肿瘤酸性微环境对相关免疫成分的作用研究进展*

战楚婷，张境丰，刘江华

（1.广西医科大学第二临床医学院，南宁 530021；2.广西医科大学第二附属医院急诊科，南宁 530007）

恶性肿瘤是目前全世界的主要死亡原因之一，疾病负担较大[1]。如何提高肿瘤患者的生存率和生活质量，一直是医学亟待解决的问题。目前，肿瘤的治疗方式主要包括手术治疗、放疗、化疗等。近年来，由于免疫疗法在实体肿瘤中取得的重大突破，使得免疫疗法的关注度越来越高。在一些癌症（如非小细胞肺癌[2]）患者中，通过使用抗程序性死亡受体-1（programmed death receptor-1,PD-1）或抗程序性死亡配体-1（programmed death ligand-1，PDL1）抗体来恢复抗肿瘤T细胞的活性，与化疗相比，显示出无进展生存期和总生存期的延长。因此，探讨在酸性微环境中免疫治疗的分子机制及可能存在的靶点对于肿瘤的治疗有重要意义。

1 肿瘤酸性微环境（tumor microen⁃vironment，TME）与肿瘤免疫反应

1.1 TME的形成

TME是肿瘤细胞生存的内环境，与肿瘤细胞的一切生理病理活动息息相关。越来越多的研究表明，靶向TME可与传统治疗（如手术、放疗、化疗）互为补充，改善恶性肿瘤的治疗结果。即使是在有氧的条件下，肿瘤细胞仍优先选择糖酵解供能[3]，即肿瘤细胞的沃伯格效应（Warburg effect）。肿瘤细胞通过大量消耗葡萄糖并通过糖酵解将其转化为乳酸来获得生长代谢所需的能量[4]。为了维持新陈代谢，肿瘤细胞必须通过单羧酸转运体（monocarboxylate transporters，MCTs）将乳酸从细胞内排出[5]。癌细胞的糖酵解代谢利用乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）将丙酮酸转化为乳酸。丙酮酸浓度降低对酮戊二酸脱氢酶（oxoglutarate dehydrogenase complex，OGDC）的抑制作用减弱，OGDC主要负责缺氧诱导因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）α泛素化和退化。因此，低浓度丙酮酸可以稳定HIF-1α，且乳酸通过突变或失活的希佩尔-林道蛋白（von Hippel-Lindau，VHL）减少HIF-1α降解，导致HIF-1α水平升高[6]。HIF-1α与癌基因如c-myc、p53或有机阳离子转运体1（oct1）协同诱导糖酵解基因的表达[7]，进一步促进肿瘤细胞有氧糖酵解，形成TME。

1.2 肿瘤免疫反应

肿瘤免疫涉及到两种抗原，分别为肿瘤相关抗原（tumor-associated antigen，TAA）和肿瘤特异抗原（tumor specific antigen，TSA）。TAA是激活T细胞的重要因素之一，但是由于TAA存在异质性和肿瘤微环境中的免疫抑制因子引起的T细胞衰竭，导致T细胞并不能发挥出抗肿瘤效应[8]。TSA则是肿瘤细胞所特有的抗原，因此是理想的免疫治疗靶点[9]，但迄今为止很少被发现，原因为肿瘤细胞表达的活化免疫细胞配体以及潜在的免疫原性抗原被许多免疫抑制信号所覆盖[10]。肿瘤细胞生长与消除之间的平衡是由其生长速度与免疫系统的抗肿瘤反应共同决定的[11]。免疫系统在癌症中起着双重作用：不仅能通过破坏癌细胞或抑制癌细胞生长而起到抗肿瘤作用，还能通过选择更适合在免疫活性宿主中存活的肿瘤细胞或通过在肿瘤微环境中建立促进肿瘤生长的条件而发挥促瘤作用[12]。

1.3 肿瘤的免疫逃逸和免疫治疗

1.3.1 免疫逃逸 免疫逃逸的机制较为复杂，包括肿瘤细胞特异性抗原的缺失、突变或表达减少，抗原提呈细胞的功能异常，无法激活T淋巴细胞完成免疫应答反应[13]以及免疫抑制成分的异常扩张[14]。例如在癌症患者中髓系来源的抑制细胞（myeloidderived suppressor cells，MDSCs）、调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）的异常扩增[15]，通过上调白介素（IL）-4、IL-10、IL-13和糖皮质激素的表达促进肿瘤相关巨噬细胞（tumour-associated macrophages，TAM）的扩张[16-17]，均可引起免疫逃逸的发生。

