生初期，免疫抑制的微環(huán)境還未完全形成，更多的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)為促炎抗癌的類(lèi)M1 型；隨后在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，由于微環(huán)境中腫瘤細(xì)胞主導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度的下降、乳酸濃度的升高、缺氧環(huán)境的形成、pH 的下降以及各類(lèi)抑炎因子的釋放，巨噬細(xì)胞主要呈抗炎促癌的類(lèi)M2 型。從另一方面而言，腫瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞呈現(xiàn)出類(lèi)M2 表型也是巨噬細(xì)胞適應(yīng)TME的結(jié)果。

3 自然殺傷細(xì)胞

自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK cell）是TME 中另一種重要的天然免疫細(xì)胞，其活性是由激活信號(hào)和抑制信號(hào)之間的平衡驅(qū)動(dòng)的，因此它們能夠發(fā)揮抗腫瘤的功能而無(wú)需預(yù)先敏感化[23]。在炎癥的情況下，NK 細(xì)胞糖酵解通路上調(diào)，支持其非特異性識(shí)別靶細(xì)胞，并分泌穿孔素、NK 細(xì)胞毒因子和TNF 等殺傷介質(zhì)。在TME 中，腫瘤細(xì)胞和其他細(xì)胞會(huì)分泌包括IL-6，IL-10，以及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和前列腺素E2 在內(nèi)的NK 細(xì)胞抑制因子[24]，以抑制其腫瘤殺傷活性。

TME 中過(guò)量積累的腫瘤細(xì)胞代謝物會(huì)抑制NK細(xì)胞的活性。細(xì)胞外腺苷濃度在腫瘤缺氧的情況下上升，抑制NK 細(xì)胞的氧化磷酸化和糖酵解能力，破壞IL-12 和IL-15 刺激的NK 細(xì)胞的代謝途徑[25]；細(xì)胞外高濃度的乳酸會(huì)被NK 細(xì)胞攝取，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)pH 和ATP 濃度下降，能量代謝受損，進(jìn)而導(dǎo)致NK 細(xì)胞活性下降、凋亡增加[26]。

此外，TME 中營(yíng)養(yǎng)的缺乏也會(huì)抑制NK 細(xì)胞活性。NK 細(xì)胞需要攝入大量葡萄糖進(jìn)行糖酵解，為合成炎癥細(xì)胞因子及其他合成代謝途徑快速提供能量和底物，這是其發(fā)揮腫瘤殺傷毒性的基礎(chǔ)。葡萄糖缺乏的TME 在很大程度上會(huì)抑制NK 細(xì)胞的糖酵解途徑[27]。氨基酸是除葡萄糖外的另一種重要能源物質(zhì)，TME 中氨基酸的缺乏也會(huì)抑制NK 細(xì)胞的活性。另外，精氨酸、亮氨酸和Gln 水平還會(huì)影響NK 細(xì)胞的哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[28]。值得注意的是，TME 中其他細(xì)胞代謝氨基酸導(dǎo)致的一些代謝產(chǎn)物的積累——如精氨酸分解產(chǎn)生的NO[29]和色氨酸分解產(chǎn)生的犬尿酸[30]——已被證實(shí)會(huì)通過(guò)不同途徑抑制NK 細(xì)胞活性。

最后，TME 缺氧的特性會(huì)抑制NK 細(xì)胞活性。在缺氧的環(huán)境下，NK 細(xì)胞通過(guò)HIF 家族調(diào)控多種基因表達(dá)，導(dǎo)致合成代謝途徑相關(guān)的大量基因失調(diào)[31]。此外，缺氧還會(huì)導(dǎo)致自噬降解NK 細(xì)胞來(lái)源的顆粒酶B，促進(jìn)腫瘤免疫逃逸[32]。

