肿瘤免疫微环境中的免疫细胞与肺癌关系的研究进展△

卢昕雅，孔令慧

1内蒙古医科大学研究生院，呼和浩特 010059

2内蒙古医科大学附属人民医院病理科，呼和浩特 010020

肺癌是恶性肿瘤相关死亡最重要的原因之一，国际癌症研究机构的数据显示，2020年全球肺癌新发病例220.7 万，发病率仅次于女性乳腺癌，居恶性肿瘤第二位，病死率居恶性肿瘤首位；在中国，肺癌的发病率和病死率均居所有恶性肿瘤的第一位，严重危害人类生命健康[1]。近年来，随着靶向治疗、免疫治疗等在肺癌中的应用，晚期肺癌的治疗取得了明显进展。免疫治疗已成为包括肺癌在内的多种实体肿瘤的治疗新方案，但治疗肺癌的总有效率仅为30%[2]。恶性肿瘤的发生发展与肿瘤细胞所处的环境即肿瘤免疫微环境（tumor immune microenvironment，TIME）息息相关。TIME 中不仅包含肿瘤细胞，还含有周围血管、免疫细胞、成纤维细胞等多种细胞及细胞外基质，是肿瘤细胞赖以生存和发展的基础。TIME 成分和机制十分复杂，TIME 在肿瘤进展、免疫逃逸和治疗抵抗中发挥着重要作用。根据TIME 特点开发安全有效的免疫药物是目前抗肿瘤的研究热点，同时个体化TIME 特征作为免疫治疗耐受的主因，有待发掘合理的适用人群和联合治疗方案，以便优化现有的免疫治疗策略。构成TIME 重要成分的免疫细胞在正常情况下主要生理功能是监测组织稳态，识别、清除和摧毁体内突变、畸变、病毒感染及新生的肿瘤细胞。但在肿瘤免疫编辑的过程中，免疫细胞可能受到各种因素的影响，既可以充当监护人（抗肿瘤免疫），也可成为肿瘤的旁观者或支持者（促肿瘤免疫），这使它们成为TIME 中一把“双刃剑”。肿瘤细胞通过释放细胞信号分子作用于其微环境的同时，微环境中的免疫细胞也可以通过调节肿瘤细胞的生长发育对肺癌的发生发展产生影响。了解和认识免疫细胞这一双重作用及触发因素，对探索靶向肿瘤微环境的潜在治疗靶点有重要意义。本文就TIME 中先天性免疫细胞和特异性免疫细胞这两大类免疫细胞与肿瘤细胞的交互作用及研究进展做一综述。

1 先天性免疫细胞

先天免疫系统是抵御外来病原体感染的第一道防线。先天性免疫细胞包括吞噬细胞（巨噬细胞和中性粒细胞）、树突状细胞、肥大细胞、髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）和自然杀伤（natural killer，NK）细胞等[3]。这些细胞的作用在于识别和消灭可能导致感染的病原体。

1.1 巨噬细胞

浸润于肿瘤组织中的巨噬细胞称为肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）[4]，其主要作用是促进肿瘤细胞转移和新生血管生成。在不同的微环境刺激下，TAM 可以分化为不同的表型，发挥不同的作用。根据表型及作用的不同，可将TAM 分为M1 型（即经典活化型巨噬细胞）和M2 型（即替代活化型巨噬细胞）两种类型[5]。有研究显示，随着肺癌进展，巨噬细胞逐渐由早期的M1 型转化为中晚期的M2 型[6]。M1 型巨噬细胞通过分泌促炎因子和趋化因子，正向调节免疫应答，促炎、抑制肿瘤细胞生长；而M2 型巨噬细胞则分泌抑制性细胞因子，负向调节免疫应答，抑制免疫反应，促进肿瘤细胞的生长、侵袭和转移[7]。肿瘤微环境主要表现M2 型巨噬细胞的功能，与TIME中的免疫细胞相互作用，上调促肿瘤免疫反应，下调抗肿瘤免疫反应，促进肿瘤细胞侵袭、转移和新生血管生成等[7]。同时，有研究表明，M2型巨噬细胞在肺鳞状细胞癌间质中的密度明显高于肺腺癌[8]。随着对肺癌研究的逐渐深入，TAM 对肺癌进展产生的作用也显现出来，多数情况下，TAM 的高度浸润使肺癌患者的生存率较低，针对TAM 靶向治疗的方法极有可能会增强肺癌的全身化疗及免疫治疗的疗效。目前针对TAM 的治疗仍需要更进一步的探索，通过改变TAM 的表型，阻止TAM 的募集和消耗可能可以抑制肺癌的发生发展[9]。