1.3.2 免疫治疗 癌症的免疫治疗已成为研究热点，由于其具有特异性，可以靶向治疗肿瘤，对正常组织的影响最小[18]。免疫治疗有两种主要思路，一是免疫检查点疗法，以增强非特异性免疫系统的功能；二是利用新兴的合成生物学以及分子生物学和基因组工程来编辑工程病毒，加强宿主细胞的免疫原性[19]。

免疫检查点是由免疫细胞表达的调节免疫激活程度的一系列分子，例如程序性死亡蛋白1及其配体和细胞毒性T细胞相关抗原4等，其功能是维持外周耐受和预防自身过度免疫[20]。肿瘤细胞会表达一些物质来激活免疫检查点，后者一旦被激活，就如同踩下“刹车”，使抗原不能被提呈至T细胞，阻断了肿瘤免疫环中的提呈抗原过程，从而抑制T细胞的免疫功能。

免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors，ICI）在多种癌症中均有较好的治疗效果[21]。检查点阻断免疫疗法在提高T细胞对患者特异性新抗原的反应性方面取得了成功[22]。虽然免疫治疗在许多癌症治疗中取得了重大的进展，但在许多情况下，反应率仍然不高。一些患者开始时有反应，但最终对治疗和进展产生了获得性抵抗[23]。而且免疫治疗在某些肿瘤中的应用也受到了免疫抑制程度的限制，例如胶质母细胞瘤（GBM）[24]，TME中免疫抑制因素的存在是造成这种现象的原因之一。由于用ICI治疗癌症存在局限性，所以研究人员又把目光投向了联合治疗。已有研究证实，使用一种共表达PD-L1抑制剂和gm-csf的工程溶瘤病毒，能够分泌PD-L1抑制剂，并且该抑制剂能系统地结合并抑制肿瘤细胞和免疫细胞上的PD-L1[25]。

2 酸性微环境对各种免疫细胞的影响

2.1 T淋巴细胞

T细胞在抵抗癌症的过程中起着至关重要的作用。T细胞的激活需要双重信号，在被激活后，代谢模式就由原来的氧化磷酸化转变为Warburg模式，对于T细胞来说，免疫功能的激活与有氧糖酵解的激活是完全一致的，虽然糖酵解在产生能量上效率低下，但重要的是糖酵解可以为细胞提供生物合成DNA和细胞结构物质所必需的糖酵解中间体。上述过程是通过戊糖磷酸途径完成的，其中包括生成还原型辅酶Ⅱ（NADPH，用于脂肪酸合成）和核糖-5-磷酸（用于核苷酸合成）[26]，这就为T细胞的扩增打下坚实的物质基础。在肿瘤微环境中，激活的T细胞会与肿瘤细胞之间形成对葡萄糖的竞争，并且T细胞内的乳酸也依赖于MCT介导的转运来防止细胞内过度酸化，而TME中由于肿瘤细胞产生高浓度梯度的乳酸又抑制了这一转运过程，导致T细胞内乳酸浓度升高，使得T细胞活性受到抑制，也减少了细胞因子的分泌[27]。

2.2 树突状细胞（dendritic cell，DC）

在免疫系统中，DC是最强大的抗原呈递细胞（antigen-presenting cells，APCs)。DC通过巡视组织来识别来自微生物和组织的抗原和危险信号，随后整合环境线索，调节免疫应答或形成耐受。DC不仅对诱导初级免疫应答至关重要，而且对调节T细胞介导的免疫应答类型也很重要。通过识别、加工肿瘤抗原，形成抗原—MHC复合物表达于细胞表面供T淋巴细胞识别，促进幼稚T淋巴细胞成熟。DC被环境因素诱导激活后，会发生类似于肿瘤中的Warburg效应的代谢转换，由氧化磷酸化变成有氧糖酵解。有研究证实，微酸环境（pH=6.5、5.8）和乳酸（5 mmol/L、10 mmol/L和20 mmol/L）均能减弱DC的迁移能力[31]。例如间皮瘤细胞暴露于酸中毒会促进转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β2的分泌[28]，TGF-β2也是免疫耐受的主要调节因子，进而导致DC代谢重组，降低DC的迁移潜能和抗癌能力。