綜上，TME 通過(guò)多種途徑使得NK 細(xì)胞代謝途徑改變，進(jìn)而造成NK 細(xì)胞殺傷毒性顯著下降。

4 T 細(xì)胞

T 細(xì)胞是機(jī)體抗腫瘤免疫系統(tǒng)中的關(guān)鍵角色之一，在TME 中發(fā)揮著復(fù)雜多變的作用。根據(jù)表面抗原不同，初始CD4+T 細(xì)胞可分化為輔助性T 細(xì)胞（helper T cell，Th）和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（regulatory T cell，Treg），而初始CD8+T 細(xì)胞分化為細(xì)胞毒性T細(xì)胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），對(duì)TME 中的細(xì)胞、分子等刺激做出響應(yīng)。記憶T 細(xì)胞（memory T cell，Tm）可由初始T 細(xì)胞或上述3 種T 細(xì)胞亞群分化而來(lái)，可以對(duì)相同抗原做出快速的二次免疫反應(yīng)。Th 的不同亞群通過(guò)分泌多種細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)CTL 和巨噬細(xì)胞等的免疫功能；Treg 通過(guò)直接接觸抑制或分泌抑制性細(xì)胞因子的方式，降低免疫應(yīng)答；CTL 主要通過(guò)分泌穿孔素、顆粒酶等物質(zhì)殺傷靶細(xì)胞，或表達(dá)凋亡相關(guān)因子配體、分泌TNF-α 與靶細(xì)胞表面受體結(jié)合，誘導(dǎo)靶細(xì)胞凋亡。

4.1 抗腫瘤的效應(yīng)T 細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中功能受到抑制

活化的效應(yīng)T 細(xì)胞（T-effector，Teff）與腫瘤細(xì)胞相似，糖酵解能力較強(qiáng)。由于腫瘤細(xì)胞糖酵解能力較強(qiáng)以及血管營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換不良，TME 常出現(xiàn)葡萄糖耗竭或低糖的情況，使細(xì)胞間存在葡萄糖競(jìng)爭(zhēng)壓力，而產(chǎn)生一系列負(fù)面結(jié)果：T 細(xì)胞活化及產(chǎn)生效應(yīng)因子的能力受到抑制，從而細(xì)胞凋亡的敏感性增加，進(jìn)而導(dǎo)致T 細(xì)胞衰竭，最終造成某些情況下腫瘤的免疫逃逸。此外，腫瘤細(xì)胞快速糖酵解還會(huì)間接地通過(guò)影響其他免疫細(xì)胞來(lái)抑制Teff 的功能，如腫瘤細(xì)胞有氧糖酵解增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子以及粒細(xì)胞集落刺激因子表達(dá)升高，促進(jìn)髓系來(lái)源抑制性細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）的增殖，進(jìn)一步抑制T 細(xì)胞功能，增強(qiáng)腫瘤免疫抑制[33]。T 細(xì)胞糖酵解過(guò)程中的中間產(chǎn)物可能對(duì)于免疫功能具有一定的調(diào)節(jié)作用，因此在低糖情況下糖酵解的抑制導(dǎo)致T 細(xì)胞免疫功能的降低。例如，作為糖酵解中間產(chǎn)物的磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate，PEP）能維持T細(xì)胞受體介導(dǎo)的Ca2+-活化T細(xì)胞核因子信號(hào)通路，在細(xì)胞中過(guò)表達(dá)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1 可實(shí)現(xiàn)腫瘤特異的CD4+和CD8+T 細(xì)胞代謝重編程，通過(guò)糖異生增加PEP 的產(chǎn)生，增強(qiáng)Teff 殺傷作用，在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中也表現(xiàn)出限制黑色素瘤生長(zhǎng)、延長(zhǎng)生存時(shí)間的結(jié)果[33]。

