腫瘤中的異質性髓系細胞
眾所周知,淋巴細胞在腫瘤免疫監(jiān)視中起著關鍵作用。而越來越多的證據表明,髓系細胞對腫瘤的發(fā)展也有很大的影響。腫瘤相關髓系細胞(TAMC)是異質性的,對腫瘤細胞和腫瘤微環(huán)境(TME)產生明顯甚至相反的作用。此外,髓系細胞在調節(jié)淋巴細胞行為方面起著關鍵作用,導致免疫刺激或免疫抑制性TME,從而抑制或促進腫瘤發(fā)展。
研究最多的TAMC包括單核細胞、腫瘤相關巨噬細胞(TAMs)、樹突狀細胞(DC)、腫瘤相關中性粒細胞(TANs)和髓源性抑制細胞(MDSC)。它們參與多效性過程,包括腫瘤細胞的生長、存活、分化、播散和轉移、血管生成、TME重塑、免疫調節(jié)和對癌癥治療的反應。了解TAMCs在腫瘤中的作用和機制將有助于發(fā)現新的治療方法。
單核細胞
單核細胞是一組異質性的單核吞噬細胞,在炎癥期間循環(huán)外周血中發(fā)揮先天免疫功能。大多數循環(huán)中的單核細胞是在人類表達CD14+CD16-的經典型單核細胞和小鼠中的Ly6Chigh細胞。從共同的單核細胞祖細胞(cMoP)分化而來,經典型單核細胞通過表達趨化因子受體,遵循趨化因子梯度,如CCL2和CCL7,離開骨髓。在穩(wěn)態(tài)過程中,循環(huán)中的經典型單核細胞轉化為中間型單核細胞,在人類中表達CD14+CD16+,在小鼠中表達Ly6Cint,隨后轉化為非經典型單核細胞,在人類中表達CD14lowCD16+,在小鼠中表達Ly6Clow。在感染后,經典型單核細胞會迅速滲出炎癥組織,對趨化因子、細胞因子和補體片段作出反應并介導抗菌作用,如吞噬作用。
在腫瘤發(fā)展的不同階段,不同的單核細胞亞群表現出不同甚至相反的作用。
IFN-γ或IFN-α可上調人類單核細胞中腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(TRAIL)的表達,下調TRAIL受體2的表達,TRAIL介導腫瘤細胞凋亡而不損傷單核細胞。在經腫瘤細胞刺激后,人CD14+CD16+單核細胞增加促炎細胞因子TNF-α和IL-12的產生,減少抗炎細胞因子IL-10的產生,并對腫瘤細胞產生直接ADCC作用的細胞毒性。
此外,非經典型單核細胞以Fcγ依賴的方式在體外介導調節(jié)性T細胞(Treg)的細胞毒性。腎細胞癌(RCC)患者和小鼠模型中的循環(huán)單核細胞顯示出促腫瘤基因特征,促血管生成因子IL-8、血管內皮生長因子(VEGF)以及基質金屬蛋白酶(MPPs)的表達上調。功能研究表明,來自腎細胞癌單核細胞的培養(yǎng)基通過阻斷VEGF受體2(VEGFR2)促進血管生成,這表明腎細胞癌中的單核細胞具有VEGF依賴性促血管生成特性,并通過重塑TME促進腫瘤細胞的侵襲。
從機制上講,經典型單核細胞產生VEGF,促進腫瘤細胞外滲,導致轉移。相比之下,非經典型單核細胞在吞噬腫瘤細胞衍生微粒后被激活,從而減少腫瘤細胞的轉移。這表明經典型單核細胞具有促轉移作用,而非經典型單核細胞具有抗轉移作用。
腫瘤相關巨噬細胞
TAM在功能上是異質性的,分為兩個主要亞群,M1和M2巨噬細胞。在對脂多糖(LPS)、IFN-γ和GM-CSF的反應中,M1巨噬細胞經歷經典激活并優(yōu)先分泌抗菌分子和促炎細胞因子,包括活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)和IL-6。M1巨噬細胞是抵抗微生物感染的第一道防線。M1巨噬細胞還保持強大的抗原呈遞能力,誘導強烈的Th1反應。
