中药双向调控肿瘤免疫治疗癌症的机制研究*

林丽丽,周怡,刘红涛,仝李丹,柳聪艳,史攀博,郝义彬

1.河南中医药大学,河南 郑州 450046; 2.郑州大学,河南 郑州 450001; 3.新乡医学院,河南 新乡 453003; 4.河南省疾病预防控制中心,河南 郑州 450016

恶性肿瘤严重危及人类生命健康。目前,手术切除、化疗、放疗等传统治疗方式的抗癌疗效并不理想,寻找新的诊疗模式迫在眉睫。免疫治疗已经成为继传统治疗方式之后的一种新型抗肿瘤手段,其机理主要是在免疫学理论的指导下,采取重定向、基因编程等手段,激活人体自身免疫系统,靶向肿瘤细胞进而治疗肿瘤[1-2]。

中医学为人类的生命健康作出了巨大的贡献,其独特的理论体系与良好的治疗效果逐渐被现代医学所认可[3]。近年来,临床实践发现,中医药在改善肿瘤症状、减轻放化疗后的不适、提高患者生存质量、延长生存时间等方面具有显著优势。随着研究的深入,已发现中药能够通过干预炎症因子的表达、免疫细胞的增殖与自噬等双向调控免疫系统从而治疗肿瘤[4-5]。本文就中医药双向调控肿瘤免疫机制及临床应用进行系统综述,旨在为肿瘤的免疫疗法提供新研究思路。

1 中药调控免疫的中医理论渊源

中医学对于癌病的论治有着独特的理论和经验,在人类抗肿瘤的过程中发挥了重要作用。从中医角度论述中药的免疫调控作用对肿瘤发病机制的研究及治疗具有重大意义。

1.1 正邪理论下的免疫调控

1.1.1 正气亏虚为肿瘤发病之本中医学在分析疾病发病时尤其强调正气的重要性。正气存内,则气血津液运化正常,脏腑功能恒常,人体达到“阴平阳秘”的状态,机体就有足够的抗邪能力及恢复能力;若正气亏损,则脏腑功能失调,气血紊乱,阴阳颠倒,机体抗邪能力不足,百病乃生。肿瘤的发生亦是如此。李士材在《医宗必读》谈道:“积之成者,正气不足而后邪气踞之[6]。”指出正气不足为癌病发病之根本。汪宏《望诊遵经》言:“五脏有所阻,则为岩也[7]。”强调正气亏虚,脏腑功能失调,癌病既成。上述医家均认为正气亏损、脏腑功能紊乱是肿瘤发生的根本原因。

1.1.2 毒邪为肿瘤发病之关键人体长期处于脏腑紊乱、气血失调、津液失运的状态,易发生痰阻、水停、血瘀、毒聚等病理变化,病邪相互交织,久聚成积,进而发为肿瘤,因而毒邪为肿瘤发病、疾病加重、预后不良的关键要素。机体功能异常时所产生的病理产物久聚均可成为毒邪,此类病邪严重影响人体的正常功能活动,造成肿瘤等各种严重疾病。国医大师周仲瑛、中医大家王笑民等均认为毒邪是肿瘤发病及恶化的关键因素[8-10]。

1.1.3 扶正解毒法调控免疫治疗肿瘤从功能来看,因现代医学中的免疫系统具有抵御外邪的作用,可将其归属于中医学中的正气范畴[11]。《灵枢·百病始生》言:“风雨寒热不得虚,邪不能独伤人[12]。”指出正气充足在疾病防治与健康保持方面意义重大[13]。由于毒邪最易伤正,而正伤更无力抗毒,毒邪愈加亢盛,两者相互为病,互为因果。因此,运用扶正解毒疗法既可固护正气,使免疫系统奋力抗邪,又能解毒清邪,祛除癌病之标,两者相辅相成,共同调节免疫系统治疗肿瘤[14]。