腫瘤細(xì)胞較強(qiáng)的糖酵解活性導(dǎo)致乳酸大量積累，可高達(dá)正常情況下的40 倍，因此TME 的重要特征之一為酸性，其pH 可達(dá)5.85。乳酸能夠抑制T 細(xì)胞的增殖和IFN-γ 的產(chǎn)生，降低Teff 對(duì)腫瘤的殺傷能力。免疫檢查點(diǎn)T 細(xì)胞活化V 結(jié)構(gòu)域免疫球蛋白抑制因子（V-domain Ig suppressor of T cell activation，VISTA）在pH6.0 的弱酸性條件下選擇性結(jié)合P-選擇素糖蛋白配體1，參與抑制T細(xì)胞功能。在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，相較于非pH 選擇性抗體，酸性pH 選擇性VISTA 阻斷抗體在靶向性、持久性上都表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。這提示了TME 的pH 也可能影響免疫應(yīng)答，可能作為治療的切入點(diǎn)[34]。從細(xì)胞內(nèi)乳酸含量考慮，靶向轉(zhuǎn)運(yùn)乳酸的單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1/4 可能實(shí)現(xiàn)雙重調(diào)節(jié)效果，即既能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞內(nèi)乳酸積累量和糖酵解水平降低，使腫瘤細(xì)胞死亡，又可以避免乳酸抑制T 細(xì)胞，促進(jìn)T 細(xì)胞IL-2 和IFN-γ的分泌。然而，已有研究證明抑制可催化乳酸生成的乳酸脫氫酶會(huì)限制T 細(xì)胞的增殖和IFN-γ 的合成[35]。因此，若從調(diào)節(jié)乳酸水平的角度考慮治療，不能忽視乳酸的存在對(duì)于抗腫瘤免疫的必要性。

TME 代謝改變的常見(jiàn)特征還有脂質(zhì)的積累。免疫細(xì)胞內(nèi)脂滴積累、脂肪酸氧化增強(qiáng)，往往傾向表現(xiàn)為免疫抑制。微環(huán)境中的膽固醇會(huì)誘導(dǎo)CD8+T 細(xì)胞表達(dá)免疫檢查點(diǎn)程序性死亡受體1（programmed cell death protein 1，PD-1）等，導(dǎo)致腫瘤內(nèi)T 細(xì)胞衰竭[35]；CD8+T 細(xì)胞上調(diào)CD36 的表達(dá)，而CD36能介導(dǎo)脂肪酸的攝取，誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化和鐵死亡，減少了其毒性細(xì)胞因子的產(chǎn)生。因此靶向CD36 或鐵離子可有效恢復(fù)CD8+T 細(xì)胞的抗腫瘤活性，過(guò)表達(dá)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4 可消除脂質(zhì)過(guò)氧化，恢復(fù)CD8+T 功能[36-37]。

已有許多研究試圖闡明淋巴細(xì)胞氨基酸代謝及與免疫功能之間的聯(lián)系。在Gln 代謝方面，腫瘤細(xì)胞與促腫瘤的類(lèi)M2 型的巨噬細(xì)胞及MDSC 一樣具有依賴(lài)性，抗腫瘤的類(lèi)M1 型巨噬細(xì)胞則相反。雖然在這點(diǎn)上Teff 與腫瘤細(xì)胞相似，即活化的Teff 需增強(qiáng)Gln 代謝來(lái)提供生長(zhǎng)所需的中間產(chǎn)物[33]，但二者的代謝可塑性上依舊存在差異[38]。近年來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其他種類(lèi)氨基酸在T 細(xì)胞免疫功能中的作用，如精氨酸是T 細(xì)胞存活及發(fā)揮抗腫瘤活性所必需的氨基酸，較高濃度的精氨酸有利于T 細(xì)胞大量增殖，并傾向于使初始CD4+細(xì)胞分化為記憶T 細(xì)胞而非Th 細(xì)胞，且對(duì)于CD4+和CD8+Teff 的存活有利[39]；絲氨酸代謝產(chǎn)生的甘氨酸和一碳單位可用于核苷酸合成，對(duì)Teff 細(xì)胞的擴(kuò)增非常重要。腫瘤細(xì)胞的高速代謝耗盡TME 中的氨基酸，這可能是腫瘤降低T細(xì)胞功能、逃避免疫反應(yīng)的一種方式。

