脑胶质瘤免疫微环境中细胞因子的研究进展

林鸿溢，冯洋，龙妮娅，出良钊

(1.贵州医科大学附属医院神经外科，贵阳 550004； 2.贵州医科大学外科学教研室，贵阳 550004)

脑胶质瘤是中枢神经系统中最常见的原发性恶性脑肿瘤，恶性程度高，侵袭性强，是颅内恶性肿瘤死亡的主要原因[1]。传统手术治疗联合术后全脑放疗以及口服替莫唑胺等化疗药物辅助治疗对于提高脑胶质瘤患者的远期生存率非常有限[2]。近年来，针对肿瘤的治疗出现了一些新兴的方法，其中包括免疫治疗，但免疫治疗在脑胶质瘤中的应用还存在困难，原因是脑胶质瘤的治疗受抑制性肿瘤免疫微环境的破坏。在脑胶质瘤的发展过程中，肿瘤细胞会逃避机体免疫系统监视并持续生长，该过程有胶质瘤分泌的能塑造瘤内微环境的相关细胞因子参与，这些细胞因子可以系统地改变机体内免疫细胞的增殖、分化和功能[3]。相关研究表明，瘤周环境内存在的细胞因子对肿瘤的整体发展过程起关键作用，不仅可使肿瘤本身产生免疫抑制，躲避机体自身的监控，还可以促进肿瘤新生血管生成，增强肿瘤细胞的生长及侵袭力[4]。因此，充分了解相关细胞因子在脑胶质瘤免疫微环境中的作用，有望为免疫治疗胶质瘤提供重要理论依据。现就脑胶质瘤免疫微环境中部分相关细胞因子的作用机制的研究进展进行综述。

1 脑胶质瘤及其免疫微环境

脑胶质瘤是中枢神经系统的肿瘤，起源于神经干细胞或神经胶质祖细胞。世界卫生组织根据胶质瘤的组织病理学特征将其分为Ⅰ～Ⅳ级，其中最常见以及恶性程度最高的原发性脑肿瘤是胶质母细胞瘤[5]。胶质瘤细胞及其分泌的多种趋化因子、细胞因子、生长因子，以及一系列免疫细胞包括脑内小胶质细胞、骨髓来源巨噬细胞、调节性T细胞等共同组成了胶质瘤的肿瘤免疫微环境[6]。以上免疫细胞在肿瘤周围环境中产生多种细胞因子、趋化因子、生长因子，引起细胞间复杂的相互作用，调控多种细胞类型的分化、激活、功能和生存，在肿瘤的生长、转移以及治疗反应中起着极为重要的作用。同时，这些免疫细胞与细胞外基质成分相互作用，重新编程浸润免疫细胞的生长与分化，以获得不同功能表型的细胞，从而引导机体的免疫系统发生炎症反应或抗炎反应[7]。

2 脑胶质瘤免疫微环境中的相关细胞因子

细胞因子是一组异质性的可溶性小分子多肽或糖蛋白，具有多效性和冗余作用，可促进正常细胞的生长、分化和活化，具有促炎或抗炎活性，也可以产生免疫抑制活性，这主要取决于肿瘤周围的微环境。不同细胞在肿瘤局部环境中产生不同的细胞因子，从而调控各类细胞不同的生物学功能。胶质瘤细胞分泌的细胞因子与其受体的相互作用使肿瘤部位形成一个网络，主要负责肿瘤的整体进展、抗肿瘤免疫反应的扩散以及肿瘤排斥反应的诱导[8]。研究证实，脑胶质瘤中胶质瘤细胞合成分泌的包括白细胞介素(interleukin，IL)-10、IL-6、基质细胞衍生因子-1(stromal cell-derived factor-1，SDF-1)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、IL-1β等在内的免疫调控细胞因子有显著变化，并与肿瘤级别、增殖标志物以及临床侵袭性密切相关[7]。