1.2 补脾胃益营卫调控肿瘤免疫脾胃居中央而主土,生化气血,灌溉四方,濡养五脏,调节气机,通达上下,为后天之根本。随着现代科学研究的深入,中医脾胃的概念与内涵已经映射到了现代医学的免疫系统,如脾脏、淋巴器官等。这与中医脾胃卫外而为固的功能暗合,谷气入胃,化生营卫二气,卫气外可充皮肤,肥腠理,内可充脏腑,布全身,抵御病邪,与免疫系统功能息息相关[15]。正向免疫应答可抵御病邪入侵,监视、清除内部细胞病变,维护机体平衡。有研究发现,脾脏抵御外邪的作用与机体特异性免疫、非特异性免疫密切相关[16]。同时,脾为后天,肾为先天,两者相互促进,共为先天固有免疫与后天获得免疫的基础[17]。

脾胃亏虚,气血生成不足,正气亏虚,气机升降失调,痰瘀阻滞,日久化毒,机体免疫功能失调。特异性免疫表现为T淋巴细胞百分比降低,CD4+T细胞、CD8+T细胞比值下降,IL-1β等细胞因子表达降低,细胞免疫异常[18];免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)、IgG、IgM等免疫球蛋白及C3、C4补体下降,体液免疫紊乱[19]。非特异性免疫表现为巨噬细胞的M2型极化,分泌相关抑制性细胞因子,抗邪能力下降,肿瘤细胞不能清除,从而发生肿瘤[20-21],可用汤药补益脾胃,以复正气之本,提高机体免疫,干预免疫相关细胞因子释放,调节免疫,治疗肿瘤[22-24]。

2 中药双向调控肿瘤免疫机制

中药及其活性成分可通过作用于相关免疫细胞,产生相应细胞因子,激活补体系统,参与特异性免疫和非特异性免疫,进而抑制肿瘤的发展。许多中药在增强免疫的同时,又能改善免疫系统的过度激活状态,从而双向调节免疫,达到抗肿瘤的作用[25-28]。

2.1 中药双向调节固有免疫应答固有免疫应答是人体对抗外来病原体和肿瘤细胞的第一道屏障,发挥着防御作用[29-30]。固有免疫细胞,如巨噬细胞(macrophage,M),可通过产生效应分子、发挥吞噬作用进而杀死肿瘤细胞;自然杀伤(natural killer,NK)细胞能够直接识别并杀死肿瘤细胞[31];树突状细胞(dendritic cell,DC)可以处理肿瘤细胞表面抗原,并将抗原信息呈递给T淋巴细胞,激活特异性免疫,起到抗肿瘤作用;髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是一群来源于骨髓的异质细胞,能够对其他免疫细胞产生抑制作用[32]。中药能够调节固有免疫细胞,激活固有免疫应答,从而调控肿瘤免疫,治疗肿瘤。

2.1.1 巨噬细胞巨噬细胞主要有M1型和M2型两种亚型。M1型巨噬细胞能分泌相关炎性细胞因子,如活性氧(reactive oxygen species,ROS)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-12(interleukin-12,IL-12)等,吞噬肿瘤细胞,呈递肿瘤表面相关抗原信息,调节免疫刺激因子水平,增强T细胞与NK细胞活性,发挥抗肿瘤作用;M2型巨噬细胞的功能与M1型巨噬细胞的功能相反,M2型巨噬细胞有利于肿瘤细胞的增殖与转移,抑制肿瘤免疫微环境,促进肿瘤组织血管生长[33-34]。

研究表明,中药能够双向调节M1型、M2型巨噬细胞,产生抗肿瘤作用。胡琦等[35]建立H22荷瘤小鼠模型,发现喂养低剂量生附片多糖可以抑制巨噬细胞吞噬功能,减少M1型巨噬细胞的极化,改善细胞形态,减轻炎症反应,增强化疗药物对肿瘤细胞的抑制作用;此外,黄芪多糖能够增加肺癌患者外周血中CD8+、CD45+T细胞数量,提高M1/M2巨噬细胞比例,协同增强化疗药物的抗肿瘤效应[36]。李灿涛等[37]分别向荷瘤鼠灌喂巴戟天生药及乙醇提取物后,发现两组小鼠血清中iNOS表达水平上调,CD206表达降低,iNOS/CD206比值升高,M1型巨噬细胞分化增加,肿瘤组织血管形成速度减缓,表明中药巴戟天与小鼠血清中环氧化酶-2(cyclooxygenase-2,Cox-2)、低氧诱导因子-1α(hypoxiainducible factor-1α,HIF-1α)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达水平下调有关。