TME 中其他細(xì)胞的表面分子對(duì)于T 細(xì)胞的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝存在調(diào)節(jié)作用。近年來(lái)，免疫檢查點(diǎn)是腫瘤相關(guān)研究熱點(diǎn)之一，涉及PD-1 和細(xì)胞毒性T細(xì)胞相關(guān)蛋白4（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4）等，主要通過(guò)影響T 細(xì)胞抗原受體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和T 細(xì)胞共刺激激活發(fā)揮作用。上述分子還具有代謝調(diào)節(jié)作用，如抑制免疫細(xì)胞糖酵解，同時(shí)增強(qiáng)脂解作用和脂肪酸氧化。T 細(xì)胞表面表達(dá)PD-1，其配體PD-L1 在腫瘤細(xì)胞和MDSC 表面表達(dá)，PD-1 和PD-L1 的結(jié)合可導(dǎo)致T 細(xì)胞衰竭而無(wú)法對(duì)腫瘤細(xì)胞有效殺傷。據(jù)研究，PD-L1 可能通過(guò)膽堿激酶α、環(huán)氧化酶2 和TGF-β 的介導(dǎo)，調(diào)控代謝重編程[40]。CTLA-4 在Treg 表面表達(dá)，其水平在T 細(xì)胞活化后上調(diào)，并起到抑制Teff 免疫應(yīng)答的作用。使用免疫檢查點(diǎn)抑制劑阻斷這些途徑，能部分恢復(fù)糖酵解和有利的合成代謝，如IFN-γ 的合成分泌等，從而減弱腫瘤浸潤(rùn)性淋巴細(xì)胞的免疫抑制效應(yīng)。但免疫檢查點(diǎn)抑制劑對(duì)于其他細(xì)胞可能也具有影響，例如使髓系細(xì)胞代謝發(fā)生變化，對(duì)這些方面進(jìn)行進(jìn)一步研究可能會(huì)推生新的治療手段[41]。值得注意的是，免疫檢查點(diǎn)抑制方法治療腫瘤的效果還與腫瘤的代謝類(lèi)型相關(guān)。

除了腫瘤細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，TME 中其他免疫抑制細(xì)胞分泌的代謝產(chǎn)物或抑制性因子對(duì)于T 細(xì)胞的影響也非常重要。例如，MDSC 中氨基脲敏感氨氧化酶催化產(chǎn)生二羰基甲基乙二醛并在細(xì)胞中積累，促進(jìn)MDSC 本身糖酵解水平降低，即MDSC 的代謝休眠特征。MDSC 與T 細(xì)胞接觸后二羰基甲基乙二醛進(jìn)入T 細(xì)胞，與L-精氨酸反應(yīng)，導(dǎo)致T 細(xì)胞活化所需的L-精氨酸選擇性耗盡，T 細(xì)胞免疫功能受到抑制。在小鼠癌癥模型中，降低該物質(zhì)水平可解除這種免疫抑制效應(yīng)[42]。

4.2 免疫抑制性的調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中具有代謝優(yōu)勢(shì)

通常所稱(chēng)Treg 是CD4，CD25 和叉頭框蛋白P3（forkhead box P3，F(xiàn)oxp3）陽(yáng)性的T 細(xì)胞。Treg 細(xì)胞與Teff 不同，主要依賴(lài)三羧酸循環(huán)偶聯(lián)的氧化磷酸化、脂肪酸氧化來(lái)支持其生存和分化。此外，激活A(yù)MP 活化蛋白激酶信號(hào)、增強(qiáng)mTOR 復(fù)合體Ⅰ活性所驅(qū)動(dòng)的分解代謝也可能是其代謝特征[33]。