此外，浆细胞样DC[29]（plasmacytoid DC，pDC）可以通过Toll样受体分泌高水平的I型干扰素（IFN）。但越来越多的证据表明，pDC在肿瘤微环境中的功能活性被改变，高表达TGF-β、吲哚胺2，3-双加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）等免疫抑制因子，诱导Tregs扩增[30]，同时分泌颗粒酶，抑制CD4+T细胞扩增[31]。因此，针对加强DC抗原呈递功能的免疫治疗，诱导或增强针对肿瘤抗原的有效抗肿瘤免疫反应会是非常有效的抗癌手段。

2.3 Tregs

Treg是肿瘤免疫抑制的主要机制之一[32]，不仅可以直接抑制效应性T细胞，还能对局部APCs有很强的抑制作用。在肿瘤免疫过程中，CD8+T细胞被激活分化为细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），产生长效的抗肿瘤免疫反应。CD8+T细胞启动本质上是指先天免疫细胞（包括DCs和NK细胞）与CD4+T细胞在过继免疫中的相互作用。激活后，效应细胞浸润到肿瘤的核心或侵袭部位，并在杀死癌细胞中发挥重要作用。但巨噬细胞和Tregs可以形成针对CD8+T细胞介导的抗肿瘤免疫反应的免疫屏障[33]。

2.4 TAM

巨噬细胞分为经典激活的巨噬细胞（M1）和交替激活的巨噬细胞（M2）。在正常的免疫反应中，大多数巨噬细胞为M1表型，参与Th1细胞因子对各种病原体的反应。M2表型与Th2细胞因子相关，参与伤口愈合和组织重塑。

癌症初期可以视作一个炎症微环境，癌基因突变和转录因子激活可诱导高水平的炎症介质，它们被分泌到肿瘤微环境中，以招募和激活各种炎症细胞，反过来，这些招募炎症细胞产生更多的炎症信号，形成与癌症相关的炎症微环境[34]。

TAM在炎症微环境中表现出促进肿瘤生长和血管生成、组织重塑和抑制获得性免疫的特征表型。研究显示，在酸性微环境中，单核/巨噬细胞单独培养和与舌鳞癌细胞混合培养，诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）分泌明显减少，精氨酸（arginine，Arg）分泌明显增加，提示舌鳞癌酸性微环境中单核/巨噬细胞的表型偏向于M2型[35]。黑色素瘤中，浸润肿瘤的TAM会感知到微环境的强酸化，最终导致胞质cAMP浓度升高和免疫逃避[36]。

2.5 MDSCs

MDSCs是骨髓来源的一群异质性细胞，具有显著抑制免疫应答的能力[37]。在肿瘤微环境的缺氧区域，会导致细胞的HIF-1表达上调。HIF是由氧敏感性的α亚基和持续表达的β亚基组成的异源二聚体。缺氧条件下，HIF-1α与缺氧反应元件（HRE）结合，激活缺氧反应基因的表达，包括血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和其他促进血管生成的因子，而血管生成又会进一步促进MDSCs的扩张。

3 微环境免疫治疗与逃逸进展

传统疗法如手术、放疗、化疗的治疗机制均是攻击癌细胞本身，而不考虑其所处的环境。免疫治疗则是利用人自身的免疫系统来对抗肿瘤。目前，肿瘤的免疫治疗主要有两种形式：一是被动免疫治疗，如单克隆抗体、溶瘤病毒、多特异性抗体、细胞疗法；二是主动免疫疗法，如细胞因子治疗、治疗性疫苗、结合ICI或协同刺激检查点激动剂的免疫疗法。

虽然ICI的有效性已在多种实体瘤中得到验证，但也并非所有接受ICI治疗的患者均能达到肿瘤缩小、生存期延长的治疗效果。例如，ICI在原发性肝癌的治疗中，仅对小部分患者具有持久的治疗效果。表明存在其他免疫逃逸机制的同时，也提示单一地限制某一机制或通路的免疫治疗存在局限性。

4 总结与展望

TME越来越被认为是肿瘤进展的关键因素，尽管有关TME对免疫治疗的影响和调控机制的研究仍在不断深入中，其对免疫治疗的负向调节不容忽视[38]。调节TME不仅能够逆转肿瘤浸润性T淋巴细胞的免疫无能，而且能够改善由ICI诱导的抗肿瘤免疫反应[39]。同时针对其他免疫组分也有不同的策略，在TME内特异性降低Tregs功能可以提供一种更有效、更有针对性的方法来限制肿瘤内的免疫抑制环境，而不会引起系统性不良后果[40]。而对于TAM的工作目标是将TAM从M2重新编程为M1表型或抑制TAM向肿瘤的募集。如果激活的免疫系统能成为化疗和放疗的有效的额外效应机制，那么潜在的临床影响将是巨大的。