2.1.2 NK细胞NK细胞为常见的固有免疫细胞,可快速识别及清除感染细胞,为抗病毒感染和抗肿瘤的基础[38]。NK细胞能够对肿瘤细胞产生抗原非依赖性免疫应答。研究表明,调节NK细胞从而治疗肿瘤前景广阔[39]。例如,四君子汤可通过调控STAT3信号通路、调节IFN-γ分泌、下调PD-1/PD-L1表达等提高NK细胞活性,抑制结肠癌细胞增殖[40]。兰红云等[41]建立小鼠肺肿瘤转移模型,探究IL-17D调节肺脏NK细胞的募集机制及黄芪的促进作用,结果发现经IL-17D处理后的小鼠体内NK细胞含量增加,IL-15、CXCL9等细胞因子表达上调,经中药黄芪处理后的模型小鼠IL-17D表达上调,NK细胞含量增多,肿瘤细胞受到抑制。胥孜杭等[42]研究发现,泽漆汤能够通过上调肺癌模型小鼠体内NK细胞含量,增强NK细胞的脱颗粒能力,从而抑制肿瘤细胞生长,延长模型小鼠生存期。

2.1.3 DCDC是专业的抗原呈递细胞,在固有和适应性免疫系统中都发挥着重要作用。DC的功能状态在很大程度上决定了抗肿瘤免疫作用的强弱。增强肿瘤患者DC的功能以促进T细胞活化是抗肿瘤免疫治疗的有效手段[43-44]。张雪伟等[45]通过一项小鼠实验证明,红景天苷(salidroside,SAL)能够调控TLR4水平进而促进DC的成熟,激活DC相关靶点,提高DC的抗原呈递作用,同时增强T细胞的杀伤能力。中药提取物人参皂苷能够明显促进细胞因子诱导人单核白血病细胞向DC分化,增强白血病来源DC抗原提呈能力及活化适应性免疫应答能力[46]。这些研究表明,中药可通过增强DC的功能状态从而提高肿瘤患者的免疫力。

2.1.4 MDSCMDSCs是来源于髓系的异质性细胞群体,为不成熟的免疫抑制细胞,常抑制免疫反应,并损害机体固有免疫应答及适应性免疫应答[47-48]。按照相关形态学特征及其表型可将MDSCs分为2种主要亚型:单核细胞型(Mo-MDSCs)与多形核细胞型(PMN-MDSCs)或粒细胞型(G-MDSC)[49]。在外周,MDSCs抑制免疫的主要机制为生成相关免疫抑制代谢产物,包括ROS、NO及消耗T细胞相关营养物质产生的代谢产物等;诱导与募集其他免疫抑制细胞,如相关肿瘤诱导的调节性T细胞等[50-52]。

在肿瘤组织中,MDSCs对T细胞有直接抑制作用,然而肝脏和脾脏分离的MDSCs在没有相关抑制因子的作用时不具备免疫抑制作用[53]。研究发现,肿瘤浸润骨髓源性抑制细胞(TI-MDSCs)将会随着脂肪酸的摄取与活化脂肪酸氧化(fatty acid oxidation,FAO)的增加而影响浸润免疫细胞的功能。研究同时证明,脾脏分离的MDSCs相较于肿瘤组织分离的MDSCs,并不能影响抗原非特异性T细胞水平[54]。

中药能够调节MDSCs,抑制其作用,改善免疫系统抑制状态,对恶性肿瘤的治疗有重要意义。Hao等[55]使用淫羊藿苷干预MC38直结肠癌小鼠后发现,小鼠体内Gr1、CD11b、MDSCs活性下降,PD-L1 水平显著下降。朱杨壮壮等[56]通过建立小鼠肺癌原位模型发现,芩麻方能够调节STAT3信号通路,降低STAT3 mRNA、Arg1表达水平,影响MDSCs的增殖及活性,从而延长肺癌荷瘤小鼠生存期。Zheng等[57]对鹿茸水溶性多肽(PAWPs)进行分析后发现,PAWPs可以促进细胞凋亡,降低基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)与基质金属蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)的水平,抑制MDSCs的增殖与活化。