Foxp3 不僅能作為研究中區(qū)分Treg 的特征標(biāo)志，更是一種代謝相關(guān)的重要轉(zhuǎn)錄因子。TME 中的低糖環(huán)境能誘導(dǎo)Foxp3 表達(dá)，使T 細(xì)胞具有向Treg 分化的傾向[33]。Foxp3 表達(dá)能夠下調(diào)Myc 和糖酵解水平，上調(diào)電子傳遞鏈復(fù)合物的表達(dá)，增強(qiáng)氧化磷酸化和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化，使Treg 具有與其他T 細(xì)胞不同的代謝特征，在低葡萄糖、高乳酸的環(huán)境中具有代謝優(yōu)勢(shì)，協(xié)助腫瘤的免疫逃逸[43]。因此，探索抑制腫瘤發(fā)展的新方法時(shí)，還可以考慮靶向Treg 與Teff 不同的氧化代謝特征，并盡可能避免削弱其他免疫細(xì)胞正常功能。

Treg 氧化磷酸化作用較強(qiáng)，對(duì)于腫瘤微環(huán)境中的游離氧濃度較敏感，其原因?yàn)楹宿D(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2 相關(guān)的抗氧化系統(tǒng)較為薄弱，更容易在氧化應(yīng)激時(shí)發(fā)生凋亡。Treg 凋亡時(shí)將大量ATP 轉(zhuǎn)化為腺苷并釋放，與抗原呈遞細(xì)胞、Teff 上的受體結(jié)合，維持、放大了其免疫抑制能力[44]。

Treg 對(duì)TME 中多種物質(zhì)的依賴(lài)性都呈現(xiàn)與Teff 相反的傾向，如上文提到的抑制Teff 的乳酸或脂質(zhì)的積累，反而相對(duì)有利于Treg 的存活和功能。Treg 具有很強(qiáng)的氧化外源性乳酸的能力，并由此提高了自身在TME 中的存活率。在小鼠中敲除乳酸相關(guān)信號(hào)通路抑制了Treg 的產(chǎn)生，并降低了IL-10 水平[33]。因此靶向乳酸相關(guān)受體或通路是一種具有潛力的治療策略。轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì)的CD36 在Treg 中也上調(diào)，但此時(shí)其作為一種有利于Treg 存活的中心代謝調(diào)節(jié)劑，促進(jìn)重編程使Treg 更適應(yīng)富含乳酸的環(huán)境[45]。雖然腫瘤細(xì)胞依賴(lài)Gln 代謝，但Teff 也需Gln，若環(huán)境中沒(méi)有Gln 則會(huì)改變Th1 的分化傾向，誘導(dǎo)初始CD4+T 細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谀[瘤發(fā)展的Treg 表型。在T 細(xì)胞中敲除Gln 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ASCT2 會(huì)使Th1 和Th17 功能受損，而Treg 不受影響。盡管有很多問(wèn)題亟待解決，但近年在腫瘤細(xì)胞、抗腫瘤或促腫瘤的免疫細(xì)胞對(duì)Gln 不同依賴(lài)性的研究上有一定進(jìn)展[33]，這個(gè)角度依然具有潛在的治療腫瘤的可能性。

綜上可知，具有抗腫瘤作用的Teff 細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞的代謝有許多相似之處，免疫抑制性的Treg 細(xì)胞在TME 中具有代謝上的生存優(yōu)勢(shì)。因此，治療腫瘤的重點(diǎn)就在于進(jìn)一步研究找出Teff 與腫瘤細(xì)胞相似的代謝中的關(guān)鍵差異，或者尋找對(duì)Teff 和Treg具有反向調(diào)節(jié)作用的代謝途徑，以此作為切入點(diǎn)將有助于探索新的代謝療法，從而有效且特異性削弱腫瘤細(xì)胞生存能力、抑制Treg 的免疫抑制活性，同時(shí)避免抑制Teff 對(duì)腫瘤的殺傷作用，進(jìn)而達(dá)到最佳的抗腫瘤效果。

