免疫细胞在肿瘤骨转移中的作用与调控机制

唐 亮，朱丽娟，吕成伟，康 辉

肿瘤的发病率呈逐年增加的趋势，而骨转移作为严重的疾病转归阶段，使得患者生存质量急剧下降，亦是患者死亡的主要原因。据统计，肿瘤晚期患者中骨转移发生率较高，在乳腺癌及前列腺癌的患者中，约80%发生骨转移，在甲状腺癌患者中，亦超过50%患者出现骨转移，约35%肺癌患者发生骨转移［1］。目前，对于肿瘤骨转移的治疗并无确切的手段。

由于趋化作用的存在，肿瘤细胞在改造骨微环境的同时，骨微环境也不断招募肿瘤细胞，使得肿瘤细胞不断向骨组织归巢。骨微环境中被肿瘤细胞活化的成骨细胞和破骨细胞，在骨重塑过程中释放出大量生长因子，包括转化生长因子β（TGF-β）、胰岛素样生长因子1（IGF-1）、骨形态发生蛋白（BMPs），又参与调控肿瘤细胞的增殖，形成恶性循环［2］。因此，较多的学者关注了肿瘤细胞与骨细胞间的相互作用。然而，在骨髓微环境中，还存在大量的免疫细胞，免疫细胞对于肿瘤骨转移的作用，逐渐被更多学者所关注，免疫治疗也逐渐成为研究热点。

在肿瘤发生骨转移的过程中，机体的免疫系统不仅具有清除肿瘤细胞的作用，还可被肿瘤细胞所利用，而出现免疫逃逸的现象［3］。骨髓微环境中的调节性T淋巴细胞、巨噬细胞以及骨髓来源抑制细胞（MDSCs），均具有协助肿瘤细胞发生免疫逃逸的作用。杀伤性T淋巴细胞和自然杀伤细胞（NK）具有清除肿瘤细胞的作用［4］。因此，免疫系统对于肿瘤骨转移的发生具有重要意义。

1 免疫细胞在骨微环境中的作用

免疫细胞在骨微环境中，主要与成骨细胞及破骨细胞发生作用。具体表现为，活化的CD4+T淋巴细胞通过分泌干扰素γ（IFN-γ），抑制破骨细胞的活化［5］。减少溶骨性骨转移中骨质的破坏。然而，在不同微环境中CD4+T淋巴细胞通过分泌白细胞介素 6 （IL-6）、IL-11、IL-15以及肿瘤坏死因子 α（TNFα），促进破骨细胞的分化，继而出现溶骨性病灶［6］。成骨性骨转移相关研究中表明，B淋巴细胞、巨噬细胞与成骨细胞具有较明显的相互作用。成骨细胞在不同成熟程度的B淋巴细胞分化中，均起到了重要的作用［7］。巨噬细胞具有调控成骨细胞分化以及矿化的作用［8］。在肿瘤骨转移相关微环境中，CD169+巨噬细胞在成骨性骨转移中，通过活化成骨细胞，促进了肿瘤骨转移的发生［9］。因此，在肿瘤骨转移的研究中，免疫细胞与成骨细胞、破骨细胞的相互作用，使得肿瘤骨转移的发生变得更为复杂。

2 骨髓免疫细胞在肿瘤骨转移中的作用

2.1 T淋巴细胞 在T淋巴细胞各亚型中，CD8+T淋巴细胞是免疫系统介导的，杀伤肿瘤细胞的主要成分。具体机制可分为，一部分通过穿孔素与颗粒酶B的协同作用而裂解肿瘤细胞，或通过死亡相关因子（Fas）通路促进肿瘤细胞凋亡［3］。 然而，T 淋巴细胞介导的肿瘤杀伤作用并不能持续存在，可被破骨细胞分泌的转化生长因子β（TGF-β）所抑制。在肿瘤相关的免疫反应中，CD4+T淋巴细胞主要发挥了免疫抑制的作用。CD4+T淋巴细胞具有不同亚型，包括调节性T淋巴细胞（Treg）和辅助性T淋巴细胞（Th17），其中Treg是机体维持免疫稳态的重要成分，也具有防止自身免疫性疾病发生的功能。然而，机体出现肿瘤后，Treg被肿瘤细胞所利用，抑制了免疫系统杀伤肿瘤细胞的作用［11］。肿瘤骨转移相关研究表明，骨髓微环境是Treg优先定植并发挥功能的场所［12］。研究还表明，Treg是核因子κ B受体活化因子配体（RANKL）的重要来源，RANKL具有诱导破骨细胞分化以及促进肿瘤细胞迁移的功能，并协助肿瘤细胞在骨微环境中定植［13，14］。 Th17 也可通过分泌RANKL而发挥作用，并且在TGF-1和芳香烃受体（AhR）存在条件下，Th17具有向Treg分化的能力，增加了骨髓微环境中 Treg 的含量［15，16］。