2.2 中药双向调适应性免疫应答适应性免疫系统是对特定抗原的高度特异性免疫应答,参与病原体和肿瘤细胞的清除[58],是肿瘤免疫的主要形式。参与适应性免疫应答的主要群体为T淋巴细胞亚群及B淋巴细胞,两者分别参与细胞免疫及体液免疫,T淋巴细胞亚群水平和肿瘤的发生发展关系密切[59]。相关研究表明,中药活性成分能够双向调节T细胞亚群分化和细胞因子分泌,发挥抗肿瘤作用[60]。

2.2.1 CD4+/CD8+T淋巴细胞外周T淋巴细胞主要包含CD4+和CD8+T细胞,两者均在抗肿瘤免疫中发挥重要作用。CD8+T细胞的重要功能亚群为细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL),而CD4+T细胞可通过促进CD8+T细胞的增殖,与由IFN-γ产生的相关趋化因子及IL-2进一步增强其效应[61]。王晨宇等[62]使用环巴胺及毛钩藤碱(HS)对CRC荷瘤鼠进行干预后发现,HS和环巴胺可能通过抑制Shh信号通路,提高CD4+及CD8+T细胞水平,增强结肠癌裸鼠免疫功能,改善其自主活动状态,延长其生存时间。此外,结肠癌小鼠模型经牡荆苷处理后可改善肿瘤微环境,加速iNOS+TAMs极化,促进CD8+T细胞增殖,发挥抑制肿瘤的作用[63]。

吴姗姗等[64]在一项临床试验中发现,非小细胞肺癌晚期患者在连续服用扶正抗癌方数月后,体内CD8+T细胞数量、IFN-γ水平、NKG2D含量增加,生存质量明显改善。有研究表明,在使用青蒿琥酯对肺癌患者外周血单个核细胞(PBMC)处理后,T淋巴细胞高表达CD279,CD4、CD8、CD279、CD39及GrzB水平上调,提示青蒿琥酯具有调节T细胞亚群的作用[65]。

2.2.2 调节性T细胞(Regulatory T cells,Treg)Treg是一组由Foxp3+、CD25+、CD4+等组成的免疫调节T细胞[66],是CD4+T细胞的一种,通常在肿瘤微环境中发挥负调节作用,进而抑制免疫反应。Treg细胞由诱导型调节性T细胞(iTreg)和天然调节性T细胞(nTreg)组成[67]。Treg细胞在肿瘤组织中大量存在,活化的Treg细胞能够促进肿瘤细胞免疫逃逸、肿瘤组织转移和侵袭[68]。同时,Treg细胞可抑制病理性免疫损伤,减少自身免疫反应的发生,中药能够双向调节Treg细胞,发挥免疫调控作用,有效避免肿瘤相关炎症反应与过度免疫的发生。

研究发现,中药灵芝可调节Foxp3、TGF-β1、IL-10表达,抑制肿瘤微环境中Treg细胞的增殖与活化,增加IL-2水平,增强抗肿瘤免疫[69]。大黄素能有效抑制结肠癌小鼠模型肿瘤组织Treg细胞的增殖与活性,降低迁移与侵袭相关蛋白的表达,发挥抗肿瘤作用[70]。谭佳妮等[71]发现,消癌解毒方能够通过降低结肠癌荷瘤小鼠外周血中Treg细胞的数量,下调肿瘤组织中Foxp3蛋白水平,从而发挥抗肿瘤作用。中药除了能下调Treg细胞,发挥抗肿瘤作用,还能减少肿瘤细胞所致免疫抑制细胞或因子的释放,上调Treg细胞水平,改善免疫抑制状态,增强T细胞的肿瘤抑制作用,进而治疗肿瘤,改善患者生存质量,延长生存时间[72-73]。