5 B 細(xì)胞

與巨噬細(xì)胞和T 細(xì)胞相比，目前對(duì)B 細(xì)胞能量物質(zhì)代謝的研究尚不充分，但B 細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中承擔(dān)著重要作用，主要通過(guò)產(chǎn)生、分泌抗體這一關(guān)鍵免疫活性物質(zhì)來(lái)發(fā)揮功能。B 細(xì)胞在發(fā)育成熟、增殖分化過(guò)程中，具有抗體類(lèi)型轉(zhuǎn)換的獨(dú)特過(guò)程，這意味著具有不同的代謝需求。B 細(xì)胞不同亞群的代謝也存在差異，這些代謝特征及其與TME的關(guān)系和對(duì)細(xì)胞可能的調(diào)控作用值得進(jìn)一步研究。此外，B 細(xì)胞的重要性也體現(xiàn)在其對(duì)于TME 的改變能力，包括參與三級(jí)淋巴結(jié)構(gòu)（tertiary lymphoid structure，TLS）的形成以及抗體的分泌等，對(duì)于抗腫瘤都具有重要作用。

5.1 B 細(xì)胞的產(chǎn)生、分化及其本身代謝特征

B 細(xì)胞根據(jù)微環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度、細(xì)胞內(nèi)利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力來(lái)調(diào)整生物合成及增殖的速度。當(dāng)B 細(xì)胞遇到抗原時(shí)啟動(dòng)生發(fā)中心（germinal center，GC）反應(yīng)，進(jìn)一步為后續(xù)過(guò)程提供獨(dú)特的微環(huán)境。B 細(xì)胞在GC 暗區(qū)（B 細(xì)胞大量增殖）和亮區(qū)（B 細(xì)胞與其他細(xì)胞協(xié)作）間循環(huán)，最終產(chǎn)生記憶B 細(xì)胞和漿細(xì)胞。在這個(gè)過(guò)程中，微環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)、氧氣濃度、pH 和溫度等都可能影響B(tài) 細(xì)胞的信號(hào)和代謝[46]，進(jìn)而影響B(tài) 細(xì)胞亞群的組成。

激活的B 細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)上調(diào)，三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化水平均升高。葡萄糖被大量用于PPP 來(lái)產(chǎn)生NADPH 及核糖-5-磷酸，支持抗體等物質(zhì)的生物合成[47]。B 細(xì)胞中氨基酸消耗以及丙氨酸、谷氨酸的產(chǎn)生增加。而新合成的Ig 折疊一般需形成二硫鍵，會(huì)產(chǎn)生大量ROS，從而導(dǎo)致氧化應(yīng)激增加、維持氧化還原平衡的蛋白表達(dá)上調(diào)[48]。

在TLS 中，抗腫瘤的B 細(xì)胞亞群通過(guò)抗原呈遞和分子刺激激活T 細(xì)胞成為T(mén)eff 和Th；Th 反過(guò)來(lái)又通過(guò)細(xì)胞因子和配體支持B 細(xì)胞的激活，從而促進(jìn)B 細(xì)胞向記憶和漿細(xì)胞分化。B 細(xì)胞作為一個(gè)高度異質(zhì)性的細(xì)胞群體，其代謝也相應(yīng)更為復(fù)雜，例如，分泌不同型Ig 的漿細(xì)胞的糖酵解和線粒體呼吸水平存在差異，對(duì)氧氣水平等的適應(yīng)性也不同[49]。B 細(xì)胞亞群的代謝調(diào)控依賴(lài)于各自特定的代謝調(diào)節(jié)劑，現(xiàn)階段對(duì)各亞群在TME 中代謝特征的研究還遠(yuǎn)不夠充足。

