中藥雙向調控腫瘤免疫治療癌癥的機制研究*

林麗麗,周怡,劉紅濤,仝李丹,柳聰艷,史攀博,郝義彬

1.河南中醫藥大學,河南 鄭州 450046; 2.鄭州大學,河南 鄭州 450001; 3.新鄉醫學院,河南 新鄉 453003; 4.河南省疾病預防控制中心,河南 鄭州 450016

惡性腫瘤嚴重危及人類生命健康。目前,手術切除、化療、放療等傳統治療方式的抗癌療效并不理想,尋找新的診療模式迫在眉睫。免疫治療已經成為繼傳統治療方式之后的一種新型抗腫瘤手段,其機理主要是在免疫學理論的指導下,采取重定向、基因編程等手段,激活人體自身免疫系統,靶向腫瘤細胞進而治療腫瘤[1-2]。

中醫學為人類的生命健康作出了巨大的貢獻,其獨特的理論體系與良好的治療效果逐漸被現代醫學所認可[3]。近年來,臨床實踐發現,中醫藥在改善腫瘤癥狀、減輕放化療后的不適、提高患者生存質量、延長生存時間等方面具有顯著優勢。隨著研究的深入,已發現中藥能夠通過干預炎癥因子的表達、免疫細胞的增殖與自噬等雙向調控免疫系統從而治療腫瘤[4-5]。本文就中醫藥雙向調控腫瘤免疫機制及臨床應用進行系統綜述,旨在為腫瘤的免疫療法提供新研究思路。

1 中藥調控免疫的中醫理論淵源

中醫學對于癌病的論治有著獨特的理論和經驗,在人類抗腫瘤的過程中發揮了重要作用。從中醫角度論述中藥的免疫調控作用對腫瘤發病機制的研究及治療具有重大意義。

1.1 正邪理論下的免疫調控

1.1.1 正氣虧虛為腫瘤發病之本中醫學在分析疾病發病時尤其強調正氣的重要性。正氣存內,則氣血津液運化正常,臟腑功能恒常,人體達到“陰平陽秘”的狀態,機體就有足夠的抗邪能力及恢復能力;若正氣虧損,則臟腑功能失調,氣血紊亂,陰陽顛倒,機體抗邪能力不足,百病乃生。腫瘤的發生亦是如此。李士材在《醫宗必讀》談道:“積之成者,正氣不足而后邪氣踞之[6]。”指出正氣不足為癌病發病之根本。汪宏《望診遵經》言:“五臟有所阻,則為巖也[7]。”強調正氣虧虛,臟腑功能失調,癌病既成。上述醫家均認為正氣虧損、臟腑功能紊亂是腫瘤發生的根本原因。

1.1.2 毒邪為腫瘤發病之關鍵人體長期處于臟腑紊亂、氣血失調、津液失運的狀態,易發生痰阻、水停、血瘀、毒聚等病理變化,病邪相互交織,久聚成積,進而發為腫瘤,因而毒邪為腫瘤發病、疾病加重、預后不良的關鍵要素。機體功能異常時所產生的病理產物久聚均可成為毒邪,此類病邪嚴重影響人體的正常功能活動,造成腫瘤等各種嚴重疾病。國醫大師周仲瑛、中醫大家王笑民等均認為毒邪是腫瘤發病及惡化的關鍵因素[8-10]。

1.1.3 扶正解毒法調控免疫治療腫瘤從功能來看,因現代醫學中的免疫系統具有抵御外邪的作用,可將其歸屬于中醫學中的正氣范疇[11]。《靈樞·百病始生》言:“風雨寒熱不得虛,邪不能獨傷人[12]。”指出正氣充足在疾病防治與健康保持方面意義重大[13]。由于毒邪最易傷正,而正傷更無力抗毒,毒邪愈加亢盛,兩者相互為病,互為因果。因此,運用扶正解毒療法既可固護正氣,使免疫系統奮力抗邪,又能解毒清邪,祛除癌病之標,兩者相輔相成,共同調節免疫系統治療腫瘤[14]。

