中性粒細胞與腫瘤：是敵是友？*

商安全 綜述,李 冬 審校

(同濟大學附屬同濟醫院檢驗科，上海 200065)

腫瘤微環境是一個動態的網絡，除了包含癌細胞還包括免疫系統的細胞，如中性粒細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞(NK)、T細胞和B細胞等[1]。腫瘤微環境對患者的治療反應和總體預后有顯著影響。中性粒細胞在多種腫瘤類型的免疫浸潤中占相當大的比例，包括肺癌、乳腺癌和胃癌、黑色素瘤、腎細胞癌和其他腫瘤。中性粒細胞作為腫瘤微環境中的一個關鍵因子，在腫瘤的進展過程中起著重要的調節作用[2]。然而，中性粒細胞在腫瘤中的作用一直是一個有爭議的問題。各種研究的結果表明腫瘤相關的中性粒細胞(TANS)具有多種抗腫瘤特性，包括對腫瘤細胞的直接細胞毒性和轉移瘤的抑制。相反，許多其他研究的發現表明，TANs能夠通過促進血管生成開關、刺激腫瘤細胞運動、遷移和侵襲，以及作為“免疫抑制開關”的一部分調節其他免疫細胞來支持腫瘤的進展。

中性粒細胞起源于髓系細胞，是構成白細胞的重要細胞部分，是先天性免疫應答的主要應答細胞類型，中性粒細胞是急性炎性反應的標志，是多形核細胞[3]。在傳統免疫學的基礎上，中性粒細胞主要負責宿主的防御、免疫調節和組織損傷[4]。盡管傳統上考慮中性粒細胞具有抗菌功能，但越來越明顯的是腫瘤相關性中性粒細胞(TAN)在腫瘤生物學中起著重要的作用。在許多腫瘤模型中，嗜中性粒細胞構成了炎性細胞浸潤的重要部分。像所有其他白細胞一樣，它們在特定趨化因子，細胞因子和細胞黏附分子的影響下進入組織。腫瘤微環境已被證明負責其在腫瘤中的募集。本文發現，TAN是嗜中性粒細胞的獨特種群，其轉錄組譜與幼稚嗜中性粒細胞和髓樣來源的抑制細胞的粒細胞級分明顯不同。最近的研究證明了中性粒細胞的表型異質性和功能多樣性[3]。研究發現，中性粒細胞在包括腫瘤在內的慢性炎癥性疾病中起著關鍵作用。與傳統觀念的中性粒細胞相比，它們的功能更為復雜[5]。且中性粒細胞可以更長的時間存活，特別是在腫瘤微環境中[6]。腫瘤微環境中有一些促炎因子可延長中性粒細胞的存活時間，如干擾素γ(IFN-γ)，并在不同條件下激活腫瘤相關的中性粒細胞，從而導致中性粒細胞具有抗腫瘤和促腫瘤的雙重活性[7]。目前，越來越多的證據表明中性粒細胞在腫瘤微環境中起著至關重要的作用。然而，這些作用在不同腫瘤類型中的性質仍有爭議。同時，中性粒細胞的群體呈現表型異質性和功能多樣性。然而，關于腫瘤相關中性粒細胞的極化狀態的研究未見報道，中性粒細胞促進腫瘤進展的詳細機制仍不清楚。

研究已經證明了腫瘤介導的信號，如轉化生長因子-β(TGF-β)誘導形成能夠支持腫瘤生長并抑制抗腫瘤免疫應答的促腫瘤(N2)表型的形成。但是，也有研究表明TAN也可以具有抗腫瘤(N1)表型。本文綜述了腫瘤微環境中性粒細胞的募集、功能和調節等方面的研究進展。還將討論在腫瘤患者中使用中性粒細胞作為預后標志物、治療靶點和潛在生物標志物的臨床價值。

