前言

在過去的十年中，以CTLA-4和PD-1免疫檢查點抑制劑為代表的癌癥免疫療法獲得了巨大的成功。然而，同時人們也逐步認(rèn)識到由于腫瘤微環(huán)境（TME）的免疫抑制特性誘導(dǎo)抗腫瘤免疫的失敗，導(dǎo)致癌癥免疫療法只有20-30%的人群能夠獲益。這激發(fā)了人們對TME功能的理解，TME的成分包括造血細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管和淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞，以及它們產(chǎn)生的周圍細(xì)胞外基質(zhì)和可溶性因子。

為了使我們的免疫系統(tǒng)清除惡性實體瘤，髓系和淋巴細(xì)胞不僅必須從血液中外滲到腫瘤組織中，而且還必須進(jìn)一步遷移到腫瘤微環(huán)境的各個特殊部位，以在功能上相互作用，與非造血基質(zhì)細(xì)胞相互作用，最終與癌細(xì)胞相互作用。這些相互作用調(diào)節(jié)局部免疫細(xì)胞的存活、增殖擴(kuò)張、分化及其促腫瘤或抗腫瘤效應(yīng)器功能的執(zhí)行，這些功能共同決定了自發(fā)或治療誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)的結(jié)果。這些相互作用都不是隨機(jī)發(fā)生的，而是精心安排的，嚴(yán)重依賴于趨化因子及其受體提供的遷移指導(dǎo)線索。因此，了解腫瘤免疫微環(huán)境的功能不可避免地需要了解趨化因子在其細(xì)胞成分的募集和定位中的多方面作用。這些深入的理解將有助于我們對抗腫瘤免疫或免疫耐受的潛在機(jī)制產(chǎn)生新的見解，還將為腫瘤生物標(biāo)志物和抗腫瘤藥物的開發(fā)新策略提供助力。

趨化因子的生物學(xué)

迄今為止，在人類和小鼠中共鑒定出約50多種趨化因子。根據(jù)這些趨化因子N-末端半胱氨酸基序的結(jié)構(gòu)被分為CC、CXC、XC和CX3C基序趨化因子配體家族。趨化因子的序列同源性差異很大，但都具有三個β-片層核心的特征結(jié)構(gòu)，這些β-片層連接到N-末端半胱氨酸基序和C-末端α-螺旋，使它們能夠與七次跨膜結(jié)構(gòu)域的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）結(jié)合。

人和小鼠共有18種具有趨化活性的經(jīng)典趨化因子受體，并根據(jù)其結(jié)合的配體家族分為CC、CXC、XC和CX3C基序趨化因子受體家族。盡管許多經(jīng)典的趨化因子受體只與一個已知的配體結(jié)合，但一些受體可以與多個配體結(jié)合。除了經(jīng)典的趨化因子受體外，還鑒定出許多受體結(jié)合趨化因子，但不介導(dǎo)趨化性。到目前為止，其中四種已被歸類為非典型趨化因子受體（ACKR），其他一些正在等待官方分類。

經(jīng)典趨化因子受體的特征在于其第二個細(xì)胞內(nèi)環(huán)中的DRYLAIV氨基酸基序，這使它們能夠與激活第二信使如cAMP、三磷酸肌醇（IP3）或二酰甘油（DAG）的Gαi類G蛋白偶聯(lián)，并且可以通過觸發(fā)極化肌動蛋白聚合來驅(qū)動整合素介導(dǎo)的細(xì)胞粘附或細(xì)胞遷移。此外，配體誘導(dǎo)的GPCR激活另一個通路是β-arrestin，其可以與G蛋白競爭并且使受體內(nèi)化而阻斷GPCR信號傳導(dǎo)。另一方面，β-arrestin也誘導(dǎo)額外的信號活性，例如MAPK、PI3K–AKT和NF-κB途徑，對細(xì)胞存活、生長和增殖具有趨化性無關(guān)的影響。G蛋白和β-arrestin介導(dǎo)的細(xì)胞效應(yīng)之間的平衡可能因作用于同一受體的不同配體、作用于不同受體的相同配體或不同細(xì)胞類型的相同配體-受體而不同。這使得趨化因子系統(tǒng)中產(chǎn)生額外的多樣性，這可能解釋了其有效藥理學(xué)靶向面臨的一些挑戰(zhàn)。

趨化因子影響TME的生物機(jī)制

趨化因子家族在整個進(jìn)化過程中的擴(kuò)展使不同的趨化因子系統(tǒng)能夠在支持組織功能的各種生物過程中發(fā)揮特殊作用，包括但不限于我們的免疫防御機(jī)制。這些生物過程在癌癥患者中被激活，以響應(yīng)由癌細(xì)胞的失調(diào)行為引起的組織完整性的破壞。癌細(xì)胞通過精心設(shè)計趨化因子環(huán)境，促進(jìn)各種細(xì)胞類型的外滲和分化，為癌細(xì)胞的生存和增殖提供營養(yǎng)支持，或在TME中發(fā)揮免疫抑制活性，從而在個體患者中形成獨特的TME。