2.1IL-10 IL-10是体内重要的抗炎因子之一，由多种免疫细胞分泌，具有调节机体免疫和预防炎症的重要作用[9]。IL-10参与脑胶质瘤的进展，可提高肿瘤细胞的增殖水平，增强细胞的迁移能力。研究表明，脑胶质瘤患者中IL-10的表达水平高于正常人群，且表达水平随胶质瘤恶性程度的升高而显著升高[10-12]。另外，胶质瘤患者体内的IL-10不是由浸润的B细胞或T淋巴细胞产生，可能是由脑胶质瘤细胞自身分泌，小胶质细胞和星形胶质细胞也促进了IL-10的表达[13]。Acuner-Ozbabacan等[14]发现，IL-10缺乏导致机体分泌促炎性细胞因子，诱导抑制机体的抗肿瘤免疫力，从而促进肿瘤生长；Tanikawa等[15]观察到血清IL-10水平升高可增强肿瘤的特异性免疫反应，并抑制肿瘤生长。但Kim等[16]则认为，抑制IL-10的表达将促进机体抗肿瘤免疫反应。因而目前关于IL-10在脑胶质瘤发生发展中的确切作用尚不清楚。相关研究提出，IL-10通过上调核转运受体蛋白KPNA2(karyopherin alpha 2)的表达，促进脑胶质瘤细胞的生长和侵袭，当KPNA2基因被敲除时，脑胶质瘤细胞的生长和侵袭被显著抑制[17]。体外研究表明，IL-10可以增加脑胶质瘤细胞的生长和侵袭，中和IL-10信号通路或将IL-10作为免疫刺激剂导致T细胞活化[18]。鉴于以上研究结果很难明确IL-10在胶质瘤中是发挥免疫抑制作用还是免疫刺激作用，推测当T细胞被IL-10刺激的抗炎肿瘤相关巨噬细胞激活时，IL-10发挥免疫抑制作用；而当IL-10直接与T细胞上的IL-10受体结合时，IL-10可能发挥免疫刺激作用[13]。考虑到肿瘤相关巨噬细胞是脑胶质瘤肿瘤免疫微环境中IL-10的主要来源，选择性靶向这些细胞可能会显著降低IL-10水平，从而使其他细胞产生足够的IL-10以引发机体的抗肿瘤反应，因此设计针对脑胶质母细胞瘤的IL-10靶向治疗将具有重要意义，未来仍需要进一步研究以阐明血清IL-10与脑胶质瘤患者预后的潜在相关性，以期为临床改善患者的预后以及提高远期生存率提供治疗思路。此外，了解不同细胞中IL-10表达的信号转导和转录机制对于开发阻断肿瘤免疫抑制和增强抗肿瘤免疫的特异性靶向策略至关重要。

2.2IL-6 研究显示，IL-6与肿瘤发生有关，其可以作为外源性细胞因子通过推动肿瘤细胞增殖、驱动肿瘤细胞发生免疫逃避、延长肿瘤细胞寿命、促进血管生成和转移，支持肿瘤生长[19]。在脑胶质瘤中，IL-6发挥着重要的免疫抑制作用。研究表明，与正常脑组织相比，脑胶质瘤患者脑组织中IL-6的表达水平明显升高，且IL-6水平随脑胶质瘤的进展而升高，脑胶质瘤恶性程度越高，临床病理分级越高，IL-6表达水平越高[20]。脑胶质瘤患者术后血清和脑脊液中IL-6水平较术前显著降低[21]。检测脑胶质瘤患者手术前后脑脊液和外周静脉血中IL-6的水平，可能有助于预测患者预后以及远期生存率。脑胶质瘤的预后不良与肿瘤中IL-6的自分泌以及IL-6诱导的肿瘤细胞生长和侵袭有关，相关机制包括：①IL-6直接刺激脑胶质瘤细胞增殖，使肿瘤细胞的存活时间延长、侵袭性增强。②IL-6可以增强信号转导及转录活化因子3的磷酸化能力，磷酸化的信号转导及转录活化因子3诱导靶基因调节肿瘤细胞的增殖和代谢，抑制肿瘤细胞凋亡以及肿瘤细胞对缺氧环境的反应。同时，磷酸化的信号转导及转录活化因子3会对中性粒细胞、自然杀伤细胞、效应T细胞和树突状细胞产生负面调节作用，从而提高肿瘤细胞的增殖和抗凋亡能力。③信号转导及转录活化因子3的过度活化也能诱导IL-6、IL-10等细胞因子产生，进而形成正反馈环，最终引起肿瘤细胞的生长和存活时间延长，机体的抗肿瘤免疫力降低[22]。IL-6有作为脑胶质瘤治疗靶点的潜能，但其调控脑胶质瘤细胞侵袭性的具体机制还有待进一步研究。