2.2.3 CTL细胞CTL可识别特定抗原从而抑制肿瘤细胞增殖,发挥抗肿瘤作用。肿瘤细胞可通过免疫逃逸等机制对抗CTL的杀伤作用。郭焱等[74]研究发现,中药灵芝多糖能够增加CD8+T淋巴细胞、细胞毒性T细胞数量及活性,进而起到抗肿瘤作用。此外,丹参多糖能够促进脾细胞增殖,促进相关抗炎因子IL-10、IL-2、IL-4等的分泌,降低促炎细胞因子TNF-α、IL-6的生成,促进NK细胞及CTL的增殖与活性,增强机体抗肿瘤作用[75]。

图1 中药作用于肿瘤免疫微环境

2.2.4 B细胞B细胞是介导体液免疫的主要细胞,但临床及科研工作者对肿瘤免疫的研究大部分都集中在T细胞的抗肿瘤作用,而对B细胞在实体瘤中的作用研究较少。B细胞在实体瘤中的作用广受争议,许多研究已证实其促瘤作用,亦有研究表明B细胞可以产生抗肿瘤免疫应答[76-77]。多种实体瘤中均发现了肿瘤浸润B细胞,包括乳腺癌、卵巢癌、结直肠癌等。

最近的研究揭示了IgG+和IgA+B细胞在抗肿瘤免疫中的不同作用。IgG+B细胞具有抗肿瘤作用,因为IgG介导DC抗原呈递并激活抗肿瘤T细胞反应。同种异体IgG对DC和T细胞的刺激作用强于均质IgG。然而,IgA+B细胞通过各种肿瘤促进机制发挥着免疫抑制作用。来自肿瘤的TGF-β可以诱导IgA+B细胞亚群。肿瘤浸润的IgA+B细胞在释放免疫抑制细胞因子IL-10的同时,也能表达PD-L1,导致T细胞衰竭[78-79]。Aghvami等[80]发现以苦参碱治疗急性淋巴细胞白血病可增加B细胞中ROS的生成,进而引起线粒体功能障碍,促使凋亡蛋白Bax表达水平升高,抗凋亡蛋白Bcl-2表达水平降低,表明苦参碱可促进肿瘤细胞的凋亡并抑制其增殖。

3 总结与展望

免疫疗法在肿瘤治疗中有较大优势,中药因其双向调节免疫的作用备受临床工作者的关注。综上所述,中药及其活性成分具有广泛的药理学作用。中药及其制剂不仅能够增强机体免疫反应,发挥抗肿瘤作用,还能通过上调Treg等免疫抑制细胞及相关因子改善免疫系统的过度激活状态,发挥肿瘤免疫的双向调节作用,从而治疗肿瘤。但目前研究仍有下列不足:(1)中药调节免疫治疗癌症已经有大量的基础和临床研究成果,中药抗肿瘤免疫调节作用已经被广泛认知,但尚未明确其具体的作用机制及免疫治疗靶点;(2)中医基础理论与现代药理作用仍未很好地结合,一些药理作用尚不能很好地用中医理论解释;(3)中药调节B淋巴细胞治疗肿瘤的研究较为匮乏;(4)中药双向调控肿瘤免疫的研究多基于单个靶点或单个方向,并未将机制串联,有些可能涉及多靶点、多通路的情况尚有待阐明。因此,进一步探索中药调节免疫治疗肿瘤相关机制,深化中医药免疫基础研究,尚需运用新的免疫学技术,进一步奠定肿瘤免疫疗法的基础,协同化疗药物治疗恶性肿瘤,发挥中药减毒增效作用,改善患者症状,提高生存质量。

在今后研究中,学者应将中医理论指导下的方剂及中药抗肿瘤作用等与现代医学相结合,从中找到两者的相关性,进而从现代医学角度解释中医相关理论,推进中医药现代化进程。同时将研究成果应用于临床实践中,以推动中医药发展的进程。基于目前肿瘤综合治疗的现状,中医药联合西药治疗肿瘤已有了一定的进展,为今后的肿瘤中西结合、精准治疗提供了有利条件,为肿瘤免疫微环境的研究及其针对性治疗奠定了基础。相信通过深入研究,中药作为高效的免疫调控及抗癌药物必将成为今后的研究热点,并进一步推动其在肿瘤临床治疗中的应用。中药双向调控肿瘤免疫治疗癌症的机制研究不仅能让世界认识到中药的抗肿瘤效果,更能认识到中药的现代化和科学化基础。