中性粒细胞胞外诱捕网与肿瘤关系研究进展

2020-02-13

精准医学杂志 2020年2期

(重庆医科大学附属第二医院检验科，中国重庆 400010)

中性粒细胞是宿主血液中最为丰富的免疫细胞类型，是抵御许多病原体入侵的第一道防线，但是其在各种免疫反应中的作用仍未完全阐明。2004年BRINKMANN等[1]发现了其发挥作用的一种新机制——中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)。NETs是以DNA为骨架，其间镶嵌有组蛋白、基质金属蛋白酶9(MMP-9)、髓过氧化物酶(MPO)、中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)、组织蛋白酶G(CG)、钙网蛋白、蛋白酶3等，是非特异性免疫反应的一个参与元素，通过捕获并增加局部毒性因子的浓度杀伤病原体且防止其传播[2]。NETs在捕获杀伤病原体的同时亦可诱发血小板聚集、血栓形成、自身免疫等相关疾病的发生[3-4]。最近相关研究表明肿瘤相关中性粒细胞(TANs)也会形成并释放NETs[5]。然而，NETs在癌症中的作用报道很少，并且存在分歧。一方面，有研究认为NETs可通过直接杀伤癌细胞或通过间接激活宿主抗肿瘤免疫的方式发挥抗肿瘤效应。另一方面，NETs这种独特的网状结构也可能会促进癌细胞的转移，或在癌细胞与具有免疫能力的细胞之间形成物理屏障，起着促肿瘤发展的效应。关于NETs在肿瘤进展中的作用正日益成为新的研究热点，本文总结了NETs在肿瘤的发生和发展中的作用以及NETs在肿瘤发展过程中作为预后标志物的重要性及其在治疗中的潜在用途。

1 TANs

T淋巴细胞、NK细胞、树突状细胞和巨噬细胞被认为在抵抗肿瘤细胞反应中发挥主要作用，然而，中性粒细胞的作用常常被忽略。研究显示外周血中性粒细胞可能参与肿瘤发生发展各个阶段[6-7]。但浸润在肿瘤周围中性粒细胞的作用目前仍不清楚。

中性粒细胞是血液中最丰富的免疫细胞类型，是对抗许多病原体的第一道防线。然而中性粒细胞的存在却是一把双刃剑，中性粒细胞分为抗肿瘤的N1中性粒细胞和促肿瘤的N2中性粒细胞[8]。N1表型中性粒细胞通过活性氧(ROS)或抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)，对肿瘤细胞直接释放细胞毒性并刺激CD8+T细胞和树突状细胞等其他免疫细胞来递呈肿瘤抗原[9]，从而为机体提供保护作用。在肿瘤相关因子的作用下，中性粒细胞能够转移到肿瘤微环境(TME)中，同时在转化生长因子β(TGF-β)的作用下被极化为促肿瘤的N2表型，即TAN[10]。N2表型中性粒细胞通过重建肿瘤细胞外基质等机制来促进肿瘤的生长和疾病的进展，包括促进细胞恶性转化[11]、促进肿瘤的侵袭和转移[12]、增强肿瘤血管和淋巴管的生成[13]，以及通过生成促肿瘤细胞因子如表皮生长因子、TGF-β、血小板衍生生长因子、肝细胞生长因子及血管内皮细胞等来影响免疫抑制功能[14]，重塑TME的形成。

2 NETs的形成

NETs的形成有其独特的方式，是一系列细胞事件精细调控的结果，被称为NETosis[15]。首先，在外界各种刺激下，中性粒细胞活化导致细胞质颗粒及核膜的溶解，中性粒细胞的细胞核失去分叶状结构。随后，NE、MPO、精氨酸脱亚氨酶4(PAD4)等进入核内，在中性粒细胞核内协调组蛋白高聚亚氨酸化及染色质去皱，促进细胞质与细胞核内容物的融合。随后，核膜溶解破裂使得核酸和胞内颗粒内容物混合，最终形成以核酸为骨架的NETs并参与机体免疫应答反应。染色质去聚化是NETs形成过程中的关键步骤，多种分子机制参与该过程的调节，其中胞浆内ROS的产生在NETs形成中发挥了关键作用[16]。首先，ROS调控的PAD4催化组蛋白精氨酸残基瓜氨酸化，从而驱动了染色质结构去聚化；其次，ROS可介导NE及MPO从嗜天青颗粒中释放出来进入到核蛋白水解组蛋白，进而破坏染色质的组装，最终使染色质结构去聚化，吸附各种颗粒蛋白及酶形成蜘蛛网样的NETs[17]。对感染性疾病的研究发现，来自于细菌、真菌、病毒或寄生虫等病原体的相关模式分子(PAMPs)可通过活化模式识别受体(PRRs)如TLR、Dectin及CR等，激活下游MAPK、PI3K/AKT等促进ROS产生，最终诱导大量NETs的形成，发挥诱捕和杀死病原体的免疫作用[16]。在非感染性疾病特别是肿瘤中，炎性微环境中一些损伤相关模式分子(DAMPs)，发挥了类似于PAMPs的作用，同样可以通过PRRs相关信号级联诱导NETs的形成。例如在肺肿瘤中，肺肿瘤细胞来源的DAMPs HMGB1可以通过激活TLR4/MAPK信号级联促进NETs的形成[18]。在小鼠乳腺癌模型中，肿瘤炎性微环境中的粒细胞集落刺激因子(G-CSF)可以诱导NETs的形成[19]。在对胰腺癌的研究中也发现NETs的形成与PRRs中的晚期糖基化终末产物受体(RAGE)的活化密切相关[20]。因此，PAMPs或者DAMPs通过作用于PRRs，激活下游MAPK或AKT介导的ROS信号级联，导致中性粒细胞形成NETs。