1.2 中性粒细胞

中性粒细胞是机体抗炎的重要成分，在急性炎症反应中，中性粒细胞以趋化运动的方式被募集至感染或组织损伤部位，通过吞噬、脱颗粒等方式杀死病原体[10]。肿瘤相关中性粒细胞（tumor-associated neutrophil，TAN）即浸润于TIME 中的中性粒细胞。研究表明，TAN 在肿瘤发生发展过程中也具有两种不同的作用，既抑制肿瘤生长，又促进肿瘤细胞的生长和恶性转移[11]。TAN 抑制肿瘤细胞增殖主要是通过TAN 表面Fc 受体来识别肿瘤，释放细胞毒介质，如活性氧（reactive oxygen species，ROS）、髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）等，产生抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（antibodydependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）杀伤肿瘤细胞，从而抑制肿瘤细胞增殖。同时，TAN 还可以合成、分泌相关蛋白酶，如中性粒细胞弹性蛋白酶（neutrophil elastase，NE）、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等，促进肿瘤新生血管生成，参与肿瘤细胞增殖、侵袭和转移过程[12]。现有研究表明，炎症反应会干扰免疫治疗的疗效，低中性粒细胞绝对值与治疗效果呈正相关，而高中性粒细胞绝对值则与肺癌患者的预后呈负相关[13]。对肺鳞状细胞癌患者来讲，中性粒细胞减少出现的时间越晚，预后就越差[14]。同时，术前中性粒细胞与淋巴细胞比值（neutrophil-to-lymphocyte ratio，NLR）也与肺癌患者的预后相关，术前高NLR 患者的5年总生存期和无病生存期均短于术前低NLR患者[15]。TAN 作为肺癌患者预后及免疫治疗反应的重要因素之一，是未来重要的研究方向，但中性粒细胞表型的调节机制仍需要进一步的研究来明确。

1.3 树突状细胞

树突状细胞是体内功能最强的专职抗原提呈细胞，广泛分布于血液、淋巴器官和组织中。肿瘤相关树突状细胞（tumor-associated dendritic cell，TADC）是浸润于TIME 中的树突状细胞，其主要功能是在肿瘤组织及淋巴组织中快速地识别、摄取肿瘤相关抗原（tumor associated antigen，TAA），再将加工过的表位提呈、刺激初始T 淋巴细胞分化为肿瘤抗原特异性T 淋巴细胞，上调共刺激分子的表达，并促进细胞产生、释放化学因子，诱导抗肿瘤免疫应答[16]。未成熟的树突状细胞具有较强的迁移能力，而成熟树突状细胞可以有效激活初始T 细胞，启动、调节并维持免疫应答[17]。肿瘤的免疫逃逸及免疫治疗失效的关键之一在于树突状细胞的缺失。当树突状细胞维持在未成熟状态或免疫抑制状态时，其抗原提呈作用失效，无法刺激肿瘤抗原特异性T细胞分化，导致肿瘤细胞发生免疫逃逸[18]。肺癌细胞分泌的白细胞介素（interleukin，IL）-10、IL-6 等细胞因子可以导致树突状细胞分化障碍、成熟过程异常和表型缺陷，影响树突状细胞的抗原提呈能力，促进肿瘤的发生发展[19]。有研究表明，树突状细胞计数与肺腺癌患者的预后呈正相关，TADC 在肺腺癌组织中的表达水平越低，不成熟树突状细胞的比例越高，肺腺癌患者的恶性程度也随之越高[20]。树突状细胞疫苗是近年来肿瘤免疫治疗的焦点之一，其通过体外诱导扩增树突状细胞，将负载不同肿瘤相关抗原的树突状细胞疫苗回输至患者体内，激活机体的自身免疫系统，主要是激活针对肿瘤细胞的细胞毒性T 细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），目的在于杀灭肿瘤细胞[16]。树突状细胞疫苗目前正逐步应用于肺癌的临床治疗，充分研究树突状细胞与肺癌之间的相互作用关系仍是临床研究的热点。

1.4 肥大细胞

肥大细胞广泛分布于皮肤及内脏黏膜下的微血管周围，是重要的先天免疫细胞，是肿瘤发生时最先被募集至肿瘤周围的免疫细胞之一。研究表明，人体内的肥大细胞同样具有两种截然不同的作用。肥大细胞既可以通过促进肿瘤新生血管生成、自分泌局部激素介质及分泌各种生长因子等方式促进肿瘤细胞的生长和转移，也可以通过脱颗粒释放蛋白酶破坏肿瘤基质及细胞结构，抑制肿瘤细胞生长[21]。有研究显示，肿瘤组织肥大细胞倾向于活化状态，且浸润数量随着肿瘤进展而增多[22]，通过对TIME 中肥大细胞计数，可以为肺癌的早期诊断、预后评估提供重要的参考。

