中性粒细胞与恶性肿瘤关系的研究进展

韩帮岭 汪亦民 综述 薛英威 审校

中性粒细胞(Neutrophil)是所有白细胞中数目最多的免疫细胞，并在炎症反应中起关键作用。然而中性粒细胞在肿瘤中则扮演不同的角色，中性粒细胞以一种微环境相关的方式表现出促肿瘤或抗肿瘤的特性，其是否促进或限制肿瘤的生长和发展取决于中性粒细胞表面上大量的细胞因子受体，使其能够对各种信号作出反应[1]。原发性肿瘤扩散转移到远处器官，是一个涉及多步骤的复杂生物学过程，包括原发肿瘤细胞脱落，癌细胞的转移，侵入组织并形成转移性结节，目前转移仍然是癌症患者死亡的主要原因[2]。原发肿瘤转移前会影响远处器官的微环境，从而为转移前定植做准备，这些器官可以形成支持性的微环境而易于某些癌症发生转移，中性粒细胞已被证明是这一过程的重要组成部分[3-4]。中性粒细胞传统上被认为是免疫系统的第一道防线，然而，在癌症的动态发展过程中，部分中性粒细胞的功能经常被修饰并促进肿瘤生长及转移形成。中性粒细胞在转移过程中对肿瘤细胞的发展和播散是否有积极或消极的影响，取决于微环境中细胞因子的情况。

1 中性粒细胞的发育和调控

中性粒细胞在骨髓中不断产生，中性粒细胞发育的最后阶段以核分裂和成熟中性粒细胞的释放为特征[5]。成熟的中性粒细胞可在骨髓中保留4～7天，构成体内成熟中性粒细胞池的90%，而在循环中只有1%～5%的中性粒细胞，因此骨髓中大量的成熟中性粒细胞充当库存，可以在需要时立即调用发挥其重要作用[6]。骨髓中的中性粒细胞的维持需要严格控制，中性粒细胞在骨髓中的保留通过CXCL12(SDF-1，基质细胞衍生因子-1)与其受体CXCR4的相互作用来介导[7]。CXCR4在衰老中性粒细胞中表达上调，有助于将衰老的中性粒细胞转移到骨髓中清除，而CXCR2表达下调则促使中性粒细胞迁移到炎症部位。在肿瘤微环境中集落刺激因子(G-CSF和GM-CSF)通常过度表达，导致粒细胞生成增多和中性粒细胞从骨髓中释放增加，影响了骨髓嗜中性粒细胞储存和释放的平衡[8]。

2 中性粒细胞在肿瘤发生过程中的分子机制

近年来一些研究探讨了中性粒细胞功能在癌症中如何被调节，并阐明了其微妙的平衡，中性粒细胞是否促进或限制肿瘤的生长和发展取决于中性粒细胞表面上大量的细胞因子受体，使其能够对各种信号作出反应。根据细胞因子的作用，中性粒细胞可能具有抗肿瘤N1表型或促肿瘤N2表型，此外中性粒细胞可被确定为具有在N1和N2之间宽范围的功能[9]。N1中性粒细胞具有细胞毒性作用，由高水平的超氧化物和过氧化氢介导破坏肿瘤细胞，此外N1中性粒细还具有免疫刺激特征促使肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、CC趋化因子3(CCL3)和细胞间黏附分子-1(ICAM-1)高水平表达[10]。与N1中性粒细胞相反，N2中性粒细胞不具有细胞毒性，且表达不同的高水平免疫调节因子：精氨酸酶(Arginase)、血管生成因子(VEGF和Bv8)和基质金属蛋白酶(MMP8和MMP9)等促进肿瘤的发生和进展[11]。

肿瘤组织中的中性粒细胞数量增加被认为是不良预后因素，虽然肿瘤分泌因子刺激的中性粒细胞具有抗肿瘤特性，但抗肿瘤N1表型可以被抑制，并且表现出替代的促肿瘤N2表型。Fridlender等研究表明在肿瘤微环境中转化生长因子-β(TGF-β)在改变中性粒细胞功能方面具有关键作用，阻断TGF-β信号传导使抗肿瘤N1型中性粒细胞大量积累，并抑制中性粒细胞向N2促肿瘤表型极化[12]。Novitskiy等发现在TGF-β受体缺陷的骨髓中，中性粒细胞维持抗肿瘤表型并限制肿瘤生长[13]。TGF-β不仅阻碍中性粒细胞的细胞毒性的表达，同时还诱导免疫抑制性N2中性粒细胞表型，是中性粒细胞引起恶性肿瘤不良预后过程的重要环节。