5.2 B 細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的作用及代謝相關(guān)的功能變化

長(zhǎng)期以來(lái)研究腫瘤發(fā)生發(fā)展及免疫治療時(shí)更多關(guān)注各種T 細(xì)胞的功能，B 細(xì)胞及相關(guān)結(jié)構(gòu)的重要作用直到最近才逐漸被重視，其具體作用及機(jī)制也尚未完全清晰。TLS 是在腫瘤發(fā)生過(guò)程中在非淋巴組織處形成的不同成熟狀態(tài)的異位淋巴器官，最高等級(jí)的TLS 可以形成GC 結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)基于增加T 細(xì)胞激活原理的免疫檢查點(diǎn)阻斷（immune checkpoint blockade，ICB）療法的臨床治療效果也與B 細(xì)胞及TLS 密切相關(guān)：在新輔助ICB 治療黑色素瘤患者的案例分析中發(fā)現(xiàn)，對(duì)治療有應(yīng)答和無(wú)應(yīng)答的患者腫瘤中表達(dá)差異最大的基因是B 細(xì)胞標(biāo)志物，應(yīng)答者中B 細(xì)胞和TLS 密度、TLS 與腫瘤面積比例均高于無(wú)應(yīng)答者。結(jié)合其他分析表明B 細(xì)胞及TLS 在ICB 治療中可能具有重要的潛在作用[49]。

B 細(xì)胞中的抑制性亞群調(diào)節(jié)性B細(xì)胞（regulatory B cell，Breg），被認(rèn)為是一種來(lái)源于不同發(fā)育階段B 細(xì)胞、基于不同環(huán)境刺激而產(chǎn)生的異質(zhì)性細(xì)胞群。Breg 能表達(dá)分泌炎癥抑制性配體或細(xì)胞因子，如IL-10，IL-35，TGF-β 和淋巴毒素等，通過(guò)進(jìn)一步改變TME 從而抑制CTL 和NK 細(xì)胞等的抗腫瘤作用，同時(shí)誘導(dǎo)初始CD4+T 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為免疫抑制性的Treg[50]，調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞和MDSC 的活性，并直接促進(jìn)腫瘤血管生成來(lái)促進(jìn)腫瘤的發(fā)展[51]。最新研究發(fā)現(xiàn)，B 細(xì)胞還能產(chǎn)生和分泌γ-氨基丁酸，促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為抗炎促瘤的類(lèi)M2 型，抑制T細(xì)胞抗腫瘤功能[52]。

B 細(xì)胞中的代謝調(diào)節(jié)因子，如Myc，HIF-1α，mTOR 和糖原合成酶激酶3（glycogen synthase kinase 3, GSK3）等，不僅參與生物合成，還參與調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。如微環(huán)境的缺氧條件會(huì)改變B 細(xì)胞的功能，除減少增殖、增加死亡之外，缺氧還可以通過(guò)抑制脯氨酸羥基雙加氧酶的活性來(lái)誘導(dǎo)HIF，進(jìn)而促進(jìn)代謝重編程、生長(zhǎng)因子基因表達(dá)，同時(shí)抑制抗體轉(zhuǎn)換為促炎型[53]。細(xì)胞通過(guò)阻礙mTORC1 信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)響應(yīng)代謝壓力，抑制mTORC1 可提高葡萄糖缺乏時(shí)細(xì)胞的生存率。GSK3 缺陷的B 細(xì)胞在環(huán)境中缺乏葡萄糖時(shí)生存率降低，產(chǎn)生更高水平的ROS[54-55]。這可能解釋了限制葡萄糖對(duì)B 細(xì)胞活化、增殖或分化的影響較小這一結(jié)果。值得注意的是，限制Gln 水平顯著抑制了B 細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化[55]，因此若靶向腫瘤細(xì)胞對(duì)Gln 依賴(lài)這一特點(diǎn)嘗試治療腫瘤，需要進(jìn)一步思考和研究。