2.3SDF-1 趋化因子是免疫系统的介质，可调节炎症、感染、免疫反应和组织损伤反应，以及宿主防御中的细胞凋亡和免疫细胞运输。在稳态趋化因子中，CXC趋化因子配体12也称为SDF-1，是最原始和高度保守的进化趋化因子之一，其与CXC趋化因子受体4(C-X-C motif chemokine receptor 4，CXCR4)结合形成了生命趋化因子受体轴——SDF-1/CXCR4轴，该轴是器官发育的重要参与者[23]。脑胶质瘤分泌的SDF-1是诱导肿瘤发生、发展的重要因素之一。国外一项研究表明，SDF-1/CXCR4轴激活后募集脑胶质瘤干细胞至内皮细胞，并主要由TGF-β诱导成为g-周细胞，产生的g-周细胞使脑胶质瘤肿瘤微环境中的血管化更加活跃，维持了肿瘤的血管功能，从而支持脑胶质瘤的生长[23-24]。当使用更昔洛韦选择性去除g-周细胞后，小鼠肿瘤血管的结构和功能被有效破坏，从而抑制了脑胶质瘤的生长和恶化。另有研究显示，CXCR4信号转导小分子抑制剂AMD3100可显著抑制脑胶质瘤干细胞和内皮细胞的整合，减少 g-周细胞的形成[24]。升高的SDF-1可能增加g-周细胞的覆盖以保护肿瘤血管，导致抗肿瘤血管生成治疗的耐药性产生，最终引起肿瘤的继续发生及发展[25]。但该研究并未通过体内实验阐明AMD3100是否可作为细胞毒性药物的辅助剂起抑制肿瘤耐药性的作用。如前所述，抑制剂通过影响SDF-1/CXCR4轴，潜在影响脑胶质瘤的发展，但SDF-1/CXCR4参与了许多器官组织的发生发展，因此不能简单地进行抑制治疗，需要更多更加深入的相关研究，以探索治疗效果和潜在的不良反应，挖掘AMD3100或可能靶向SDF-1/CXCR4轴的其他药物，从而抑制肿瘤内SDF-1的分泌，以阻止肿瘤耐药性产生，减缓脑胶质瘤的生长以及侵袭。

2.4TGF-β TGF-β作为一种多功能调节性多肽，参与机体内部多种细胞学行为，包括组织细胞的增殖与凋亡、分化、迁移、黏附、存活、血管生成和免疫监视等[26]。研究发现，去泛素化酶泛素特异性肽酶15可以诱导TGF-β途径活化，且当去泛素化酶泛素特异性肽酶15的表达下调或受到抑制时，TGF-β的活性降低，脑胶质瘤细胞的生长受到抑制，其中TGF-β2可通过Smad和非Smad途径启动自噬，以促进脑胶质瘤细胞的侵袭[27]。在细胞质和细胞核中均发现了磷酸化SMAD2(phospho-SMAD2，pSMAD2)，其被认为是激活TGF-β信号通路的关键[28]。因此，pSMAD2在肿瘤组织中的表达通常被用来描述TGF-β信号的激活程度。在脑胶质瘤患者中使用pSMAD2作为TGF-β信号激活标志物时，pSMAD2高表达患者的侵袭性和治疗耐药表现可能更明显，且pSMAD2高表达可能与患者低总生存期相关[29]。TGF-β2在脑胶质瘤的发生发展中存在过表达，并且与肿瘤的临床病理分级呈正相关[30]。一项 Ⅱ 期随机对照试验表明，接受Trabedersen(AP-12009)治疗的患者远期生存率显著高于未接受AP-12009治疗的患者，而AP-12009是一种合成的反义寡核苷酸，能够阻断TGF-β2的产生[31]。研究表明，TGF-β信号转导的大分子拮抗剂较小分子抑制剂更具选择性和更广泛的作用[32]。总之，关于干扰TGF-β信号转导的抗体、大分子或小分子拮抗剂在临床前研究中取得一定进展，但目前仍未探索出可以进入临床试验的诊疗方案。因此，能否通过抑制TGF-β的表达，改变胶质瘤细胞的生长及侵袭能力，促进机体抗肿瘤免疫反应形成，延长患者的生存周期，还需要更深入的研究。