1型免疫反應(yīng)

在有效抗腫瘤免疫中發(fā)揮最大作用的機(jī)制是1型免疫反應(yīng)，這種反應(yīng)在進(jìn)化中為對抗病毒和細(xì)菌或原生動物構(gòu)成的威脅。其特征是細(xì)胞因子IL-12和IFN-γ的中心作用，細(xì)胞內(nèi)病原體衍生抗原在主要組織相容性復(fù)合體I（MHC I）上的呈遞，從而產(chǎn)生對感染細(xì)胞的細(xì)胞毒性殺傷，例如自然殺傷（NK）細(xì)胞或MHC I限制性T細(xì)胞。

與1型免疫最密切相關(guān)的趨化因子受體是CXCR3及其配體CXCL9、CXCL10和CXCL11。CXCR3在TCF1+干細(xì)胞樣CD8+T細(xì)胞上高表達(dá)，促進(jìn)其外滲到腫瘤組織中，并可能促進(jìn)其與CXCL9表達(dá)的1型常規(guī)樹突狀細(xì)胞（cDC1s）的相互作用，該細(xì)胞交叉呈遞腫瘤抗原。這些相互作用可能促進(jìn)其轉(zhuǎn)化為TCF1-效應(yīng)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（CTL）。干細(xì)胞樣CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞表達(dá)XCL1以吸引XCR1+cDC1s，而效應(yīng)CTL和NK細(xì)胞表達(dá)CCL3、CCL4和CCL5以吸引表達(dá)CCR5的cDC或其前體。CCR5還可以引導(dǎo)CTL與單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞相互作用，以激活它們的抑瘤功能，并將它們引導(dǎo)到其他CTL分泌CCL3、CCL4和CCL5的位點，從而產(chǎn)生群集行為。

在強(qiáng)抗腫瘤免疫的條件下，表達(dá)CXCL16的CCR7+cDC亞群聚集在基質(zhì)小靜脈周圍，在那里它們與表達(dá)CXCR6的外滲效應(yīng)CTL相互作用，并提供生存和共刺激信號，以維持它們在腫瘤微環(huán)境TME中的增殖擴(kuò)張。

2型免疫反應(yīng)

與1型和3型免疫反應(yīng)相比，2型免疫反應(yīng)主要是宿主導(dǎo)向的。在短暫的IL-17依賴性中性粒細(xì)胞階段之后，2型免疫反應(yīng)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樾��?yīng)器功能，其目的是驅(qū)除寄生蟲，例如通過粘膜屏障組織處的粘液產(chǎn)生或平滑肌收縮，以及激活傷口愈合程序并將其集中在寄生蟲直接周圍的組織上，以包裹和容納寄生蟲。這種聯(lián)系，尤其是與促進(jìn)腫瘤生長的傷口愈合程序的聯(lián)系，通常被視為2型免疫反應(yīng)主要促腫瘤活性的基礎(chǔ)，特別是在腫瘤發(fā)生的早期階段。然而，2型免疫反應(yīng)也可以發(fā)揮抗腫瘤活性，例如，通過轉(zhuǎn)移的TH2細(xì)胞引導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞脫顆粒，或通過腫瘤基質(zhì)中TH2細(xì)胞驅(qū)動的血管正�；�，以犧牲鄰近腫瘤實質(zhì)中的血管生成不足和缺氧細(xì)胞死亡為代價。

參與2型免疫反應(yīng)的免疫效應(yīng)細(xì)胞上表達(dá)的主要趨化因子受體是CCR3、CCR4和CCR8。有趣的是，CCR4和CCR8的表達(dá)與Treg細(xì)胞共享，這可能反映了2型免疫和免疫耐受之間的密切關(guān)系，以及炎癥消退以實現(xiàn)有效組織修復(fù)的要求。TH2細(xì)胞分泌的CCL11可引起TME中嗜酸性粒細(xì)胞的積累和脫顆粒，使毒性顆粒蛋白損傷癌細(xì)胞。嗜酸性粒細(xì)胞的顆粒含量以及TH2細(xì)胞產(chǎn)生的IL-4也可以促進(jìn)基質(zhì)微血管的正�；�，支持T細(xì)胞的積聚，并通過將血流轉(zhuǎn)移到外周腫瘤間質(zhì)來引起腫瘤核心的缺氧。

3型免疫反應(yīng)