研究發(fā)現(xiàn)，TME 中一些腫瘤相關(guān)炎癥因子的存在是Breg 擴(kuò)增及發(fā)揮功能的前提， IL-1β，IL-6 和IL-21 等促炎因子或低氧水平能夠參與到B 細(xì)胞誘導(dǎo)分化成為Breg 的過(guò)程中[56]。盡管TME 中細(xì)胞代謝產(chǎn)物對(duì)Breg 的影響尚未被充分探索，但已有研究表明，腸道微生物代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸對(duì)Breg 功能有影響，如丁酸鹽能促進(jìn)Breg 的免疫抑制功能[54]，這可能在腸道腫瘤中尤其值得探索；另外，脂肪組織中的環(huán)境因子游離脂肪酸能支持Breg 細(xì)胞的功能[57]。這些提示著TME 中可能也存在代謝產(chǎn)物能夠調(diào)節(jié)Breg 的功能。值得一提的是，Breg 或許可以視為一種短暫的效應(yīng)細(xì)胞，即其仍具有進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生抗體的漿細(xì)胞的潛能，如何從代謝改變的角度理解這一過(guò)程或許可以作為治療腫瘤的思路之一。

總而言之，B 細(xì)胞在腫瘤的發(fā)生發(fā)展及機(jī)體的抗腫瘤免疫調(diào)節(jié)中都具有不可忽視的重要作用，從其免疫代謝調(diào)節(jié)角度考慮也具有不少有潛力的治療切入點(diǎn)，這些都值得投入更多精力進(jìn)行研究。另外，B 細(xì)胞腫瘤的代謝特征也是一個(gè)值得關(guān)注、極具價(jià)值的議題，在此不再展開(kāi)論述。

6 總結(jié)與展望

TME 是變化的、復(fù)雜多元的，總體上呈現(xiàn)一種免疫抑制的微環(huán)境。免疫細(xì)胞進(jìn)入TME 后，針對(duì)這種微環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一系列代謝變化，常表現(xiàn)為免疫活性抑制、促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的特點(diǎn)。基于這些特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)控腫瘤代謝和免疫代謝的平衡，提高腫瘤內(nèi)的免疫細(xì)胞功能可能為腫瘤免疫治療開(kāi)辟一個(gè)新的方向。傳統(tǒng)的治療方法往往只關(guān)注于抑制腫瘤細(xì)胞代謝，而新興的重編程免疫細(xì)胞療法已取得了新的進(jìn)展，旨在通過(guò)改變免疫細(xì)胞的代謝途徑提升其抗腫瘤能力，包括誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化、抑制巨噬細(xì)胞募集、上調(diào)T 細(xì)胞糖酵解關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列免疫代謝療法。例如針對(duì)巨噬細(xì)胞表面C-C 趨化因子受體2、C-C 趨化因子受體5、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體、集落刺激因子1 受體等分子的拮抗劑已被證明能夠有效降低腫瘤組織中巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)，進(jìn)而減輕腫瘤負(fù)擔(dān)[58]。

當(dāng)然，在TME 中不僅有上文所述的巨噬細(xì)胞、T 細(xì)胞等4 種免疫細(xì)胞，還有其他多種重要的免疫細(xì)胞發(fā)揮抗腫瘤或促腫瘤的不同功能，如樹(shù)突狀細(xì)胞、髓系來(lái)源的抑制性細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等，都受到復(fù)雜的代謝調(diào)控，有許多文獻(xiàn)對(duì)此做出過(guò)總結(jié)論述。本文對(duì)在抗腫瘤免疫中具有主要功能的巨噬細(xì)胞、T 細(xì)胞，以及近年再次看到其重要性和治療切入點(diǎn)的NK 細(xì)胞、B 細(xì)胞做出總結(jié)論述，希望能夠展現(xiàn)出TME 中免疫代謝調(diào)控藍(lán)圖中的一部分，并對(duì)基于代謝角度的腫瘤免疫治療提供一些可能的思考基礎(chǔ)和啟發(fā)。

總而言之，TME 對(duì)于這4 種免疫細(xì)胞的影響是復(fù)雜且多向的，目前距離看到其完整面貌還有很多有價(jià)值的領(lǐng)域等待探索。基于這方面的免疫療法需要綜合考慮到對(duì)于腫瘤細(xì)胞本身，以及對(duì)各種細(xì)胞亞群的影響，盡管這存在一定難度，但這種免疫療法的研究無(wú)疑具有廣闊的前景。