引言

在過去的幾十年里，我們對(duì)癌癥的理解發(fā)生了根本性的變化。我們現(xiàn)在認(rèn)識(shí)到，癌癥不僅僅是一種疾病，而是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，涉及廣泛的非癌細(xì)胞及其在腫瘤內(nèi)的無數(shù)相互作用。腫瘤微環(huán)境（TME）包括多種免疫細(xì)胞類型、癌相關(guān)成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞和各種其他組織-受體細(xì)胞類型。這些宿主細(xì)胞曾被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生的旁觀者，但現(xiàn)在已知在癌癥的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

TME的細(xì)胞組成和功能狀態(tài)可能會(huì)因腫瘤發(fā)生的器官、癌癥細(xì)胞的固有特征、腫瘤分期和患者特征而大不相同。了解TME從腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展、侵襲到轉(zhuǎn)移性播散和生長的各個(gè)階段的重要性，了解腫瘤細(xì)胞內(nèi)在、細(xì)胞外和疾病進(jìn)展的系統(tǒng)介質(zhì)之間的復(fù)雜相互作用，對(duì)于合理開發(fā)有效的抗癌治療至關(guān)重要。

一、TME形成的基本原則

癌細(xì)胞通過招募和重編程非癌宿主細(xì)胞以及重塑血管系統(tǒng)和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）來協(xié)調(diào)支持腫瘤的環(huán)境。這個(gè)動(dòng)態(tài)過程依賴于癌癥細(xì)胞和TME的常駐或招募的非癌細(xì)胞之間的異型相互作用。有多種機(jī)制可以調(diào)節(jié)這種細(xì)胞間對(duì)話，包括通過細(xì)胞間接觸和旁分泌信號(hào)傳導(dǎo)。接觸依賴性通訊由粘附分子介導(dǎo)，包括整合素、鈣粘蛋白、選擇素和免疫球蛋白超家族成員，也通過間隙連接和膜蛋白通道介導(dǎo)。

除了直接的細(xì)胞-細(xì)胞接觸外，通過釋放細(xì)胞因子、趨化因子、生長因子和蛋白酶的旁分泌信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)TME內(nèi)的細(xì)胞間通訊也至關(guān)重要。這些分子是為了應(yīng)對(duì)癌癥固有特征和細(xì)胞應(yīng)激而分泌的，它們可以來源于TME中的多種細(xì)胞類型，并通過與受體結(jié)合或ECM重塑對(duì)靶細(xì)胞發(fā)揮直接和間接作用。ECM通過充當(dāng)分泌分子的基質(zhì)和細(xì)胞粘附和遷移的底物來促進(jìn)細(xì)胞間通信。蛋白酶對(duì)ECM的重塑釋放了束縛的分子，從而產(chǎn)生局部高濃度的釋放介質(zhì)。此外，癌癥和TME細(xì)胞通過包括整合素和CD44在內(nèi)的受體直接接觸周圍的ECM，從而形成癌癥中復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。

TME的組成和功能狀態(tài)在患者之間可能有很大差異，即使在同一癌癥類型中也是如此?；颊叩奶囟ㄒ蛩?，包括年齡、性別、生活方式、體重指數(shù)和微生物組，可以影響TME，腫瘤發(fā)生的器官也會(huì)影響TME。不同的器官具有獨(dú)特的組織固有免疫細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞類型，組織類型可以決定這些細(xì)胞的功能狀態(tài)。

除了解剖部位依賴的機(jī)制外，TME最重要的調(diào)節(jié)器可能是癌癥細(xì)胞本身。癌癥的細(xì)胞內(nèi)在特征，包括改變的（表觀）遺傳學(xué)、代謝重編程和解除調(diào)控的信號(hào)，是腫瘤如何形成其微環(huán)境的關(guān)鍵決定因素。隨著高分辨率分析技術(shù)的迅速發(fā)展，癌癥固有特征和TME之間的更多聯(lián)系將被揭示，這可能為針對(duì)單個(gè)腫瘤合理設(shè)計(jì)TME靶向策略奠定基礎(chǔ)。

二、腫瘤起始：組織穩(wěn)態(tài)的破壞

惡性細(xì)胞必須克服多個(gè)節(jié)點(diǎn)才能成功形成腫瘤，其中許多取決于破壞周圍組織的正?；盘?hào)，然后劫持微環(huán)境過程來支持發(fā)展中的腫瘤。

從免疫攻擊到免疫逃避的平衡

我們的免疫系統(tǒng)對(duì)于抵御危及生命的病原體、傷口愈合和根除受損細(xì)胞至關(guān)重要。為了執(zhí)行這些功能，免疫系統(tǒng)具有令人難以置信的多樣性和適應(yīng)性，具有嚴(yán)格控制的機(jī)制來限制組織損傷和恢復(fù)體內(nèi)平衡。

對(duì)癌癥演變的分析表明，初始低度病變的特征是原始T細(xì)胞大量涌入，表明免疫系統(tǒng)在其最早階段就感應(yīng)到了轉(zhuǎn)化。然而，隨著病變的進(jìn)展，觀察到活化的T細(xì)胞和髓系細(xì)胞積聚的轉(zhuǎn)變，以及參與免疫抑制的基因上調(diào)。活化的CD8+T細(xì)胞減少，PD-L1和CTLA4表達(dá)增加，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）增多，T細(xì)胞受體（TCR）克隆類型減少。隨著這些病變的進(jìn)展，向免疫抑制性TME的轉(zhuǎn)變隨之而來。