1.2 補脾胃益營衛調控腫瘤免疫脾胃居中央而主土,生化氣血,灌溉四方,濡養五臟,調節氣機,通達上下,為后天之根本。隨著現代科學研究的深入,中醫脾胃的概念與內涵已經映射到了現代醫學的免疫系統,如脾臟、淋巴器官等。這與中醫脾胃衛外而為固的功能暗合,谷氣入胃,化生營衛二氣,衛氣外可充皮膚,肥腠理,內可充臟腑,布全身,抵御病邪,與免疫系統功能息息相關[15]。正向免疫應答可抵御病邪入侵,監視、清除內部細胞病變,維護機體平衡。有研究發現,脾臟抵御外邪的作用與機體特異性免疫、非特異性免疫密切相關[16]。同時,脾為后天,腎為先天,兩者相互促進,共為先天固有免疫與后天獲得免疫的基礎[17]。

脾胃虧虛,氣血生成不足,正氣虧虛,氣機升降失調,痰瘀阻滯,日久化毒,機體免疫功能失調。特異性免疫表現為T淋巴細胞百分比降低,CD4+T細胞、CD8+T細胞比值下降,IL-1β等細胞因子表達降低,細胞免疫異常[18];免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)、IgG、IgM等免疫球蛋白及C3、C4補體下降,體液免疫紊亂[19]。非特異性免疫表現為巨噬細胞的M2型極化,分泌相關抑制性細胞因子,抗邪能力下降,腫瘤細胞不能清除,從而發生腫瘤[20-21],可用湯藥補益脾胃,以復正氣之本,提高機體免疫,干預免疫相關細胞因子釋放,調節免疫,治療腫瘤[22-24]。

2 中藥雙向調控腫瘤免疫機制

中藥及其活性成分可通過作用于相關免疫細胞,產生相應細胞因子,激活補體系統,參與特異性免疫和非特異性免疫,進而抑制腫瘤的發展。許多中藥在增強免疫的同時,又能改善免疫系統的過度激活狀態,從而雙向調節免疫,達到抗腫瘤的作用[25-28]。

2.1 中藥雙向調節固有免疫應答固有免疫應答是人體對抗外來病原體和腫瘤細胞的第一道屏障,發揮著防御作用[29-30]。固有免疫細胞,如巨噬細胞(macrophage,M),可通過產生效應分子、發揮吞噬作用進而殺死腫瘤細胞;自然殺傷(natural killer,NK)細胞能夠直接識別并殺死腫瘤細胞[31];樹突狀細胞(dendritic cell,DC)可以處理腫瘤細胞表面抗原,并將抗原信息呈遞給T淋巴細胞,激活特異性免疫,起到抗腫瘤作用;髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是一群來源于骨髓的異質細胞,能夠對其他免疫細胞產生抑制作用[32]。中藥能夠調節固有免疫細胞,激活固有免疫應答,從而調控腫瘤免疫,治療腫瘤。

2.1.1 巨噬細胞巨噬細胞主要有M1型和M2型兩種亞型。M1型巨噬細胞能分泌相關炎性細胞因子,如活性氧(reactive oxygen species,ROS)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素-12(interleukin-12,IL-12)等,吞噬腫瘤細胞,呈遞腫瘤表面相關抗原信息,調節免疫刺激因子水平,增強T細胞與NK細胞活性,發揮抗腫瘤作用;M2型巨噬細胞的功能與M1型巨噬細胞的功能相反,M2型巨噬細胞有利于腫瘤細胞的增殖與轉移,抑制腫瘤免疫微環境,促進腫瘤組織血管生長[33-34]。

研究表明,中藥能夠雙向調節M1型、M2型巨噬細胞,產生抗腫瘤作用。胡琦等[35]建立H22荷瘤小鼠模型,發現喂養低劑量生附片多糖可以抑制巨噬細胞吞噬功能,減少M1型巨噬細胞的極化,改善細胞形態,減輕炎癥反應,增強化療藥物對腫瘤細胞的抑制作用;此外,黃芪多糖能夠增加肺癌患者外周血中CD8+、CD45+T細胞數量,提高M1/M2巨噬細胞比例,協同增強化療藥物的抗腫瘤效應[36]。李燦濤等[37]分別向荷瘤鼠灌喂巴戟天生藥及乙醇提取物后,發現兩組小鼠血清中iNOS表達水平上調,CD206表達降低,iNOS/CD206比值升高,M1型巨噬細胞分化增加,腫瘤組織血管形成速度減緩,表明中藥巴戟天與小鼠血清中環氧化酶-2(cyclooxygenase-2,Cox-2)、低氧誘導因子-1α(hypoxiainducible factor-1α,HIF-1α)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表達水平下調有關。

