乏氧微环境与肿瘤免疫应答

　　肿瘤的发生发展是一个多因素、多环节、多阶段的发展过程，涉及细胞本身变化及肿瘤微环境的影响。乏氧被认为是微环境中最重要的因素之一。乏氧时，肿瘤细胞可通过多种细胞机制调节使肿瘤细胞适应这种不利的环境，进而使肿瘤细胞更具有抵抗力和生存能力，是实体肿瘤中较为常见的现象。实体瘤内的乏血管区和乏氧区通过抑制免疫活性细胞的抗肿瘤能力，从而介导肿瘤免疫耐受。乏氧应激可调控肿瘤血管生成和抑制免疫应答，对促进肿瘤发展和免疫逃避起着至关重要的作用。生理乏氧微环境存在于多种正常组织内，包括视网膜、肾脏髓质、皮肤表皮、骨髓[1]。肿瘤细胞通过调节乏氧诱导因子(hypoxia-induciblefactor，HIF)来适应乏氧微环境。乏氧依赖的HIF-1和HIF-2基因在血管生成、细胞增殖、肿瘤浸润和转移、肿瘤治疗抵抗、免疫抑制和维持肿瘤干细胞等方面均发挥了重要作用[2]。

　　1乏氧应激和免疫系统

　　乏氧能使分化极差的肿瘤细胞和不成熟的间质细胞增多，使肿瘤向恶性表型发展。越来越多的证据表明，乏氧时肿瘤通过促进局部免疫抑制来影响抗肿瘤免疫应答。实体肿瘤中的乏氧区浸润着大量的免疫抑制细胞，如肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associatedmacrophage，TAM)、骨髓来源的抑制性细胞(myeloid-derivedsuppressorcell，MDSC)和调节性T细胞[3]。

　　1.1TAM

　　巨噬细胞是机体抗肿瘤免疫的第一道防线，而肿瘤组织中的巨噬细胞并不能完全抑制肿瘤细胞生长及杀伤肿瘤细胞，反而参与了肿瘤的发生发展过程[4]。实体瘤的肿瘤微环境中CD206等细胞因子高表达，促使巨噬细胞分化成TAM[5]。TAM可分为M1型和M2型，M1型主要在肿瘤的起始阶段起作用，其通过产生大量细胞因子来杀伤肿瘤细胞，但M1型巨噬细胞很少聚集在肿瘤乏氧区。肿瘤细胞因子如白细胞介素(IL)-4、IL-10等，能将TAM极化成M2型，M2型巨噬细胞的免疫抑制活性更强，使肿瘤进一步恶化[5]。TAM受趋化因子的趋化作用聚集在肿瘤的乏氧区，受HIF-1α和HIF-2α的调节[6，7]，同时也能上调肿瘤乏氧区基质金属蛋白酶(MMP)-7的表达[8]。MMP-7可裂解邻近细胞的Fas配体，进而减少肿瘤细胞被自然杀伤细胞和T细胞裂解[9]。

　　1.2MDSC

　　MDSC直接促进免疫耐受。MDSC在血管内皮生长因子(VEGF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、前列腺素等作用下，聚集于肿瘤组织和淋巴器官，从而抑制CD8＋T的细胞效应，促进抗原特异性调节性T细胞的增殖，抑制T淋巴细胞的抗肿瘤能力[10，11]。TAM与MDSC是相互关联的，研究报道MDSC能下调巨噬细胞中IL-12的表达、上调IL-10的表达，进而促进巨噬细胞由M1型向免疫抑制表型的M2型极化[12]。

　　1.3调节性T细胞

　　1.3.1调节细胞毒性T细胞的功能：

　　研究表明，T细胞受体(Tcellreceptor，TCR)通过磷脂酰肌醇3-激酶途径引导CD3扩增，增加HIF-1αmRNA合成，进而增强HIF-1的稳定性[13]。TCR激活的T细胞也可通过蛋白激酶C和钙调磷酸酶途径增加HIF-1αmRNA的合成。除此之外，T细胞还可通过转化生长因子-6或IL-6介导的转录活化因子3(STAT3)途径进行HIF-1αmRNA的扩增[14]。

　　在生理状态下，研究者在裸鼠的乏氧脂肪组织中发现了CD8＋T细胞[15]。在肿瘤乏氧微环境中，存在多种可抑制CD8＋T细胞功能的细胞因子，其活性受到抑制。Caldwell等[16]研究表明，在小鼠脾细胞中乏氧应激延迟了CD8＋T细胞的发展，但增加了成熟的CD8＋T细胞的细胞毒作用，其细胞毒性蛋白增加是由于其TCR和黏附分子的表达上调。