3 中性粒细胞在肿瘤转移过程中的作用

3.1 中性粒细胞的抗转移作用

抗肿瘤中性粒细胞(N1)不仅限制肿瘤生长，还可抑制恶性肿瘤的转移。中性粒细胞抑制肿瘤细胞迁移能力的方式涉及许多不同的机制，包括炎症、中性粒细胞的细胞毒性和刺激适应性免疫系统。

3.1.1 炎症 肿瘤不仅诱导嗜中性粒细胞活化，还可促进释放影响肿瘤迁移的炎症因子，对于不同的癌细胞系已经有类似的反应。Pylaeva等证明干扰素具有促抗肿瘤中性粒细胞极化的作用，并在基因和蛋白质水平下调血管内皮生长因子(VEGF)和基质金属蛋白酶9(MMP9)的表达，已知VEGF和MMP9与肿瘤的生长和迁移关系密切，同时抑制钙结合蛋白S100A8和S100A9(S100A8和S100A9)，S100A8和S100A9在多种恶性肿瘤中表达水平明显上调且和不良的预后相关，因此，干扰素是肿瘤生长和转移的有效抑制剂[14]。炎症因子(如G-CSF、IFNγ、TNF-α)可促进抗肿瘤N1型中性粒细胞的生成，有研究对晚期前列腺患者和IV期黑色素瘤伴脑转移的患者持续使用G-CSF治疗取得较好的效果，生存率延长，表明中性粒细胞在炎症反应中可能具有抗肿瘤和抗转移作用[15]。

3.1.2 中性粒细胞的细胞毒性 中性粒细胞对肿瘤细胞的直接细胞毒性作用主要由中性粒细胞产生的各种抗微生物分子介导，如中性粒细胞产生的超氧化物H2O2和HOCl可以破坏肿瘤细胞，然而中性粒细胞直接的细胞毒性需要物理接触，即直接的细胞-细胞接触，此过程由中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)介导诱捕肿瘤细胞[16]。中性粒细胞产生的另一种细胞毒性形式是抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)，是指具有杀伤活性的细胞通过其表面表达的Fc受体(FcR)识别包被于靶抗原上的Fc片段，直接杀伤靶细胞，辅助ADCC表达介导的几种FcR包括FcγRⅠ(CD64)、FcγRⅡa(CD32)、FcγRⅢa(CD16a)和FcγRⅢb(CD16b)[17]。中性粒细胞的细胞毒性作用可针对性的识别和杀伤原位肿瘤细胞和循环肿瘤细胞，有效的抑制肿瘤的进展和转移。

3.1.3 刺激适应性免疫系统 研究发现活化的中性粒细胞可以多种方式与T细胞相互作用，通过表现出呈递抗原为T细胞活化提供辅助信号，是激活有效抗肿瘤CD4+T细胞和CD8+T细胞反应所必需的[18]。Beauvillain等发现中性粒细胞可以有效地处理和呈现抗原到T细胞[19]，Fridlender等研究显示N1中性粒细胞在原发肿瘤中表现出抗肿瘤活性需要T细胞，这种现象可以通过中性粒细胞具有肿瘤抗原呈递刺激T细胞的能力来解释[12]。嗜中性粒细胞能够通过分泌细胞因子(包括TNF-α、组织蛋白酶G和嗜中性粒细胞弹性蛋白酶)募集和活化T细胞，这些细胞因子直接影响T细胞并促进其增殖和细胞因子的产生，是对适应性免疫抗肿瘤反应的整体刺激[20]。

