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，同時人們也逐步認識到由于腫瘤微環(huán)境（TME）的免疫抑制特性誘導抗腫瘤免疫的失敗，導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的成分包括造血細胞、成纖維細胞、血管和淋巴管內皮細胞，以及它們產(chǎn)生的周圍細胞外基質和可溶性因子。

為了使我們的免疫系統(tǒng)清除惡性實體瘤，髓系和淋巴細胞不僅必須從血液中外滲到腫瘤組織中，而且還必須進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，與非造血基質細胞相互作用，最終與癌細胞相互作用。這些相互作用調節(jié)局部免疫細胞的存活、增殖擴張、分化及其促腫瘤或抗腫瘤效應器功能的執(zhí)行，這些功能共同決定了自發(fā)或治療誘導的抗腫瘤免疫反應的結果。這些相互作用都不是隨機發(fā)生的，而是精心安排的，嚴重依賴于趨化因子及其受體提供的遷移指導線索。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制產(chǎn)生新的見解，還將為腫瘤生物標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

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構被分為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-片層核心的特征結構，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構域的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）結合。

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合，但一些受體可以與多個配體結合。除了經(jīng)典的趨化因子受體外，還鑒定出許多受體結合趨化因子，但不介導趨化性。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胞內環(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動整合素介導的細胞粘附或細胞遷移。此外，配體誘導的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化而阻斷GPCR信號傳導。另一方面，β-arrestin也誘導額外的信號活性，例如MAPK、PI3K–AKT和NF-κB途徑，對細胞存活、生長和增殖具有趨化性無關的影響。G蛋白和β-arrestin介導的細胞效應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靶向面臨的一些挑戰(zhàn)。

趨化因子影響TME的生物機制

趨化因子家族在整個進化過程中的擴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制。這些生物過程在癌癥患者中被激活，以響應由癌細胞的失調行為引起的組織完整性的破壞。癌細胞通過精心設計趨化因子環(huán)境，促進各種細胞類型的外滲和分化，為癌細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

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

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

在強抗腫瘤免疫的條件下，表達CXCL16的CCR7+cDC亞群聚集在基質小靜脈周圍，在那里它們與表達CXCR6的外滲效應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中的增殖擴張。

2型免疫反應

與1型和3型免疫反應相比，2型免疫反應主要是宿主導向的。在短暫的IL-17依賴性中性粒細胞階段之后，2型免疫反應迅速轉變?yōu)樾�應器功能，其目的是驅除寄生蟲，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型免疫反應主要促腫瘤活性的基礎，特別是在腫瘤發(fā)生的早期階段。然而，2型免疫反應也可以發(fā)揮抗腫瘤活性，例如，通過轉移的TH2細胞引導的嗜酸性粒細胞脫顆粒，或通過腫瘤基質中TH2細胞驅動的血管正常化，以犧牲鄰近腫瘤實質中的血管生成不足和缺氧細胞死亡為代價。

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

3型免疫反應

3型免疫有助于在穩(wěn)定狀態(tài)下維持我們與共生細菌和真菌的關系平衡，并在這些類型的微生物破壞我們的上皮屏障時被進一步激活。其主要效應功能由分泌細胞因子IL-17和IL-22的TH17細胞協(xié)調，用于誘導骨髓中的粒細胞增多和中性粒細胞募集到感染部位、表達抗微生物蛋白以及產(chǎn)生IgG和IgA抗體，巨噬細胞和補體。

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

某些化療藥物，如順鉑，可以誘導其配體CCL20在小鼠上皮腫瘤中的表達。這是表達CCR6的ILC3積累所需的，其反過來產(chǎn)生CXCL10以募集CD4+和CD8+效應T細胞。癌細胞來源的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)同作用至關重要。