　　肿瘤内乏氧状态以依赖HIF-1的方式刺激了肿瘤组织CD8＋T细胞表面共刺激受体CD137的表达，抗CD137抗体增加了CD137＋CD8＋T细胞体外γ干扰素(IFN-γ)和肿瘤坏死因子-α的表达，减缓了体内肿瘤的生长，增强了CD8＋T细胞活性[17]。但是其获益是有肿瘤特异性的，有研究发现，抗CD137的免疫疗法对乳腺癌无效。此外，抗原刺激T细胞是乏氧条件下CD137表达下调的必要条件，这意味着肿瘤抗原的缺失可能导致乏氧诱导CD137表达下调的受损。

　　1.3.2强化调节性T细胞的免疫抑制功能：

　　在乏氧应激和转化生长因子-β存在的前提下，CD4＋T细胞通过直接绑定HIF-1-Foxp3的启动子区域来上调Foxp3，诱导调节性T细胞形成[18]。另一方面调节性T细胞中的Foxp3肿瘤抑制基因缺失，导致HIF-1稳定性发生变化，使调节性T细胞向辅助T1型转化[19]。这些调节性T细胞通过直接绑定HIF-1-IFN-γ的启动子，促使IFN-γ大量产生、IL-17小幅增加。

　　2乏氧应激对肿瘤可塑性的影响

　　2.1肿瘤干细胞

　　肿瘤干细胞处于未分化状态，能进行自我更新，在免疫缺陷小鼠体内能够发展成肿瘤，并能重建大部分肿瘤的异质性。肿瘤干细胞能够抵抗传统的抗肿瘤疗法，可能是肿瘤治疗后复发的原因之一。乏氧和HIF能诱导肿瘤细胞向恶性表型分化，并维持肿瘤细胞的干细胞特性[20]。Mccord等[20]报道胶质母细胞瘤在乏氧状态下，干细胞样细胞中的CD133＋和诱导胚胎干细胞的细胞标志物表达比例增加，这与HIF-2选择性增加有关。乏氧增强肿瘤细胞内的干细胞样细胞的增殖能力，反映了肿瘤干细胞的可塑性和微环境在肿瘤干细胞发展中的重要作用。

　　2.2乏氧和循环肿瘤细胞

　　循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell，CTC)通过内渗到达淋巴和循环系统，进而入侵和定居于远处脏器。上皮-间质转化使CTC从肿瘤原发部位迁移到远处器官。尽管CTC和肿瘤乏氧的关系尚未完全明确，但初步研究显示肿瘤乏氧微环境能影响CTC的转移能力。Kallergi等[21]研究表明，转移性乳腺癌患者体内的CTC细胞表达HIF-1和VEGF，而且CTC细胞质膜表达VEGF受体(VEGFR)2。

　　3免疫疗法

　　新兴的免疫疗法，包括应用HIF-1抑制剂改善肿瘤乏氧状态，对于提高不同肿瘤患者的抗肿瘤免疫反应可能有益。但抑制乏氧能否成为提高肿瘤患者疗效的治疗策略目前仍在研究中。

　　普遍认为肿瘤血管生成的关键点是乏氧信号下的血管内皮反应，肿瘤异常血管的生成导致了乏氧和免疫抑制[22]，人们通过应用抗癌药物、高浓度氧放疗和协同促进免疫应答的免疫疗法来尽量使肿瘤血管功能正常化。持续的血管正常化影响肿瘤微环境中的免疫细胞，是另一种抗血管策略。阻断VEGF-VEGFR通路使肿瘤血管正常化，提高进入肿瘤肿块的细胞毒性T淋巴细胞数量，增强了肿瘤的治疗疗效。血管正常化能促使巨噬细胞直接极化成M1表型、诱导Th1细胞免疫应答、允许细胞毒性T淋巴细胞浸润以及减少调节性T细胞募集[23]。另外，调节性T细胞的减少可修复血管功能，这也证实了血管正常化、乏氧缓解与免疫应答有关[24]。未来工作的焦点在于通过肿瘤血管正常化，重建肿瘤微环境，避免肿瘤免疫耐受和免疫抑制。

　　4结语

　　肿瘤微环境在肿瘤发生、发展过程中有至关重要的作用，通过干预肿瘤微环境可提高免疫治疗的疗效。研究表明瘤内乏氧可使肿瘤细胞更具侵袭性且不同程度地影响免疫细胞的可塑性和抑制性。通过血管正常化来重构肿瘤微环境，避免肿瘤免疫耐受和免疫抑制，可以为抗肿瘤治疗提供新的策略。