髓系細(xì)胞在腫瘤進展過程中的作用及其潛在調(diào)控機制.pdf

1、腫瘤是“種子”(癌細(xì)胞)在適宜“土壤”(間質(zhì))中生長的結(jié)果；間質(zhì)在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程中均起著關(guān)鍵作用。髓系(來源)細(xì)胞，包括單核/巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和粒細(xì)胞等，是腫瘤間質(zhì)細(xì)胞的重要組分(占一半以上)。髓系細(xì)胞雖然在外周血或正常組織中均具有抗腫瘤功能；但在大多數(shù)實體瘤中，它們非但不能清除腫瘤，反而主動抑制免疫應(yīng)答并促進腫瘤進展。這些現(xiàn)象說明：腫瘤微環(huán)境可通過“教育”髓系細(xì)胞來改變其功能表型，進而誘導(dǎo)免疫耐受和幫助腫瘤進展；但確切機制目

2、前尚不清楚，尤其是關(guān)于人體腫瘤的研究就更少。因此，本課題以臨床腫瘤樣本為基礎(chǔ)，結(jié)合體外實驗和動物模型，系統(tǒng)地研究了腫瘤微環(huán)境對髓系細(xì)胞表型和功能的影響和調(diào)控機制，及其潛在臨床意義。獲得以下主要結(jié)果： 1.腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的可溶性分子通過誘導(dǎo)單核細(xì)胞的短暫預(yù)活化，來誘導(dǎo)產(chǎn)生免疫抑制表型的巨噬細(xì)胞(macrophages，Mψ)。多種不同類型的實體瘤細(xì)胞培養(yǎng)上清(tumor culture supernatants，TSN)在與單核細(xì)胞

3、培養(yǎng)6天后，均能使其分化成為免疫抑制表型的Mψ。但是，動態(tài)實驗的結(jié)果表明，單核細(xì)胞在接觸TSN的早期首先發(fā)生短暫的“預(yù)活化”，隨后轉(zhuǎn)入“抑制/耐受”狀態(tài)。一些不能引起單核細(xì)胞“預(yù)活化”的TSN，并不能產(chǎn)生免疫抑制表型Mψ。與此相應(yīng)，Mψ在臨床腫瘤樣本的不同區(qū)域呈現(xiàn)出獨特表型。Mψ在癌旁間質(zhì)中的體積較小并高表達HLA-DR；而在癌巢中則多呈免疫抑制表型。我們還鑒定出透明質(zhì)酸(hyaluronan，HA)片段是多種腫瘤產(chǎn)生的一個共同分子，來

4、動態(tài)“教育”單核巨噬細(xì)胞。該“動態(tài)調(diào)控”過程很可能代表了一種新型腫瘤免疫編輯的機制：實體瘤細(xì)胞分泌可溶性因子，利用正常單核細(xì)胞遷移/分化的時空特性，使它們在遷移早期(在腫瘤邊緣)就被"預(yù)活化"，從而避免了它們對腫瘤的傷害：而等它們到達癌巢時已被"鈍化"并抑制局部的抗腫瘤免疫應(yīng)答，幫助腫瘤生長。 2.腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的可溶性分子可誘導(dǎo)單核細(xì)胞分化成為耐受表型的半成熟樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DC)，并誘導(dǎo)自體T細(xì)胞的

5、CD3ε下調(diào)及凋亡。單核細(xì)胞在組織中除了能分化成Mψ之外，也可分化成DC。我們發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞分泌的可溶性因子可顯著抑制單核細(xì)胞向DC的分化，并誘導(dǎo)產(chǎn)生耐受表型的半成熟DC(tolerogenic semimature DC，TDC)。TDC與T細(xì)胞接觸后，能夠快速下調(diào)T細(xì)胞表面的CD3ε和TCRα/β表達，并誘導(dǎo)其凋亡。與體外實驗的結(jié)果相符，我們在多種實體瘤的癌巢中都觀察到免疫抑制表型DC的聚集，并伴隨著T細(xì)胞CD3ε表達下調(diào)和凋亡的現(xiàn)

6、象。該T細(xì)胞功能失常是由TDC與淋巴細(xì)胞接觸后釋放的可溶性因子引起的，但是與小鼠模型的結(jié)果不同，該過程并不依賴精氨酸酶、IDO、iNOS、和IFN-γ，而與活性氧相關(guān)。 3.癌旁間質(zhì)中活化的單核細(xì)胞通過表達PD-L1(B7-H1)來誘導(dǎo)免疫逃逸并促進腫瘤進展。我們在第一部分工作中發(fā)現(xiàn)Mψ在癌旁間質(zhì)中多呈活化狀態(tài)，本實驗室的研究結(jié)果證明：這些活化的Mψ與癌巢中的抑制表型Mψ均可促進腫瘤進展。因此，我們以原發(fā)性肝癌為模型研究這些活化