1.5 MDSC

MDSC 指一组具有免疫抑制功能的异质性细胞，主要由髓系祖细胞及巨噬细胞、粒细胞和树突状细胞的前体细胞组成[23]。病理状态下，未成熟的髓细胞分化为粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞受阻，形成MDSC[23]。在肺癌发生发展过程中，MDSC主要起负向免疫调节作用，其可以分泌多种与CTL、NK 细胞和树突状细胞等抗肿瘤细胞发挥拮抗作用的物质，减弱免疫细胞的抗肿瘤能力[24]。同时，MDSC 还可以表达多种促血管生成因子，促进肿瘤新生血管生成，促进肿瘤细胞的免疫逃逸，以利于肿瘤细胞的生长、侵袭和转移[25]。恶性肿瘤的生长可以诱导MDSC 聚集，MDSC 又可以进一步抑制机体的免疫功能，促进肿瘤细胞的侵袭进展，形成恶性循环，最终促进肿瘤的发生发展。体外实验表明，人肺鳞状细胞癌中的MDSC 可促使CD8+T细胞凋亡，进而抑制CD8+T 细胞对肿瘤细胞的杀伤作用[26]；而此结论在肺腺癌中同样适用，同时，MDSC 的数量也与小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）患者的预后呈负相关[27]。有研究发现，手术、放化疗等可导致肿瘤的MDSC 水平下降，促进MDSC 分化成熟、抑制MDSC 增殖、减少MDSC在病源部位聚集等，因此，限制或消除MDSC 等免疫功能抑制的方法均可能成为肿瘤治疗的新思路[28]。但未来仍需要更多的研究以准确掌握调节MDSC 增殖和功能的方法，以筛选出最优的靶点，开发特定的MDSC 抑制剂用于抑制MDSC 的负向免疫调节。

1.6 NK 细胞

NK 细胞是人体内重要的先天免疫细胞，是机体固有免疫反应的重要组成部分，是先天性免疫和适应性免疫之间的重要连接[29]。NK 细胞主要通过以下4种方式发挥细胞毒性作用：①NK细胞分泌多种细胞因子、趋化因子和生长因子等效应分子，与树突状细胞、巨噬细胞、T细胞和内皮细胞相互作用，限制肿瘤血管生成并诱导适应性免疫应答[30]。②在肿瘤细胞中，NK 细胞通过细胞膜表面受体/配体与肿瘤细胞表面配体/受体结合，诱导肿瘤细胞凋亡[31]。③NK 细胞分泌释放颗粒酶和穿孔素，触发靶细胞死亡[32]。④NK 细胞还能经由ADCC 途径消除靶细胞[30]。在肺癌的发生发展过程中，TIME中肿瘤细胞分泌细胞因子、细胞亚群和代谢等因素会导致NK 细胞受损，使NK 细胞表型、数量和功能发生改变，导致其对肿瘤杀伤力下降。非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）中，NK细胞显著减少，其在NSCLC 组织与肿瘤间质的分布呈显著异质性，肿瘤病灶中心几乎不存在NK 细胞[33-34]。目前NK 细胞在肺癌免疫治疗中的应用主要为过继NK 细胞疗法和药物调控。过继NK 细胞疗法指分离自体或异体NK 细胞，经过体外激活、培养并输回患者体内，直接或间接发挥肿瘤杀伤作用[35]。药物调控则是通过可以激活NK 细胞的细胞因子、免疫检查点抑制剂、单克隆抗体药物等调控NK 细胞活性，以发挥抗肿瘤效应。

2 特异性免疫细胞

先天性免疫反应可激活特异性免疫反应，特异性免疫又称为获得性免疫或适应性免疫。特异性免疫细胞主要由T 细胞和B 细胞组成，二者各自具有不同的表型，在肺癌的发生发展中发挥促肿瘤或抗肿瘤作用。

2.1 T 细胞

肿瘤浸润性T 淋巴细胞是肿瘤免疫中核心组成成分，主要由CD4+、CD8+T 细胞两大细胞亚群构成。CD4+T 细胞作为辅助性T 细胞（helper T cell，Th）可通过分泌多种细胞因子发挥免疫功能。在TIME 中CD4+T 细胞又可分为Th1 细胞、Th2 细胞、Th17细胞和调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）[36]。Th1 通过分泌IL-2、γ干扰素（interferon-γ，IFN-γ）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）等介导免疫反应，抑制肿瘤新生血管生成，促进肿瘤细胞凋亡。Th2 分泌的IL-4、IL-5、IL-13、IL-10 等因子主要进行免疫反应[37]。Th1、Th2 细胞之间彼此制衡、调节，但在TIME 中，Th1 细胞表达逐渐下降，而Th2 细胞表达则逐渐高于Th1，Th1/Th2 下降。Th17 细胞可将中性粒细胞聚集，诱导细胞释放炎性因子，抑制肿瘤的发生发展[38]。Treg 细胞通过分泌IL-4、IL-10、转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等因子抑制T 细胞活化，使肿瘤细胞可以逃避免疫监视，促进肿瘤细胞增殖[39]。Treg 细胞在肺癌中的作用已被广泛认可，这可能成为肺癌免疫治疗的新靶点。