組織駐留

在成功控制病原體或惡性細胞后，適應性免疫反應收縮，但T和B淋巴細胞的擴增克隆保留為記憶細胞，以提供增強的保護，防止再次感染或腫瘤復發(fā)。一些記憶細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，該程序使CD8+記憶T細胞和其他淋巴細胞，包括自然殺傷T細胞（NKT）以及具有記憶特征的NK細胞，能夠在非淋巴組織（如皮膚、肺或肝臟）中持續(xù)存在。

CXCR6在宿主細胞，特別是CTL上的表達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。從機制上講，CTL上表達的CXCR6介導其與CXCL16+DCs的相互作用。在持續(xù)的抗腫瘤反應中，CXCR6將CTL保留在效應狀態(tài)；此外，CXCR6還可能通過引導記憶淋巴細胞與提供IL-15和其他生存因子的細胞相互作用，在促進記憶淋巴細胞存活方面發(fā)揮作用。事實上，在小鼠黑色素瘤的手術切除后，CXCR6還介導皮膚中固有記憶T細胞的持久性，保護小鼠免受黑色素瘤再挑戰(zhàn)。

免疫耐受

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

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

不同趨化因子受體在Treg細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細胞向后期增加的CXCR6+Treg細胞的轉變，而隨著時間的推移，少數(shù)CCR6+RORγT+Treg細胞保持穩(wěn)定。這表明了Treg細胞區(qū)室的復雜性，并且在未來關于趨化因子在Treg細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為是腫瘤血管系統(tǒng)的關鍵調節(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皮細胞上的趨化因子受體相互作用作為腫瘤血管生成介質，從而改善遷移和增殖以及內皮細胞存活。此外，趨化因子還可能通過促進TME中產(chǎn)生血管生成因子的白細胞的募集間接發(fā)揮作用，從而增強血管生成。趨化因子還可以與其他血管生成促進劑協(xié)同作用，如血管內皮生長因子（VEGF）。

另一方面，趨化因子還具有抑制腫瘤血管生成和內皮細胞增殖的活性。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胞生長因子和VEGF誘導的血管生成以及阻止內皮細胞趨化性和增殖。此外，CXCL9、CXCL10和CXCL11與表達CXCR3的免疫細胞的相互作用可能招募具有血管抑制功能的細胞。

促進轉移

大量研究證實了趨化因子系統(tǒng)在腫瘤轉移中的關鍵作用。據(jù)報道，癌細胞上的趨化因子受體表達可以確定其轉移的部位。這些轉移部位產(chǎn)生的特異性趨化因子可以促進循環(huán)癌細胞遷移到“轉移前生態(tài)位”，這為轉移細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移有關，CXCL12/CXCR4軸代表了這一現(xiàn)象的關鍵因素，在不同的腫瘤中已證實其參與腫瘤轉移。參與癌癥轉移的其他趨化因子的例子有CCR7，它通過與轉移部位分泌的CCL19和CCL21配體相互作用，介導癌細胞向淋巴器官的遷移；CCL28是CCR3/CCR10的配體，與乳腺癌生長和轉移擴散相關；CCR10/CCL27信號支持轉移擴散期間黑色素瘤細胞的粘附和存活，CXCR5/CXCL13相互作用似乎支持前列腺癌的骨轉移。

趨化因子的靶向治療

目前，臨床已批準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

趨化因子是一大類協(xié)調免疫細胞運輸?shù)内呄蛐缘募毎�因子。鑒于趨化因子在腫瘤免疫反應和腫瘤生物學中發(fā)揮著的多方面作用，趨化因子網(wǎng)絡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雜的相互作用，為了引入新一代基于趨化因子調節(jié)的免疫腫瘤治療策略，迫切需要深入了解腫瘤微環(huán)境生物學以及更好的預測性臨床模型。

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行評估，并且與常規(guī)化療或免疫檢查點療法結合使用時，顯示出有希望的結果。因此，可以預測，在不久的將來，趨化因子受體抑制劑將用于調節(jié)TME的組成并優(yōu)化患者的免疫反應，為腫瘤患者帶來希望。

參考文獻：

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.

       原文標題 : 趨化因子對腫瘤微環(huán)境的影響