2.1.2 NK細胞NK細胞為常見的固有免疫細胞,可快速識別及清除感染細胞,為抗病毒感染和抗腫瘤的基礎[38]。NK細胞能夠對腫瘤細胞產生抗原非依賴性免疫應答。研究表明,調節NK細胞從而治療腫瘤前景廣闊[39]。例如,四君子湯可通過調控STAT3信號通路、調節IFN-γ分泌、下調PD-1/PD-L1表達等提高NK細胞活性,抑制結腸癌細胞增殖[40]。蘭紅云等[41]建立小鼠肺腫瘤轉移模型,探究IL-17D調節肺臟NK細胞的募集機制及黃芪的促進作用,結果發現經IL-17D處理后的小鼠體內NK細胞含量增加,IL-15、CXCL9等細胞因子表達上調,經中藥黃芪處理后的模型小鼠IL-17D表達上調,NK細胞含量增多,腫瘤細胞受到抑制。胥孜杭等[42]研究發現,澤漆湯能夠通過上調肺癌模型小鼠體內NK細胞含量,增強NK細胞的脫顆粒能力,從而抑制腫瘤細胞生長,延長模型小鼠生存期。

2.1.3 DCDC是專業的抗原呈遞細胞,在固有和適應性免疫系統中都發揮著重要作用。DC的功能狀態在很大程度上決定了抗腫瘤免疫作用的強弱。增強腫瘤患者DC的功能以促進T細胞活化是抗腫瘤免疫治療的有效手段[43-44]。張雪偉等[45]通過一項小鼠實驗證明,紅景天苷(salidroside,SAL)能夠調控TLR4水平進而促進DC的成熟,激活DC相關靶點,提高DC的抗原呈遞作用,同時增強T細胞的殺傷能力。中藥提取物人參皂苷能夠明顯促進細胞因子誘導人單核白血病細胞向DC分化,增強白血病來源DC抗原提呈能力及活化適應性免疫應答能力[46]。這些研究表明,中藥可通過增強DC的功能狀態從而提高腫瘤患者的免疫力。

2.1.4 MDSCMDSCs是來源于髓系的異質性細胞群體,為不成熟的免疫抑制細胞,常抑制免疫反應,并損害機體固有免疫應答及適應性免疫應答[47-48]。按照相關形態學特征及其表型可將MDSCs分為2種主要亞型:單核細胞型(Mo-MDSCs)與多形核細胞型(PMN-MDSCs)或粒細胞型(G-MDSC)[49]。在外周,MDSCs抑制免疫的主要機制為生成相關免疫抑制代謝產物,包括ROS、NO及消耗T細胞相關營養物質產生的代謝產物等;誘導與募集其他免疫抑制細胞,如相關腫瘤誘導的調節性T細胞等[50-52]。

在腫瘤組織中,MDSCs對T細胞有直接抑制作用,然而肝臟和脾臟分離的MDSCs在沒有相關抑制因子的作用時不具備免疫抑制作用[53]。研究發現,腫瘤浸潤骨髓源性抑制細胞(TI-MDSCs)將會隨著脂肪酸的攝取與活化脂肪酸氧化(fatty acid oxidation,FAO)的增加而影響浸潤免疫細胞的功能。研究同時證明,脾臟分離的MDSCs相較于腫瘤組織分離的MDSCs,并不能影響抗原非特異性T細胞水平[54]。

中藥能夠調節MDSCs,抑制其作用,改善免疫系統抑制狀態,對惡性腫瘤的治療有重要意義。Hao等[55]使用淫羊藿苷干預MC38直結腸癌小鼠后發現,小鼠體內Gr1、CD11b、MDSCs活性下降,PD-L1 水平顯著下降。朱楊壯壯等[56]通過建立小鼠肺癌原位模型發現,芩麻方能夠調節STAT3信號通路,降低STAT3 mRNA、Arg1表達水平,影響MDSCs的增殖及活性,從而延長肺癌荷瘤小鼠生存期。Zheng等[57]對鹿茸水溶性多肽(PAWPs)進行分析后發現,PAWPs可以促進細胞凋亡,降低基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)與基質金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)的水平,抑制MDSCs的增殖與活化。