CD8+T 细胞主要以CTL 的形式参与抗肿瘤免疫应答，发挥杀伤作用，清除肿瘤细胞。同时，CD8+T 细胞表面存在着细胞毒性T 淋巴细胞相关蛋白4（cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4，CTLA4）和程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）等受体，可以对CD4+T细胞抑制肺癌发生发展的作用产生负向调节，促进肺癌细胞的生长。NSCLC 中CD4+、CD8+T 细胞浸润水平显著降低，而CD4+/CD8+比例则显著升高，且CD8+T 细胞浸润水平和CD4+/CD8+比例对NSCLC 患者预后的影响较大，因此认为，CD4+、CD8+T 细胞的激活是抑制肿瘤细胞增殖及有效抗肿瘤的必要条件[26,40]。CD4+/CD8+作为评估T 细胞功能的重要指标之一，在不同类型的肿瘤及同一肿瘤的各个发展阶段是不同的，仍需要更加深入地探索。

2.2 B 细胞

B淋巴细胞主要来源于造血干细胞。抗原的刺激作用导致初始B 淋巴细胞扩增形成生发中心，部分B 淋巴细胞在生发中心分化为浆细胞，进而分泌特异性抗体，在机体免疫反应中发挥重要作用[41]。有研究表明，肺癌组织中B 细胞浸润明显高于周围组织或远处非肿瘤组织，其中以肺腺癌最为明显[42]。肿瘤浸润性B 淋巴细胞具有两种截然不同的调节作用。在肿瘤发生的起始阶段，肿瘤浸润性B 淋巴细胞发挥抗肿瘤作用，其机制主要为：①肿瘤浸润性B 淋巴细胞在肿瘤刺激下分泌免疫球蛋白，通过ADCC 途径抑制肿瘤进展；②肿瘤浸润性B 淋巴细胞通过提呈TAA 的方式激活CD4+T 细胞，实现抗肿瘤免疫应答；③肿瘤浸润性B 淋巴细胞通过促进CD8+T 细胞的活化、增殖来抑制肿瘤生长[43]。调节性B 细胞（regulatory B cell，Breg）是肿瘤浸润性B 淋巴细胞的一个特殊亚群，具有独特的免疫调节和免疫抑制特性，主要在TIME 中发挥免疫抑制作用，促进肿瘤发生发展，其主要机制为：①Breg 细胞分泌IL-10、IL-35 及TGF-β等抑制性细胞因子，发挥免疫负向调控作用[44]；②肿瘤诱发性Breg 细胞可帮助肿瘤细胞逃避效应细胞的清除作用；③Breg 细胞与肿瘤细胞相互作用，TIME中高密度的Breg 细胞可直接促进肺癌细胞的发生发展[45]。同时，TIME 通过多种途径诱导B 细胞获得负调节作用，促进B 细胞向Breg 细胞转化。全面了解Breg 细胞与TIME 之间相互作用的机制，识别Breg 细胞特征，控制Breg 细胞分化，将为以Breg细胞为靶点的肺癌免疫治疗提供强有力的证据。

3 小结与展望

肿瘤免疫学领域的研究进展使肺癌治疗策略发生了巨大变化。晚期肿瘤的治疗从之前直接放化疗或靶向清除肿瘤细胞过渡到结合利用免疫监视这一生理机制防治新生肿瘤。TIME 中，肿瘤细胞不是简单的堆积，其与多种不同细胞群共存，一起构成复杂的动态生态系统。值得关注的是，TIME 的免疫成分会随着肿瘤进展而变化。肿瘤通过一系列机制来逃避免疫防御，如下调肿瘤抗原或产生免疫抑制分子——程序性死亡受体配体1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）来战胜适应性免疫反应施加的压力而得以进展。抗PD-1/PD-L1 抗体这类通过激发T 细胞的效应功能来缓解免疫防御压力的靶向TIME 的药物，治疗晚期肺癌的临床疗效得到了初步肯定，但仍有大部分患者未能获益。同时，对于分化差、转移率高、生存期短、预后差的SCLC 患者，这类药物的研发仍进展缓慢。探索开发更多针对TIME的潜在靶点药物势在必行。深入阐明宿主与TIME 之间的相互作用和肿瘤免疫逃逸机制，通过改造TIME 使其成为制衡肿瘤发展的有力武器是未来肺癌免疫治疗领域的新挑战。