相反,M2巨噬細胞受IL-4、IL-13、IL-10和CSF-1的作用經歷選擇性激活,并優(yōu)先分泌抗炎細胞因子,包括轉化生長因子β(TGF-β)、IL-10以及蛋白酶(如精氨酸酶-1和MPPs)。M2巨噬細胞在限制免疫反應、誘導血管生成和組織修復方面起著關鍵作用。因此,M2樣TAM的存在與促腫瘤活性相關,而M1樣TAM的存在與抗腫瘤活性相關。
TAM通過分泌促炎癥介質,如TNF-α和ROS,創(chuàng)造有利于腫瘤啟動的誘變微環(huán)境。
在非小細胞肺癌患者中,免疫檢查點配體PD-L1的表達在腫瘤浸潤性免疫細胞中上調,其中富含M2樣TAM。機理研究表明,暴露于乳酸后,TAMs上PD-L1的表達上調。PD-L1與T細胞上PD-1的相互作用抑制了T細胞增殖并誘導T細胞凋亡,從而導致免疫耐受。同時,TAM通過表達PD-L1和分泌抗炎細胞因子IL-10抑制CD4+輔助性T細胞的擴增。
另外, TAM通過分泌趨化因子CCL22以招募Treg,通過分泌TGF-β,來增強Treg的功能。人類TAM還分泌表皮生長因子(EGF)以增強腫瘤細胞的侵襲性。TAM均上調MMP,MMP降解間質膠原,上調膠原的合成和組裝,以重塑TME,有利于腫瘤細胞的侵襲。
樹突狀細胞
樹突狀細胞是最有效的抗原呈遞細胞(APCs),連接先天免疫和適應性免疫。DC在生理條件下具有表型和功能異質性。作為對微生物感染的反應,細胞外微生物蛋白通常被成熟DC吞噬或內吞,并通過II類主要組織相容性復合體(MHC)分子呈現給CD4+T細胞。相反,胞漿微生物蛋白通常通過I類MHC分子呈現給CD8+T細胞。滲透到TME中的DC包括處于不同發(fā)育階段的不同亞群。這些腫瘤相關樹突狀細胞根據樹突狀細胞亞群和腫瘤分期發(fā)揮免疫刺激或免疫抑制作用。
傳統DC(cDC)
cDC由兩個表型和功能不同的亞群組成。人cDC1表達CD11c、MHC-II、BDCA3、CD141、XCR1、CLEC9A和DNGR1。人cDC1表達toll樣受體(TLR)并分泌促炎性細胞因子,包括IL-12p70和IFN-α,以響應感染誘導Th1反應。cDC1刺激抗腫瘤免疫反應,cDC1特異性基因標記一直被用作癌癥患者的積極預后標志物,cDC1在腫瘤中的存在與良好的臨床結果相關。
cDC2更豐富,表達CD11c、MHC-II、BDCA1、CD172a(SIRPα)、CD115(CSF-1R)和CD11b。人cDC2產生各種細胞因子,如IL-10和IL-23,并將抗原呈遞給CD4+輔助性T細胞,從而激活效應性T細胞,包括Th2細胞和Th17細胞。cDC1啟動dLN不同區(qū)域的CD8+T細胞,而cDC2啟動dLN不同區(qū)域的CD4+T細胞。盡管cDC2激活的效應T細胞主要是導致免疫耐受的Treg但在人類和小鼠模型中,cDC2基因標記的表達與陽性預后相關。因此,cDC1和cDC2都有利于抗腫瘤免疫。
漿細胞樣DC(pDC)
與分泌抗體的漿細胞具有相同形態(tài)的DC稱為pDC。人pDC為CD123+CD303+CD304+CD11c?, 在應對病毒感染時,pDC通過TLR識別病毒核酸,分泌I型干擾素IFN-α,并在抗病毒防御中發(fā)揮關鍵作用。然而腫瘤浸潤性pDC會導致IFN-α的減少并維持了體內FoxP3+Tregs的擴增,促進了免疫耐受和腫瘤的進展。此外,黑色素瘤患者中的pDC表達吲哚胺2,3-雙加氧酶,可消耗色氨酸, 導致T細胞無能和免疫耐受。表明pDC可誘導免疫抑制性免疫反應。
除了免疫抑制作用外,一些研究表明pDC可誘導免疫刺激反應。CD123+pDC位于原發(fā)性黑色素瘤的瘤周區(qū)域,與CD8+T細胞密切接觸。功能分析顯示,人和小鼠pDC均能激發(fā)CD8+T細胞,導致其活化并分化為細胞溶解性和產生IFN-γ的效應T細胞,并使體內腫瘤消退。