3型免疫有助于在穩(wěn)定狀態(tài)下維持我們與共生細(xì)菌和真菌的關(guān)系平衡，并在這些類型的微生物破壞我們的上皮屏障時被進(jìn)一步激活。其主要效應(yīng)功能由分泌細(xì)胞因子IL-17和IL-22的TH17細(xì)胞協(xié)調(diào)，用于誘導(dǎo)骨髓中的粒細(xì)胞增多和中性粒細(xì)胞募集到感染部位、表達(dá)抗微生物蛋白以及產(chǎn)生IgG和IgA抗體，巨噬細(xì)胞和補(bǔ)體。

與3型免疫反應(yīng)最直接相關(guān)的趨化因子是CCL20，其由活化的上皮細(xì)胞表達(dá)，以募集表達(dá)其唯一受體CCR6的各種3型免疫細(xì)胞。例如，B細(xì)胞需要CCR6與派爾集合淋巴結(jié)（Peyer’s patches）中的DC相互作用，以促進(jìn)同種型向IgA的轉(zhuǎn)換，而發(fā)炎真皮中的單核細(xì)胞衍生的DC通過CCR6進(jìn)入皮膚上皮。

某些化療藥物，如順鉑，可以誘導(dǎo)其配體CCL20在小鼠上皮腫瘤中的表達(dá)。這是表達(dá)CCR6的ILC3積累所需的，其反過來產(chǎn)生CXCL10以募集CD4+和CD8+效應(yīng)T細(xì)胞。癌細(xì)胞來源的CCL20和ILC3對于化療的治療效果及其與PD-1靶向或CTLA-4- ICTs的協(xié)同作用至關(guān)重要。

組織駐留

在成功控制病原體或惡性細(xì)胞后，適應(yīng)性免疫反應(yīng)收縮，但T和B淋巴細(xì)胞的擴(kuò)增克隆保留為記憶細(xì)胞，以提供增強(qiáng)的保護(hù)，防止再次感染或腫瘤復(fù)發(fā)。一些記憶細(xì)胞不斷地通過淋巴組織或非淋巴組織再循環(huán)，而另一些記憶細(xì)胞則更永久地停留在特定的組織室中。CXCR6與組織駐留程序有關(guān)，該程序使CD8+記憶T細(xì)胞和其他淋巴細(xì)胞，包括自然殺傷T細(xì)胞（NKT）以及具有記憶特征的NK細(xì)胞，能夠在非淋巴組織（如皮膚、肺或肝臟）中持續(xù)存在。

CXCR6在宿主細(xì)胞，特別是CTL上的表達(dá)具有重要的抗腫瘤作用，最近在更廣泛的實體癌小鼠模型中得到了證實。從機(jī)制上講，CTL上表達(dá)的CXCR6介導(dǎo)其與CXCL16+DCs的相互作用。在持續(xù)的抗腫瘤反應(yīng)中，CXCR6將CTL保留在效應(yīng)狀態(tài)；此外，CXCR6還可能通過引導(dǎo)記憶淋巴細(xì)胞與提供IL-15和其他生存因子的細(xì)胞相互作用，在促進(jìn)記憶淋巴細(xì)胞存活方面發(fā)揮作用。事實上，在小鼠黑色素瘤的手術(shù)切除后，CXCR6還介導(dǎo)皮膚中固有記憶T細(xì)胞的持久性，保護(hù)小鼠免受黑色素瘤再挑戰(zhàn)。

免疫耐受

FOXP3+CD4+Treg細(xì)胞在耐受機(jī)制的多層系統(tǒng)中具有核心作用，該耐受機(jī)制防止針對自身抗原的不適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)，并調(diào)節(jié)對病原體反應(yīng)的大小和持續(xù)時間。所有活化的Treg細(xì)胞高表達(dá)的CCR4。

基于CCR4配體CCL22在卵巢TME中的高表達(dá)和CCL22對Treg細(xì)胞的趨化活性，提示這種趨化因子在Treg細(xì)胞向TME募集中的作用。此外，與循環(huán)或淋巴組織Treg細(xì)胞相比，CCR8在腫瘤浸潤Treg上明顯優(yōu)先表達(dá)。然而，它對Treg細(xì)胞的作用仍不清楚。

不同趨化因子受體在Treg細(xì)胞積累中的作用也可能隨著時間的推移而變化，并且在腫瘤發(fā)展的早期和晚期，不同的Treg細(xì)胞亞型被招募到腫瘤中。在癌癥的原位模型中，觀察到了從早期流行的CXCR3+TBET+Treg細(xì)胞向后期增加的CXCR6+Treg細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，而隨著時間的推移，少數(shù)CCR6+RORγT+Treg細(xì)胞保持穩(wěn)定。這表明了Treg細(xì)胞區(qū)室的復(fù)雜性，并且在未來關(guān)于趨化因子在Treg細(xì)胞向腫瘤募集中的作用的功能研究中必須考慮TME的動態(tài)變化。