1 中性粒細胞與腫瘤微環境

中性粒細胞是最普遍的先天免疫細胞類型，是第一個到達炎癥部位的細胞。中性粒細胞在傷口處的動態行為已在斑馬魚等生物模型中得到證實，在斑馬魚中可以看到中性粒細胞的動態行為。在這些模型中，中性粒細胞通常是最先到達傷口和癌變部位的早期細胞。例如，在斑馬魚腫瘤模型中，早期腫瘤的發生可以被成像，斑馬魚皮膚黑素細胞或表皮細胞中癌基因RasG12V的表達可誘導中性粒細胞的早期聚集[8]，從而推動細胞增殖和上皮向間質的轉變[9]。早期的炎癥病變組織將中性粒細胞招募到傷口和轉化的細胞中，它們具有共同的機制，包括損傷相關分子模式(DAMPs)和特異度趨化因子的參與[10]。在傷口和腫瘤中產生的第一個趨化因子之一是白細胞介素-8(IL-8)。斑馬魚模型顯示，IL-8通過CXCR1/CXCR2受體招募中性粒細胞，對組織損傷和腫瘤都有作用[11-12]。此外，在一些乳腺癌模型中，抑制CXCR2可減少腫瘤中性粒細胞的招募，并提高化療的療效[13]。這些結果表明，中性粒細胞對腫瘤的招募可通過介導傷口愈合的途徑靶向治療，對患者的預后有有益的影響。事實上，中性粒細胞通過花生四烯5-脂氧合酶基因(Alox5)[14]和中性粒細胞生成轉鐵蛋白[15]參與了轉移。然而，一些中性粒細胞在腫瘤中可能具有抗腫瘤作用，在保留抗腫瘤中性粒細胞功能的同時，特異度靶向腫瘤前中性粒細胞的能力是未來的挑戰。

中性粒細胞向腫瘤部位的遷移時，還需要CXCR2及其配體CXCL1-3和CXCL5-8之間的相互作用[13-14]。在腫瘤中，CXCR2軸是向腫瘤部位募集中性粒細胞的主要參與者。腫瘤內的多種細胞類型產生CXCR2趨化因子，包括腫瘤細胞、免疫細胞和與腫瘤組織相關的成纖維細胞[13,15-18]。一旦需要中性粒細胞遷移，這些參與者就會釋放CXCR2趨化因子進入循環系統。然后，中性粒細胞將通過正趨化梯度，向更高濃度的CXCR2配體遷移。中性粒細胞表面CXCR2的表達和CXCR2配體的產生對于這種趨化運動都是至關重要的[19]。抑制中性粒細胞CXCR2的表達將導致中性粒細胞在骨髓中滯留[20]。此外，CXCR2配體的抑制也導致中性粒細胞遷移顯著減少[16]。

2 中性粒細胞的極化狀態：N1-N2極化

中性粒細胞是對進入炎癥部位或炎癥的趨化刺激信號作出反應的壽命短暫的細胞，且對不同刺激有著不同的反應[21]。根據腫瘤微環境中腫瘤相關巨噬細胞的分類(M1抗腫瘤巨噬細胞，M2促腫瘤巨噬細胞)，中性粒細胞被分為兩種極化狀態，即抗腫瘤中性粒細胞和促腫瘤中性粒細胞[3,7]。2009年，FRIDLENDER等[7]首次提出了抗腫瘤中性粒細胞和促腫瘤中性粒細胞的界限，分別稱為N1和N2。研究發現，在G-CSF或TGF-β等調節因子作用下，中性粒細胞轉化為N2表型[3,7]。TGF-β是腫瘤細胞過度表達的免疫抑制性細胞因子，它使中性粒細胞極化成一種促腫瘤發生表型，中性粒細胞的耗竭導致小鼠模型中腫瘤生長的少量減少[7,20]。然而，使用TGF-β受體抑制劑SM16阻斷TGF-β，導致具有抗腫瘤表型的中性粒細胞聚集。在這種情況下，中性粒細胞耗竭導致腫瘤生長增加。除了TGF-β阻斷后的增加，N1中性粒細胞極化被認為是由1型干擾素(IFN)誘導的[20]。因此，從N1到N2的表型轉換可能提示TGF-β和1型IFN細胞因子之間的拮抗信號通路。中性粒細胞在腫瘤微環境中的功能似乎是不同的。然而，與M1和M2不同的是，目前還沒有合適的標記物來指示腫瘤中的N1型、N2型中性粒細胞和腫瘤相關中性粒細胞，表明這些亞群可能代表具有不同激活狀態的中性粒細胞[7,20]。總之，這些結果表明中性粒細胞極化可能是由腫瘤微環境驅動的。最近研究表明，與晚期腫瘤的中性粒細胞相比，早期腫瘤小鼠的中性粒細胞具有更高的自發遷移水平，這表明腫瘤微環境介導了表型轉換。此外，中性粒細胞本身可以通過其他細胞類型直接或間接地影響腫瘤微環境。

3 中性粒細胞在腫瘤微環境中的作用

3.1中性粒細胞的促癌作用 腫瘤相關的中性粒細胞通常被認為是多種腫瘤類型中的促腫瘤因子[3]。研究發現，外周血中中性粒細胞的數量增加與腫瘤患者的總體生存率下降相關[22]。此外，中性粒細胞/淋巴細胞比率(NLR)越高，提示這些患者的預后越差[23-26]。也有關于中性粒細胞建立惡性腫瘤細胞轉移前定位的研究[27]。這些研究表明，在多種腫瘤類型中，中性粒細胞通過以下多種機制，具有促腫瘤功能。