3 NETs与肿瘤生长转移的关系

近年来，NETs在多种类型肿瘤组织中的表达水平异常增高，例如在肺癌和骨肉瘤瘤体组织中，NETs存在高水平表达；在乳腺癌的小鼠模型、非小细胞肺癌和慢性粒细胞白血病中，中性粒细胞形成以及释放NETs的能力更强[19-21]。基础研究发现NETs多种组分可以直接促进肿瘤细胞增殖、远处转移和血管生成。MMP-9由多种细胞类型表达，与其他基质金属蛋白酶一样，其功能包括细胞外基质蛋白的分解及介导伤口愈合、细胞迁移或血管生成过程等[22]。MMP-9还参与恶性肿瘤的病理生理过程[23]，在此过程中，MMP-9能够促进肿瘤的生长和发展以及侵袭和转移，这种作用已在胰腺癌、Lewis肺癌等多种癌症模型中得到了证实[24]。NETs中的NE被证实有直接促进肿瘤细胞增殖和远处转移的作用[25]。除其特有的成分发挥作用外，NETs还可以通过其特殊的蜘蛛网样结构在肿瘤细胞和免疫系统细胞之间形成物理屏障，从而起到抑制其他免疫细胞功能的作用[15]。

4 NETs与肿瘤相关血栓形成的关系

血栓形成是肿瘤患者常见的并发症之一，也是常见死亡原因，恶性肿瘤患者的肿瘤相关性血栓形成严重影响患者的治疗和预后。NETs可以通过多种途径介导肿瘤患者血管内血栓前状态的形成，最终导致血栓形成的发生。在人和动物的血栓中均发现了NETs成分，通过敲除小鼠的PAD4基因证实NETs不仅是静脉血栓的组成部分，而且还参与了血栓的形成和维持[26-28]。关于其机制，有研究认为肿瘤微粒(MPs)在NETs促进肿瘤血栓形成过程中起到了十分重要的作用[29]， MPs是小的磷脂囊泡(直径0.1～1.0 μm)，细胞骨架裂解后，从肿瘤细胞中释放出来，通过其表面结合的组织因子促进凝血从而形成血栓。

另外NETs作为一种大分子复合物形成网状结构，为血栓形成提供了重要支架，引起血小板的黏附、聚集，并募集红细胞，促进纤维蛋白沉积。在一项与感染相关的荷瘤小鼠模型中证实了NETs在肿瘤血栓中的作用[19]，如体内注射内毒素后发现可诱导大量NETs形成，且发现小鼠机体发生了血栓前状态以及凝血功能障碍；对荷瘤小鼠的外周血中中性粒细胞进一步分析发现其组蛋白瓜氨酸化水平较高，而且与正常的中性粒细胞相比，更容易形成NETs。在此模型中，通过脱氧核糖核酸酶(DNase)消化预处理后，即抑制破坏NETs形成后，荷瘤小鼠注射内毒素所导致的NETs形成减少，且还一定程度抑制了肺部血栓的发生[19]。

5 NETs对肿瘤相关性疾病治疗药物筛选的价值

NETs的多种组分均可以直接促进肿瘤细胞的增殖、远处转移和血管生成，并且与肿瘤相关性血栓的形成密切相关。由此可以推测，能够抑制或者降解NETs的药物如DNase，或许可以在肿瘤相关性疾病的治疗中发挥作用。目前DNase已经被批准用于囊性纤维化和脓胸的治疗[30]，但是DNase能否用于抑制肿瘤细胞的增殖和远处转移以及肿瘤相关性血栓还有待于进一步研究。另外，有研究发现在人体多种恶性肿瘤过表达的PAD4选择性抑制剂，能够抑制小鼠和人类中NETs的形成，进而抑制肿瘤细胞的增殖，同时降低肺部血栓形成的概率[31]。另外，动物实验研究表明，使用NE抑制剂可以显著抑制NETs形成，阻止肿瘤细胞与肝毛细血管窦和肺毛细血管网内皮细胞黏附，进而减少肿瘤细胞向肝脏和肺部转移[21]。但NE和PAD4抑制剂是否能够通过抑制中性粒细胞释放NETs，进而影响肿瘤细胞增殖、远处转移以及血栓形成，还有待进一步证实，并且这种抑制作用与放化疗、靶向治疗等肿瘤治疗手段是否具有拮抗作用也有待进一步研究。