2.2 自然杀伤细胞 自然杀伤细胞（NK）是固有免疫系统中一类具有杀伤肿瘤功能的重要细胞类型。NK细胞主要通过抗原特异性受体CD16，NKG2D，识别肿瘤细胞表面特异抗原，进而发挥杀伤作用［3］。NK细胞还通过Fas-Fas配体通路介导肿瘤细胞发生凋亡，而发挥清除肿瘤细胞的作用［17］。在肿瘤微环境中，NK细胞杀伤肿瘤细胞的功能可被不同程度的抑制，具体机制为NK细胞表面的激活受体CD161与抑制受体NKG2D功能失衡，或微环境中存在免疫抑制细胞因子IL-10，TGF-β，使得NK细胞失去杀伤肿瘤细胞的功能［18］。在肿瘤微环境中，肿瘤细胞、巨噬细胞以及粒细胞产生的活性氧（ROS），也可导致 NK 细胞杀伤能力下降［19］。 因此，提高NK细胞的存活以及激活状态，可有助于肿瘤细胞的靶向杀伤。

2.3 骨髓来源抑制细胞 骨髓来源抑制细胞（MDSCs）是骨髓来源的多种未成熟细胞的总称，具有免疫抑制功能。在生理条件下，未成熟的髓样来源的细胞可分化为巨噬细胞、树突状细胞以及粒细胞。然而，在肿瘤等病理条件下，未成熟髓样细胞的分化被抑制，而表现为以分泌精氨酸酶1（arginase 1）、诱导性一氧化氮合酶（iNOS）以及 TGF-β 为特征的具有免疫抑制功能的细胞，被称为MDSCs［20］。MDSCs可通过抑制固有免疫以及适应性免疫，而促进肿瘤细胞的增殖和转移。在动物模型以及患者中均发现，多种肿瘤的原发灶和转移灶中均有MDSCs的浸润［21］。在肿瘤微环境中，MDSCs可通过诱导T淋巴细胞凋亡以及抑制其增殖，而发挥抑制T淋巴细胞的作用。MDSCs通过促进Treg的增殖和活化，而发挥抑制效应性T淋巴细胞的作用。MDSCs还可通过分泌促血管生成因子，而发挥促进血管以及淋巴管生成的作用，为肿瘤转移的发生奠定基础，亦具有直接促进肿瘤内皮细胞增殖的作用［20，22］。相关研究表明，在乳腺癌动物模型中发现，MDSCs的浸润促进了肿瘤骨转移的发生［23］。结合MDSCs的免疫抑制功能和具有分化为破骨细胞的潜能，在肿瘤骨转移的治疗中，对MDSCs的靶向调控，具有良好的治疗前景。

2.4 巨噬细胞 单核细胞脱离骨髓后，在组织器官中可分化为巨噬细胞，而发挥清除病原体的作用。在巨噬细胞所处微环境中，不同的细胞因子可使巨噬细胞向不同类型发生极化。可分化为M1型促炎症反应的巨噬细胞，以及M2型抑制炎症反应的巨噬细胞。其中M1型巨噬细胞可通过分泌IFN-γ、IL-1、IL-6以及IL-23等炎性因子，活化CD8+T淋巴细胞、NK细胞而发挥清除肿瘤细胞的作用［21］。M2型巨噬细胞通常被称为肿瘤相关巨噬细胞（TAM），在肿瘤的发生发展、血管形成以及转移过程中具有重要的作用［24，25］。 TAM 可分泌较高水平的 IL-10、TGF-β而抑制CD4+T淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞的活性［26］。无论临床实验还是动物实验均证实，TAM可促进肿瘤的转移，尤其是骨转移的发生［27］。在TAM促进肿瘤骨转移的机制研究中发现，乳腺癌细胞表达的趋化因子CCL2可招募CCR2+的巨噬细胞、破骨细胞前体细胞，在骨微环境中定植，进一步发挥抑制免疫细胞的作用，同时还可分化为破骨细胞［28］。集落刺激因子-1（CSF-1）具有促进单核细胞、破骨细胞前体细胞和巨噬细胞分化的功能，在巨噬细胞介导的肿瘤骨转移中发挥了重要的作用［29］。在肿瘤发生骨转移的过程中，巨噬细胞发挥了重要的支持作用，因此，针对巨噬细胞进行的免疫调控具有重要意义。