2.2 中藥雙向調適應性免疫應答適應性免疫系統是對特定抗原的高度特異性免疫應答,參與病原體和腫瘤細胞的清除[58],是腫瘤免疫的主要形式。參與適應性免疫應答的主要群體為T淋巴細胞亞群及B淋巴細胞,兩者分別參與細胞免疫及體液免疫,T淋巴細胞亞群水平和腫瘤的發生發展關系密切[59]。相關研究表明,中藥活性成分能夠雙向調節T細胞亞群分化和細胞因子分泌,發揮抗腫瘤作用[60]。

2.2.1 CD4+/CD8+T淋巴細胞外周T淋巴細胞主要包含CD4+和CD8+T細胞,兩者均在抗腫瘤免疫中發揮重要作用。CD8+T細胞的重要功能亞群為細胞毒性T淋巴細胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL),而CD4+T細胞可通過促進CD8+T細胞的增殖,與由IFN-γ產生的相關趨化因子及IL-2進一步增強其效應[61]。王晨宇等[62]使用環巴胺及毛鉤藤堿(HS)對CRC荷瘤鼠進行干預后發現,HS和環巴胺可能通過抑制Shh信號通路,提高CD4+及CD8+T細胞水平,增強結腸癌裸鼠免疫功能,改善其自主活動狀態,延長其生存時間。此外,結腸癌小鼠模型經牡荊苷處理后可改善腫瘤微環境,加速iNOS+TAMs極化,促進CD8+T細胞增殖,發揮抑制腫瘤的作用[63]。

吳姍姍等[64]在一項臨床試驗中發現,非小細胞肺癌晚期患者在連續服用扶正抗癌方數月后,體內CD8+T細胞數量、IFN-γ水平、NKG2D含量增加,生存質量明顯改善。有研究表明,在使用青蒿琥酯對肺癌患者外周血單個核細胞(PBMC)處理后,T淋巴細胞高表達CD279,CD4、CD8、CD279、CD39及GrzB水平上調,提示青蒿琥酯具有調節T細胞亞群的作用[65]。

2.2.2 調節性T細胞(Regulatory T cells,Treg)Treg是一組由Foxp3+、CD25+、CD4+等組成的免疫調節T細胞[66],是CD4+T細胞的一種,通常在腫瘤微環境中發揮負調節作用,進而抑制免疫反應。Treg細胞由誘導型調節性T細胞(iTreg)和天然調節性T細胞(nTreg)組成[67]。Treg細胞在腫瘤組織中大量存在,活化的Treg細胞能夠促進腫瘤細胞免疫逃逸、腫瘤組織轉移和侵襲[68]。同時,Treg細胞可抑制病理性免疫損傷,減少自身免疫反應的發生,中藥能夠雙向調節Treg細胞,發揮免疫調控作用,有效避免腫瘤相關炎癥反應與過度免疫的發生。

研究發現,中藥靈芝可調節Foxp3、TGF-β1、IL-10表達,抑制腫瘤微環境中Treg細胞的增殖與活化,增加IL-2水平,增強抗腫瘤免疫[69]。大黃素能有效抑制結腸癌小鼠模型腫瘤組織Treg細胞的增殖與活性,降低遷移與侵襲相關蛋白的表達,發揮抗腫瘤作用[70]。譚佳妮等[71]發現,消癌解毒方能夠通過降低結腸癌荷瘤小鼠外周血中Treg細胞的數量,下調腫瘤組織中Foxp3蛋白水平,從而發揮抗腫瘤作用。中藥除了能下調Treg細胞,發揮抗腫瘤作用,還能減少腫瘤細胞所致免疫抑制細胞或因子的釋放,上調Treg細胞水平,改善免疫抑制狀態,增強T細胞的腫瘤抑制作用,進而治療腫瘤,改善患者生存質量,延長生存時間[72-73]。

2.2.3 CTL細胞CTL可識別特定抗原從而抑制腫瘤細胞增殖,發揮抗腫瘤作用。腫瘤細胞可通過免疫逃逸等機制對抗CTL的殺傷作用。郭焱等[74]研究發現,中藥靈芝多糖能夠增加CD8+T淋巴細胞、細胞毒性T細胞數量及活性,進而起到抗腫瘤作用。此外,丹參多糖能夠促進脾細胞增殖,促進相關抗炎因子IL-10、IL-2、IL-4等的分泌,降低促炎細胞因子TNF-α、IL-6的生成,促進NK細胞及CTL的增殖與活性,增強機體抗腫瘤作用[75]。