血管生成

趨化因子及其各自的受體被認(rèn)為是腫瘤血管系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在腫瘤血管生成中具有雙重作用。趨化因子可以通過直接與內(nèi)皮細(xì)胞上的趨化因子受體相互作用作為腫瘤血管生成介質(zhì)，從而改善遷移和增殖以及內(nèi)皮細(xì)胞存活。此外，趨化因子還可能通過促進(jìn)TME中產(chǎn)生血管生成因子的白細(xì)胞的募集間接發(fā)揮作用，從而增強(qiáng)血管生成。趨化因子還可以與其他血管生成促進(jìn)劑協(xié)同作用，如血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）。

另一方面，趨化因子還具有抑制腫瘤血管生成和內(nèi)皮細(xì)胞增殖的活性。例如，CXCL4和CXCL10是具有血管抑制特性的趨化因子，包括抑制由成纖維細(xì)胞生長因子和VEGF誘導(dǎo)的血管生成以及阻止內(nèi)皮細(xì)胞趨化性和增殖。此外，CXCL9、CXCL10和CXCL11與表達(dá)CXCR3的免疫細(xì)胞的相互作用可能招募具有血管抑制功能的細(xì)胞。

促進(jìn)轉(zhuǎn)移

大量研究證實了趨化因子系統(tǒng)在腫瘤轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用。據(jù)報道，癌細(xì)胞上的趨化因子受體表達(dá)可以確定其轉(zhuǎn)移的部位。這些轉(zhuǎn)移部位產(chǎn)生的特異性趨化因子可以促進(jìn)循環(huán)癌細(xì)胞遷移到“轉(zhuǎn)移前生態(tài)位”，這為轉(zhuǎn)移細(xì)胞的生長提供了有利的環(huán)境。

多種趨化因子和趨化因子受體與轉(zhuǎn)移有關(guān)，CXCL12/CXCR4軸代表了這一現(xiàn)象的關(guān)鍵因素，在不同的腫瘤中已證實其參與腫瘤轉(zhuǎn)移。參與癌癥轉(zhuǎn)移的其他趨化因子的例子有CCR7，它通過與轉(zhuǎn)移部位分泌的CCL19和CCL21配體相互作用，介導(dǎo)癌細(xì)胞向淋巴器官的遷移；CCL28是CCR3/CCR10的配體，與乳腺癌生長和轉(zhuǎn)移擴(kuò)散相關(guān)；CCR10/CCL27信號支持轉(zhuǎn)移擴(kuò)散期間黑色素瘤細(xì)胞的粘附和存活，CXCR5/CXCL13相互作用似乎支持前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移。

趨化因子的靶向治療

目前，臨床已批準(zhǔn)的靶向趨化因子的藥物包括：抗CCR4抗體（Mogamulizumab）和CXCR4拮抗劑（Plerixafor，AMD3100），用于血液惡性腫瘤。此外，還有更多的針對不同趨化因子受體-配體軸作為癌癥治療策略的多種努力，這些治療策略目前已表現(xiàn)出巨大的潛力，正處于臨床開發(fā)中。

小結(jié)

趨化因子是一大類協(xié)調(diào)免疫細(xì)胞運(yùn)輸?shù)内呄蛐缘募?xì)胞因子。鑒于趨化因子在腫瘤免疫反應(yīng)和腫瘤生物學(xué)中發(fā)揮著的多方面作用，趨化因子網(wǎng)絡(luò)已成為潛在的免疫治療靶點。

趨化因子受體及其配體之間存在非常復(fù)雜的相互作用，為了引入新一代基于趨化因子調(diào)節(jié)的免疫腫瘤治療策略，迫切需要深入了解腫瘤微環(huán)境生物學(xué)以及更好的預(yù)測性臨床模型。

盡管面臨挑戰(zhàn)，大量針對不同趨化因子信號通路的趨化因子受體抑制劑目前正在臨床前研究和臨床試驗中進(jìn)行評估，并且與常規(guī)化療或免疫檢查點療法結(jié)合使用時，顯示出有希望的結(jié)果。因此，可以預(yù)測，在不久的將來，趨化因子受體抑制劑將用于調(diào)節(jié)TME的組成并優(yōu)化患者的免疫反應(yīng)，為腫瘤患者帶來希望。

參考文獻(xiàn)：

1.Howchemokines organize the tumour microenvironment. Nat Rev Cancer.2024Jan;24(1):28-50

2. Chemokine-Directed Tumor Microenvironment Modulation in Cancer Immunotherapy. Int J Mol Sci. 2021 Sep; 22(18): 9804.

       原文標(biāo)題 : 趨化因子是如何影響腫瘤微環(huán)境的？