3 靶向免疫细胞的调控方法

3.1 靶向T淋巴细胞 在提高免疫细胞杀伤肿瘤的方法中，用于增强CD8+T淋巴细胞的方法主要包括，嵌合抗原受体 （CAR）、修饰T淋巴细胞受体（TCR）以及注射疫苗的方式［3］。在临床上抑制Treg的治疗方法，疗效已经得到了肯定。在肿瘤的化学药物治疗中，环磷酰胺、紫杉醇等药物，可通过Fas通路介导Treg死亡，从而提高机体免疫系统杀伤肿瘤的功能［30，31］。应用细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4）抑制剂，通过与Treg受体的结合，可较明显抑制Foxp3+Treg的活性，代表药物为易普利姆玛（ipilimumab）和替西木单抗（tremelimumab）。程序性死亡受体 1（PD-1）抑制剂（nivolumab）亦能通过抑制Treg的活性，而提高机体免疫系统的清除能力［32］。 人类 Treg 表达 Toll样受体，Toll样受体激动剂可通过PI3K-AKT通路的激活而抑制Treg的免疫抑制活性［33］。通过增强CD8+T淋巴细胞以及抑制Treg的方法，可更有效地利用T淋巴细胞的免疫杀伤能力，提高肿瘤骨转移的治疗水平。

3.2 靶向自然杀伤细胞 NK细胞杀伤肿瘤细胞的功能较强，临床研究利用自体或异体NK细胞，靶向治疗乳腺癌、肺癌、黑色素瘤以及结肠癌等疾病［34］。并且，为了增强NK细胞识别靶细胞的能力，可在NK细胞表面嵌合肿瘤细胞特异性抗原的受体［34］。还可通过基因修饰的方法，使得NK细胞表达细胞因子IL-2、IL-15，而增强NK细胞在体内的增殖能力，从而发挥抗肿瘤的作用［35］。NK细胞的外源性输入，也具有协助化疗药物发挥杀伤肿瘤细胞的作用［36］。因此，通过免疫调控的方法，增强机体NK细胞的活性，可提高机体抗肿瘤的能力。

3.3 靶向巨噬细胞 在临床上靶向巨噬细胞治疗原发肿瘤以及肿瘤转移，已经取得了一定的进展，并为肿瘤的治疗提供新概念。针对肿瘤相关巨噬细胞（TAM）的治疗方法，主要包括清除TAM以及分子靶向调控。骨髓来源的巨噬细胞，主要通过肿瘤细胞的招募作用到达肿瘤微环境，其中较为重要的包括CCL2/CCLR2、CSF-1/CSF-1R通路，因此，开发针对以上通路的抑制剂，具有重要的意义［37］。清除巨噬细胞相关研究表明，烷化剂、氯磷酸盐以及唑来膦酸可通过诱导凋亡，而达到清除巨噬细胞的作用［38，39］。 还可通过应用 CSF-1 受体抑制剂、血管内皮生长因子 （VEGF）抑制剂、组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂，使得TAM向抗肿瘤型巨噬细胞转变，结果表明可减轻原位肿瘤以及肿瘤转移的发生［39］。因此，靶向调控巨噬细胞以及抑制肿瘤微环境对于巨噬细胞的招募作用，具有治疗意义。

3.4 靶向骨髓来源抑制细胞 骨髓来源抑制细胞（MDSCs）主要通过抑制NK细胞、T淋巴细胞的增殖和激活，而发挥免疫抑制作用［40］。因此，靶向MDSCs是免疫治疗肿瘤的重要方法。目前，针对MDSCs的靶向治疗方法主要包括，应用MDSCs表面特异性蛋白Gr1的抗体，清除MDSCs的方法［41］。利用维生素D、全反式维A酸（ATRA）诱导MDSCs分化为成熟的巨噬细胞或树突状细胞，而失去免疫抑制的功能［42］。 还可通过使用环氧合酶（COX2）抑制剂、磷酸二酯酶5抑制剂以及非甾体抗炎药，阻止MDSCs的免疫抑制作用［43］。有文献报道，索拉非尼、舒尼替尼等酪氨酸激酶抑制剂，既可抑制造血细胞的成熟，也可抑制MDSCs的生成［44］。趋化因子受体（CCR2、CXCR4） 的阻断剂以及趋化因子（CCL2、CXCL12）的抑制剂，具有阻断肿瘤微环境招募MDSCs 的作用［44，45］。 因此，在 MDSCs 的靶向治疗中，通过应用抗体以及药物或诱导其成熟的方法，均可阻断MDSCs免疫抑制。

肿瘤骨转移的发生较为常见，尤其多见于乳腺癌以及前列腺癌的患者。肿瘤骨转移的发生与肿瘤细胞和骨髓微环境的相互作用密不可分。在骨髓微环境中存在的多种免疫细胞，不仅可协助肿瘤细胞出现免疫逃逸的现象，还可与骨细胞发挥相互作用，具有促进肿瘤发生骨转移的功能。因此，了解骨髓微环境中免疫细胞的调控机制，对于肿瘤骨转移的治疗显得尤为重要。目前，有许多肿瘤免疫治疗的方法具有良好前景，已经开展临床前或临床实验，为肿瘤的治疗带来了希望。将免疫治疗与化学药物治疗联合应用，具有协同作用，可有效减缓肿瘤进展以及降低转移发生率，同时提高患者生存率。因此，肿瘤的免疫治疗是继放射治疗、化学药物治疗以及手术治疗后，一种较为新颖并行之有效的治疗手段。