圖1 中藥作用于腫瘤免疫微環境

2.2.4 B細胞B細胞是介導體液免疫的主要細胞,但臨床及科研工作者對腫瘤免疫的研究大部分都集中在T細胞的抗腫瘤作用,而對B細胞在實體瘤中的作用研究較少。B細胞在實體瘤中的作用廣受爭議,許多研究已證實其促瘤作用,亦有研究表明B細胞可以產生抗腫瘤免疫應答[76-77]。多種實體瘤中均發現了腫瘤浸潤B細胞,包括乳腺癌、卵巢癌、結直腸癌等。

最近的研究揭示了IgG+和IgA+B細胞在抗腫瘤免疫中的不同作用。IgG+B細胞具有抗腫瘤作用,因為IgG介導DC抗原呈遞并激活抗腫瘤T細胞反應。同種異體IgG對DC和T細胞的刺激作用強于均質IgG。然而,IgA+B細胞通過各種腫瘤促進機制發揮著免疫抑制作用。來自腫瘤的TGF-β可以誘導IgA+B細胞亞群。腫瘤浸潤的IgA+B細胞在釋放免疫抑制細胞因子IL-10的同時,也能表達PD-L1,導致T細胞衰竭[78-79]。Aghvami等[80]發現以苦參堿治療急性淋巴細胞白血病可增加B細胞中ROS的生成,進而引起線粒體功能障礙,促使凋亡蛋白Bax表達水平升高,抗凋亡蛋白Bcl-2表達水平降低,表明苦參堿可促進腫瘤細胞的凋亡并抑制其增殖。

3 總結與展望

免疫療法在腫瘤治療中有較大優勢,中藥因其雙向調節免疫的作用備受臨床工作者的關注。綜上所述,中藥及其活性成分具有廣泛的藥理學作用。中藥及其制劑不僅能夠增強機體免疫反應,發揮抗腫瘤作用,還能通過上調Treg等免疫抑制細胞及相關因子改善免疫系統的過度激活狀態,發揮腫瘤免疫的雙向調節作用,從而治療腫瘤。但目前研究仍有下列不足:(1)中藥調節免疫治療癌癥已經有大量的基礎和臨床研究成果,中藥抗腫瘤免疫調節作用已經被廣泛認知,但尚未明確其具體的作用機制及免疫治療靶點;(2)中醫基礎理論與現代藥理作用仍未很好地結合,一些藥理作用尚不能很好地用中醫理論解釋;(3)中藥調節B淋巴細胞治療腫瘤的研究較為匱乏;(4)中藥雙向調控腫瘤免疫的研究多基于單個靶點或單個方向,并未將機制串聯,有些可能涉及多靶點、多通路的情況尚有待闡明。因此,進一步探索中藥調節免疫治療腫瘤相關機制,深化中醫藥免疫基礎研究,尚需運用新的免疫學技術,進一步奠定腫瘤免疫療法的基礎,協同化療藥物治療惡性腫瘤,發揮中藥減毒增效作用,改善患者癥狀,提高生存質量。

在今后研究中,學者應將中醫理論指導下的方劑及中藥抗腫瘤作用等與現代醫學相結合,從中找到兩者的相關性,進而從現代醫學角度解釋中醫相關理論,推進中醫藥現代化進程。同時將研究成果應用于臨床實踐中,以推動中醫藥發展的進程。基于目前腫瘤綜合治療的現狀,中醫藥聯合西藥治療腫瘤已有了一定的進展,為今后的腫瘤中西結合、精準治療提供了有利條件,為腫瘤免疫微環境的研究及其針對性治療奠定了基礎。相信通過深入研究,中藥作為高效的免疫調控及抗癌藥物必將成為今后的研究熱點,并進一步推動其在腫瘤臨床治療中的應用。中藥雙向調控腫瘤免疫治療癌癥的機制研究不僅能讓世界認識到中藥的抗腫瘤效果,更能認識到中藥的現代化和科學化基礎。