7、單核/巨噬細(xì)胞的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：癌旁間質(zhì)中的單核/巨噬細(xì)胞能夠表達大量的PD-L1(又稱B7-H1)分子，但在癌巢中則多為陰性。腫瘤浸潤PD-L1+單核細(xì)胞的數(shù)量與肝癌患者的臨床分期、轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)以及患者死亡率成正相關(guān)。體內(nèi)和體外實驗的結(jié)果均證實：腫瘤通過刺激活化單核細(xì)胞，使其自分泌產(chǎn)生TNF-α和IL-10等細(xì)胞因子來誘導(dǎo)PD-L1的表達，進而有效的抑制腫瘤特異性T細(xì)胞應(yīng)答并促進腫瘤生長。這些結(jié)果表明：腫瘤可在單核細(xì)胞向腫瘤組織遷移的早期

8、，通過誘導(dǎo)其活化產(chǎn)生的細(xì)胞因子來上調(diào)其PD-L1分子，從而在腫瘤組織中起著介導(dǎo)"免疫活化"向"免疫耐受"轉(zhuǎn)變的橋梁作用。 4.癌旁間質(zhì)中活化的單核細(xì)胞能促進記憶表型Th17細(xì)胞增殖。本實驗室早前已發(fā)現(xiàn)：Th17細(xì)胞在肝癌組織中聚集并可通過促進血管生成來加速腫瘤進展。組織中的T細(xì)胞免疫應(yīng)答主要受APC調(diào)控，而單核巨噬細(xì)胞是腫瘤組織中數(shù)量最多的APC。我們首先發(fā)現(xiàn)肝癌組織中的IL-17+細(xì)胞主要分布于癌旁間質(zhì)區(qū)域，其數(shù)量與該區(qū)域的單

9、核/巨噬細(xì)胞的數(shù)量呈正相關(guān)。在體內(nèi)，癌旁間質(zhì)的單核巨噬細(xì)胞多呈活化的表型；與此相應(yīng)，我們在體外實驗發(fā)現(xiàn)：與抑制表型的M(φ)相比，腫瘤活化的單核細(xì)胞具有更強的誘導(dǎo)記憶表型Th17細(xì)胞增殖的能力，而且這些擴增的Th17細(xì)胞在表型上更接近于腫瘤組織中分離的Th17細(xì)胞(約半數(shù)同時表達IFN—γ)。此外，我們還鑒定出其中的主要調(diào)節(jié)因子。這些結(jié)果揭示了在腫瘤微環(huán)境中，多種免疫細(xì)胞通過其精密的相互協(xié)調(diào)作用，來調(diào)控Th17細(xì)胞在局部的增殖和表型。

10、 5.Th17細(xì)胞誘導(dǎo)粒細(xì)胞向腫瘤組織的趨化，并促進腫瘤侵襲邊緣的血管生成。除了單核/巨噬細(xì)胞外，粒細(xì)胞也是間質(zhì)髓系細(xì)胞的重要成分。我們發(fā)現(xiàn)：肝癌組織中的粒細(xì)胞也主要聚集于癌旁間質(zhì)區(qū)域，其數(shù)量與患者預(yù)后呈負(fù)相關(guān)，并受到該區(qū)域IL-17+細(xì)胞(Th17細(xì)胞)的調(diào)控。在肝癌的間質(zhì)細(xì)胞中，粒細(xì)胞分泌MMP9的功能最強。體外實驗發(fā)現(xiàn)：粒細(xì)胞來源的MMP9能刺激腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生促血管因子，并加快血管生成。與此相符，我們觀察到鄰近間質(zhì)的腫瘤區(qū)域微

11、血管極為豐富，而遠(yuǎn)離間質(zhì)的區(qū)域血管較少；間質(zhì)中粒細(xì)胞的密度與腫瘤侵襲邊緣VEGF的表達和局部微血管進展呈正相關(guān)。選擇性地去除荷瘤小鼠體內(nèi)的粒細(xì)胞能有效抑制腫瘤的生長及癌巢邊緣的微血管生成。 主要結(jié)論和意義：以往關(guān)于腫瘤免疫的研究大多集中于免疫抑制，并通常將腫瘤組織作為一個整體來考慮。但是，與小鼠模型不同，人類實體腫瘤?？煞譃槎鄠€不同的區(qū)域，包括癌巢、侵襲邊緣和癌旁間質(zhì)等，各自具有獨特的組成和功能特性。我們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1)腫瘤

12、可利用單核巨噬細(xì)胞遷移和分化的時空特性，來對其進行“動態(tài)的教育”；換言之，在同一腫瘤中的單核巨噬細(xì)胞可根據(jù)其所在的獨特區(qū)域(微環(huán)境)而呈現(xiàn)出不同的功能/表型。2)除了我們熟悉的免疫抑制之外，腫瘤還會誘導(dǎo)單核巨噬細(xì)胞的“活化”來幫助腫瘤進展；這些活化的單核巨噬細(xì)胞一方面通過誘導(dǎo)Th17細(xì)胞增殖和粒細(xì)胞浸潤等來促進炎癥反應(yīng)和血管生成，同時還通過表達PD—L1等來抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答，從而將局部的炎癥反應(yīng)“化劍(抗腫瘤免疫)為犁(血管生成和組織