TME的人CD2highpDC表達高水平的顆粒酶B、TRAIL和溶菌酶,限制腫瘤細胞的增殖并介導腫瘤細胞的接觸依賴性殺傷。此外,CD2highPDC也能有效分泌IL-12p40,它能刺激幼稚T細胞,導致T細胞擴增和免疫反應。因此,pDC在腫瘤發(fā)展過程中既發(fā)揮促腫瘤作用,又發(fā)揮抗腫瘤作用。
單核細胞源性DC(MoDC)
作為對感染的反應,循環(huán)單核細胞進入組織并分化為DC, 這些DC稱為MoDC或炎性DC(inf DC),在人類中表達CD1a、BDCA1、CD11c、MHC II和CD64。在某些癌癥的TME中觀察到MoDC,MODC能夠有效表達TNF-α和誘導型一氧化氮合酶(iNOS), iNOS介導產生的NO抑制T細胞增殖,表明MoDCs誘導免疫抑制反應。此外,在淋巴瘤小鼠模型中,過繼轉移的CD8+T細胞介導的抗腫瘤作用依賴于DC表達的一氧化氮合酶2(NOS2),提示MODC具有免疫刺激作用。因此,MoDC在腫瘤中的功能需要進一步研究。
粒細胞
癌癥相關循環(huán)中性粒細胞
中性粒細胞是一種多形核吞噬細胞,在外周血循環(huán)中具有抵抗微生物病原體的天然免疫功能。在癌癥患者中,尤其是晚期和轉移后,循環(huán)中性粒細胞數量增加,高中性粒細胞與淋巴細胞比率(NLR)與侵襲性結局相關。
這些癌癥相關的循環(huán)中性粒細胞包括功能上不均一的亞群。高密度中性粒細胞(HDN)是一組同質的成熟中性粒細胞,在人類中表達CD66b、CD11b、CD15、CD16和CD10。低密度中性粒細胞(LDN)是一組異質性細胞,具有兩個基于發(fā)育階段的主要亞群,即來源于HDN的成熟中性粒細胞和未成熟MDSC。在無腫瘤小鼠中,95%以上的循環(huán)中性粒細胞是HDN。在荷瘤小鼠中,如乳腺癌、間皮瘤和肺癌,循環(huán)中性粒細胞(尤其是LDN)的數量隨著腫瘤進展而增加。
CD11b+MMP+HDN在腫瘤轉移前的肺中積聚,并通過釋放ROS介導針對腫瘤細胞的直接細胞毒性。相比之下,LDN顯示活性氧生成減少,對腫瘤細胞無細胞毒性,對初始腫瘤生長無顯著影響。機制研究表明,LDN通過下調促炎細胞因子的表達和限制CD8+T細胞的增殖誘導支持性TME。這表明HDN具有抗腫瘤作用,而LDN具有促腫瘤作用。
腫瘤相關中性粒細胞(TAN)
除了與腫瘤相關的循環(huán)中性粒細胞外,TAN在腫瘤發(fā)展和轉移中也起著關鍵作用。
多項研究表明,TME中的TAN促進腫瘤細胞的增殖、外滲和遷移。TAN可釋放顆粒成分,如彈性蛋白酶,以促進癌細胞的增殖和侵襲。TAN還通過分泌IL-1β和MPPs促進腫瘤細胞向轉移前龕的外滲,從而促進癌細胞的擴散。除了促腫瘤作用外,TAN還通過產生ROS和TRAIL來介導腫瘤細胞的細胞毒性。
具有抗腫瘤作用的中性粒細胞被稱為“N1”TAN,而具有促腫瘤作用的中性粒細胞被稱為“N2”TAN。研究表明,TME通過分泌各種細胞因子影響N1和N2亞群的平衡,例如,TGF-β、IL-6、G-CSF和IL-35可誘導TAN的促腫瘤極化,IFN-β和IL-12可誘導TAN的抗腫瘤極化。研究還表明,TAN與TME中的淋巴細胞相互作用并調節(jié)其功能。在4T1荷瘤小鼠中,N2 TAN抑制NK細胞介導的腫瘤細胞清除,從而促進腫瘤轉移。N2 TAN還通過分泌CCL17將Treg招募到TME中,從而促進腫瘤生長。相反,N1 TAN產生趨化因子,如CCL3、CXCL9、CXCL10,將CD8+T細胞招募到TME中,并分泌細胞因子(如IL-12、TNF-α和GM-CSF),以激活CD8+T細胞的細胞毒性,從而提供抗腫瘤作用。
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