2.5集落刺激因子 集落刺激因子在巨噬细胞的发育及分化过程起关键作用。脑胶质瘤患者体内的巨噬细胞集落刺激因子高表达，且其表达水平与患者的远期存活率呈负相关[33]。巨噬细胞有两种分化类型，即M1型和M2型。肿瘤源性巨噬细胞集落刺激因子可促进体内巨噬细胞向M2型分化，而M2型细胞的比例与脑胶质瘤的组织学分级密切相关，M2型细胞比例越高，脑胶质瘤的组织分级越高，恶性程度越高，患者的远期生存率越低[34]。Pyonteck等[35]使用相关抑制剂靶向巨噬细胞发现，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子受体抑制剂能够减缓肿瘤的生长速度，但并未造成巨噬细胞数量的下降。进一步研究发现，在粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子受体信号缺失的情况下，包括干扰素、巨噬细胞集落刺激因子在内的肿瘤源性细胞因子可维持巨噬细胞的存活，但巨噬细胞的免疫抑制相关表型有所下调，说明粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子受体抑制剂虽然无法使瘤周浸润的巨噬细胞数量减少，但可以使巨噬细胞的免疫抑制功能减弱[36]。因而通过集落刺激因子抑制剂调节胶质瘤中浸润的巨噬细胞相关表型，或许可以改变瘤周巨噬细胞的免疫抑制特征，这为改善胶质瘤患者的预后提供了思路，但是由于获得性耐药[37]，集落刺激因子及其受体抑制剂的单一疗法无法提供理想的治疗效果[38]，因此未来需要将抑制集落刺激因子及其受体与其他疗法相结合，以增强治疗效果，并研究最佳治疗方式。

2.6血管内皮生长因子 血管内皮生长因子是一种具有促进血管内皮细胞增殖、迁移以及增加血管通透性的一类细胞因子。在胶质瘤的发生发展过程中，新生血管的生成是一关键特征，血管内皮生长因子通过旁分泌及自分泌的方式与相关受体结合，从而调节血管内皮生长因子信号转导通路，使瘤周产生新的血管网，促进胶质瘤的生长以及扩散[39]。贝伐珠单抗是一种针对血管内皮生长因子-A配体的单克隆抗体，其与循环靶标结合，改变配体与内皮细胞结合的动力学，下调血管生成[40]。在胶质瘤的治疗过程中使用贝伐珠单抗可以缩小肿瘤体积、延长无进展生存期以及控制肿瘤相关水肿所需糖皮质激素的总体降低[41]。但该研究也表明贝伐珠单抗对于改善患者远期生存率并无益处。因此，是否能够找到影响血管内皮生长因子调节的有关通路或者相关靶点，对其进行相关靶向治疗，减少肿瘤供养血管的生成，降低肿瘤的侵袭性及生长速度，可能是改善胶质瘤患者远期生存率的关键一环。

3 展 望

尽管目前在脑胶质瘤的治疗方面取得了一些进展，患者的远期生存率也有所提升，但对恶性胶质瘤患者总体预后的改善仍不够理想。深入探索免疫微环境中的细胞因子调控胶质瘤发生、发展的方式及机制是探索脑胶质瘤治疗方法的当务之急。充分了解肿瘤微环境是研究恶性胶质瘤的关键环节，肿瘤微环境中分泌的相关细胞因子对调节恶性胶质瘤的发生发展、生长分化以及侵袭都有至关重要的作用。目前关于探究脑胶质瘤微环境中相关细胞因子作为治疗靶点的研究相对较多，作用效果也在一部分动物研究中得到了验证，但其临床应用还存在局限性，如相关细胞因子并不是脑胶质瘤微环境所独有的；在脑胶质瘤发生发展过程中起关键作用的细胞因子的调控机制仍不明确，需要更深入的探究；干预这些细胞因子是否会对机体产生毒副作用暂不得而知。因此，找到脑胶质瘤微环境中存在的关键细胞因子，并充分了解其促进肿瘤生长的机制，人为干预这些调控机制，抑制胶质瘤的发生发展及侵袭，从而改善恶性脑胶质瘤患者的远期生存率，以期为治愈恶性脑胶质瘤的诊疗提供新思路。