3.2ROS的產生 中性粒細胞在不同環境下既能殺死腫瘤細胞又能促進腫瘤生長[28-30]。最有名的嗜中性粒細胞定向殺傷腫瘤細胞的例子是活性氧ROS的產生，但ROS在腫瘤微環境中的作用和作用尚不清楚。最近，ROS介導的細胞殺傷作用被證明依賴于腫瘤細胞TRPM2的表達，TRPM2是一種依賴于過氧化氫的Ca2+通道，激活后會導致鈣離子致命地流入細胞，TANS還可以通過過氧化氫生成抑制肺轉移種子[31-33]。中性粒細胞釋放ROS可被認為是腫瘤患者潛在的治療靶點。

3.3腫瘤相關中性粒細胞分泌的細胞因子和趨化因子 除了ROS外，腫瘤微環境中的促炎性中性粒細胞分泌趨化因子，如CCL2(單核細胞趨化蛋白-1，MCP1)和CCL17，它們分別招募單核細胞和T調節細胞[34-37]。已知T調節細胞抑制其他炎性T細胞群，導致腫瘤生長增加[38-40]。單核細胞募集在腫瘤進展中的作用尚不清楚，因為單核細胞募集可誘導或抑制腫瘤生長，這取決于它們在腫瘤微環境中的極化狀態[41-42]。

表1 中性粒細胞在人類腫瘤中產生細胞因子和趨化因子

表2 中性粒細胞在小鼠模型中產生細胞因子和趨化因子

表1和表2總結了中性粒細胞產生的細胞因子和趨化因子及其在腫瘤微環境中的作用。在這些研究的基礎上，中性粒細胞分泌因子的主要作用是促腫瘤。例如，在乳腺癌中，當與人乳腺癌細胞株共同培養時，中性粒細胞釋放腫瘤調節蛋白M(OSM，IL-6等)，通過誘導VEGF表達促進腫瘤血管生成和轉移，并增加癌細胞的浸潤，從而促進腫瘤的發展[17,24]。腫瘤相關中性粒細胞分泌細胞因子和生長因子也可促進腫瘤細胞外滲和轉移[43-44]。IL-8的分泌導致更多的中性粒細胞進入腫瘤部位，導致PMN在腫瘤內被限制和固定。局限性中性粒細胞分泌IL-8可促進腫瘤細胞外滲，這是由于與中性粒細胞的細胞內黏附分子ICAM-1相互作用增強所致，由中性粒細胞分泌，并具有多種促炎和血管生成作用，包括誘導中性粒細胞黏附和趨化，增加內皮細胞趨化因子的產生[45]，和刺激VEGF的產生[46]。由肝星狀細胞HSCs在肝細胞癌中產生，已被證明能促進原發性中性粒細胞的募集。然而，這些中性粒細胞的耗竭導致表達TGF-β的HSCs的減少，表明TGF-β可能存在一個反饋環[47]。促炎性中性粒細胞也可以通過在腫瘤微環境中協調其他免疫細胞的募集和功能來抑制腫瘤生長。尤其是，中性粒細胞能夠向T細胞呈遞抗原，以刺激適應性免疫反應和IFN-γ的產生[48-50]。

最后，中性粒細胞分泌炎性分子也可以減輕腫瘤負擔[51-52]。2009年，FRIDLENDER等[7]發現在小鼠N1細胞中腫瘤壞死因子α(TNF-α)的表達增加。這種表達通過促進中性粒細胞釋放超氧化物釋放而促進腫瘤細胞死亡[53-54]。此外，TNF-α，雖然不是單獨的，但能夠上調多種腫瘤類型中中性粒細胞的Met表達和促進抗腫瘤活性[32]。然而，這種細胞因子在腫瘤微環境中的作用尚不清楚，因為TNF-α也被發現能刺激黑色素瘤的外滲和轉移[55]。對小鼠N1-RNA表達譜的隨訪分析表明，TAN-s在腫瘤發展過程中不改變TNF-α的表達。因此，這種細胞因子在不同中性粒細胞極化狀態中的作用需要進一步研究[56]。