3.2 中性粒细胞的促转移作用

中性粒细胞是免疫系统的第一道防线，然而在恶性肿瘤的环境下，中性粒细胞的功能经常被修饰以对宿主起消极作用并促进肿瘤生长以及转移形成。已经发现中性粒细胞可通过中性粒细胞衍生物的释放和中性粒细胞胞外网状陷阱(NETs)的形成促进肿瘤转移。

3.2.1 中性粒细胞衍生物 研究发现中性粒细胞通过分泌降解细胞外基质的相关蛋白酶(如弹性蛋白酶、组织蛋白酶G、蛋白酶-3和MMP9)对细胞外基质(Extracellular matrix)降解以促进肿瘤细胞的侵袭和远处转移[21]。中性粒细胞弹性蛋白酶及其抑制剂α1-抗胰蛋白酶之间的相互作用对癌症发展有着显著影响，α1-抗胰蛋白酶的缺乏与肝癌、膀胱癌、恶性淋巴瘤和肺癌的风险增加有关，同时，弹性蛋白酶浓度升高会促进众多癌症的发展、侵袭和转移[22]。中性粒细胞还释放高水平的MMP9调节其他蛋白酶和细胞因子的活性，MMP9可降解α1抗胰蛋白酶，保护中性粒细胞弹性蛋白酶活性，进一步促进细胞外基质重塑和肿瘤的迁移；MMP9的另一个重要作用是促进血管内皮生长因子(VEGF)释放参与新生血管生成，因此，高水平MMP9有利于肿瘤的生长和促进肿瘤远处转移[23]。

3.2.2 中性粒细胞胞外诱捕网 中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)由核酸物质组成，被认为是中性粒细胞生物学中的一个重要特征，NETs在肿瘤转移方面的具体机制仍不清楚，但更多的研究结果表明其在促进肿瘤转移方面的功能。NETs能够捕获循环肿瘤细胞，捕获的肿瘤细胞一部分可被中性粒细胞产生的活性氧簇(ROS)类物质破坏，还有一部分随中性粒细胞保持在原位，从而支持肿瘤细胞早期黏附到远处器官部位[24-25]。许多因素均可以诱发NETs，如手术应激、严重的术后感染和循环的肿瘤细胞。研究显示术后NETs可在脉管系统内被诱导，从而支持肝癌细胞的转移性接种[26]。Cools-Lartigue等[24]在盲肠结扎和穿刺的败血症肺癌小鼠模型中发现了高水平NETs，与无感染对照组相比实验组小鼠转移风险明显增加，这种效应可以通过NETs的降解酶脱氧核糖核酸酶I(DNase I)来消除。最近，Park等[27]在乳腺癌的研究中发现了相似的结果，循环的乳腺癌细胞诱导NETs形成，用纳米粒子包裹DNase I治疗后有效降低了乳腺癌骨转移风险。

4 小结与展望

中性粒细胞在致癌过程中表现出一系列的促肿瘤和抗肿瘤作用，与微环境中细胞因子的种类和数量密切相关。例如中性粒细胞在肿瘤发生过程中，炎症因子IFN和TNF-α可激活中性粒细胞的抗肿瘤表型(N1)抑制肿瘤生长[28]；相反TGF-β则抑制中性粒细胞抗肿瘤表型，并且表现出替代的肿瘤促进表型(N2)，刺激中性粒细胞分泌或激活促血管生成因子支持新生血管形成，是肿瘤发生、发展过程中的重要环节。中性粒细胞不仅调节原发性肿瘤生长还参与肿瘤转移的调节，这取决于中性粒细胞激活状态，不同角色的中性粒细胞在调节转移过程中发挥不同作用。抗肿瘤中性粒细胞则通过炎症、中性粒细胞的细胞毒性和刺激适应性免疫系统抑制肿瘤的侵袭和转移，支持肿瘤的中性粒细胞通过不同机制促进转移，包括中性粒细胞衍生物的释放和中性粒细胞胞外网状陷阱(NETs)的形成。研究不同角色的中性粒细胞在恶性肿瘤发生和发展以及转移过程中发挥的不同作用，探讨恶性肿瘤治疗中性粒细胞水平潜在的治疗靶点，加强中性粒细胞的抗肿瘤活性，同时限制其促肿瘤特性，为肿瘤临床治疗提供新的思路。