3.4中性粒細胞釋放酶 中性粒細胞可以在促進腫瘤生長的腫瘤中發揮免疫抑制作用，主要是通過抑制其他免疫細胞向腫瘤微環境的募集。尤其是，中性粒細胞可以釋放氧自由基(ROS)[33]，以及精氨酸酶1等抑制T細胞對腫瘤微環境反應的酶。截止目前，來自中性粒細胞研究最多的腫瘤蛋白酶包括甘膽酸(CG)、NE和基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)。CG是一種絲氨酸蛋白酶，存在于中性粒細胞初級顆粒中，抑制CG可減少乳腺癌的骨轉移，提示CG可作為潛在的治療靶點[55,57-58]。NE也稱為絲氨酸蛋白酶。中性粒細胞主要為NE。NE可啟動和上調與腫瘤相關的信號通路，如EGFR/MEK/ERK信號通路和 PI3K信號通路[56,59]。與CG相似，NE在早幼粒細胞中預合成，并以一種活躍的形式儲存在中性粒細胞中[60]。NE和CG均通過降解TSP1促進肺轉移[61]。CG和NE也參與了腫瘤微環境中細胞外基質的重塑。細胞外基質重塑在腫瘤轉移中起著非常重要的作用[62]。除NE和CG外，中性粒細胞釋放的MMP，如MMP-8和MMP-9也參與ECM重塑以促進腫瘤進展。腫瘤侵襲、轉移和血管生成需要控制性降ECM，基質金屬蛋白酶(MMPs)的表達增加與腫瘤細胞的轉移活性密切相關，提示MMPs可作為乳腺癌患者的一種潛在的生物標記物[63]。

3.5中性粒細胞胞外陷阱NETs 中性粒細胞的正常功能是通過3種方式殺死有害微生物(1)吞噬作用，即吞噬和消化細菌或真菌的過程；(2)細胞毒性酶的脫顆粒進入細胞外空間； (3)中性粒細胞的細胞外陷阱(NETs)，是帶有相關細胞毒性酶的DNA網格，這些酶被釋放到細胞外空間中，從而捕獲微生物。2004年，BRINKMANN等[64]發現了一種新的、出乎意料的中性粒細胞抗微生物活性：當遇到細菌時，中性粒細胞釋放出一種網狀結構，能夠誘捕和清除微生物。這些網狀陷阱包含一個由DNA/組蛋白組成的骨架，并夾雜著通常位于中性粒細胞顆粒內的抗菌肽。這些結構被稱為中性粒細胞胞外陷阱NETs。

在腫瘤微環境中，腫瘤細胞增強了中性粒細胞的炎癥特性，而中性粒細胞也被激活并形成NETs[65]。NETs在腫瘤進展過程中也起著促進腫瘤生長的作用[66-67]。有證據表明，NETs直接作用于腫瘤細胞，通過NETs上的NE等蛋白酶或通過激活NF-κB等信號通路來促進腫瘤細胞的增殖。在肺癌模型中，NETs捕獲循環中的肺癌細胞并促進腫瘤細胞轉移[68]。進一步的研究表明，中性粒細胞對癌細胞的捕獲是通過β1-整合素在癌細胞和NETs上的表達實現的[69]。

4 中性粒細胞的臨床意義

NETs的發現是中性粒細胞生物學的新方向，其在腫瘤進展中的作用具有重大意義[70]。目前 NETs 對腫瘤影響的研究結果仍存在爭議，NETs 可能直接殺傷或刺激免疫系統反應抑制腫瘤細胞，相反亦可能促進腫瘤細胞的轉移和免疫逃逸[71-74]。近期研究發現，中性粒細胞在腫瘤微環境中通常通過NETs形成、ROS的釋放、促腫瘤細胞因子和趨化因子的分泌以及促進免疫抑制來發揮促腫瘤作用[75-78]。腫瘤相關中性粒細胞對于腫瘤患者的生存最不利的細胞群，對患者預后具有重要的意義[22,79-81]。腫瘤患者中的中性粒細胞或NLR高浸潤性與多種腫瘤的不良預后相關[22-24,82]。研究證明，中性粒細胞可被認為是一個潛在的腫瘤患者預后的標志物[83]。與正常組織相比，當腫瘤組織中浸潤的中性粒細胞數量顯著增加時，中性粒細胞可作為一種診斷指標，除中性粒細胞本身外，中性粒細胞釋放的NE和OSM也作為多種腫瘤的預后和診斷標志物[84-86]。

5 結 論

中性粒細胞作為人類循環系統中數量最多的白細胞，在腫瘤的發生發展中起著至關重要的作用。中性粒細胞在腫瘤微環境中起著促進/抑制腫瘤生長的作用。靶向中性粒細胞或中性粒細胞釋放因子可被視為有希望的腫瘤治療方案。然而，仍需要更多的數據來證明中性粒細胞促進腫瘤的進展，并且可能需要更多的時間將這些研究成果轉化為對腫瘤患者的臨床應用。盡管如此，對中性粒細胞的研究仍然有助于更深層次了解腫瘤微環境，以便為腫瘤患者找到一種新的治療方法。