在腫瘤發(fā)生的早期階段，始發(fā)性腫瘤導(dǎo)致支持腫瘤的炎癥環(huán)境，幾乎所有進(jìn)展性腫瘤都會(huì)誘導(dǎo)不同水平的T細(xì)胞、自然殺傷（NK）細(xì)胞、，以及CD8+T細(xì)胞的DC排斥或觸發(fā)功能障礙程序。當(dāng)腫瘤同時(shí)刺激髓系細(xì)胞，特別是巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的募集和激活時(shí)，這兩種細(xì)胞共同形成了腫瘤支持性炎癥環(huán)境。

炎癥：腫瘤進(jìn)展的催化劑

在發(fā)展中的腫瘤中，炎癥的特征是破壞適應(yīng)性先天免疫細(xì)胞的串?dāng)_。在炎癥信號(hào)傳導(dǎo)延長、缺氧、低pH和代謝產(chǎn)物水平改變的影響下，這種炎癥會(huì)變?yōu)槁远哂衅茐牧Α?/p>

隨著腫瘤的生長，共同進(jìn)化的免疫環(huán)境發(fā)生了深刻的變化，導(dǎo)致細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞減少、功能失調(diào)的CD8+T淋巴細(xì)胞、免疫抑制性CD4+FoxP3+Treg和調(diào)節(jié)性B細(xì)胞逐漸增多，而CD4+T細(xì)胞向促炎性Th2表型傾斜，DC表現(xiàn)出成熟和功能缺陷。與此同時(shí)，髓系細(xì)胞越來越多地被動(dòng)員到TME，在那里它們使其表型適應(yīng)局部炎癥。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）和中性粒細(xì)胞（TANs）通常是不同TME中最豐富的髓細(xì)胞。驅(qū)動(dòng)這些細(xì)胞動(dòng)員和激活的關(guān)鍵腫瘤衍生介質(zhì)包括CSF-1、CCL2、VEGF-A、TNF-α和巨噬細(xì)胞的信號(hào)素3A、G-CSF、GM-CSF、IL-6、CXCL1、CXCL2、IL-1β以及中性粒細(xì)胞的IL-8。它們?cè)谌祟惸[瘤中的存在通常與較差的預(yù)后和較差的治療反應(yīng)相關(guān)。

CAFs和ECM在TME發(fā)展中的多方面作用

與免疫細(xì)胞一起，CAF是許多腫瘤的主要成分。一些腫瘤，如肝細(xì)胞癌，是由異常活化的成纖維細(xì)胞引起的，特別是在纖維化或肝硬化的肝臟中。其他類型的癌癥也可以誘導(dǎo)纖維化，單細(xì)胞技術(shù)的最新進(jìn)展揭示了以前未被重視的CAF的表型和功能多樣性。

CAFs對(duì)TME的動(dòng)態(tài)變化也表現(xiàn)出可塑性。最近的研究表明，CAF由多種亞型組成，這些亞型在腫瘤進(jìn)展過程中發(fā)生變化，并在空間上受到調(diào)節(jié)。在胰腺癌中，三種不同的CAF亞型共存：肌成纖維細(xì)胞（myCAF）、炎癥CAF（iCAF）和抗原呈遞CAF（apCAF），具有不同功能和轉(zhuǎn)錄組可塑性。在其他癌癥類型中，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了類似的CAF亞群。

最近的研究表明，CAFs可以通過多種機(jī)制幫助腫瘤逃避免疫控制。CAF主要負(fù)責(zé)TME內(nèi)ECM的沉積和重塑。CAF通過分泌CXCL12和TGF-β導(dǎo)致ECM沉積產(chǎn)生物理屏障，直接阻止T細(xì)胞募集或激活。此外，CAFs還通過分泌包括IL-6、IL-1β、VEGF、CSF-1、CCL2在內(nèi)的介質(zhì)動(dòng)員和編程免疫抑制性髓系細(xì)胞，間接干擾抗腫瘤免疫，并通過促進(jìn)Tregs的積累發(fā)揮免疫抑制活性。CAF還直接影響癌癥細(xì)胞。在人類乳腺癌和肺癌樣本中，CD10+GPR77+CAF亞群通過分泌IL-6和IL-8為癌癥干細(xì)胞提供生存空間，從而促進(jìn)腫瘤形成和化療抵抗。

血管生成促進(jìn)癌癥進(jìn)展

血管生成，即發(fā)展新生血管的過程，對(duì)腫瘤的發(fā)生至關(guān)重要。血管生成是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、壁細(xì)胞、癌癥細(xì)胞、腫瘤相關(guān)免疫細(xì)胞和CAFs之間的廣泛串?dāng)_。腫瘤血管不斷暴露于促血管生成的因素，導(dǎo)致血管系統(tǒng)紊亂、滲漏和彎曲。這會(huì)影響腫瘤的氧合，改變免疫細(xì)胞動(dòng)力學(xué)，并減少藥物對(duì)腫瘤的滲透。

組織缺氧是血管生成的主要誘因。許多對(duì)缺氧有反應(yīng)的分子可以促進(jìn)血管生成轉(zhuǎn)換，其中血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）及其下游信號(hào)通路是主要的驅(qū)動(dòng)因素。此外，腫瘤相關(guān)髓系細(xì)胞通過促血管生成介質(zhì)，包括VEGF-A、FGF2、PIGF、TNF和BV8，促進(jìn)腫瘤血管生成和增加血管通透性。這些細(xì)胞還產(chǎn)生蛋白酶，如MMPs和組織蛋白酶，這些蛋白酶分解ECM并釋放螯合的促血管生成分子，使其具有生物可利用性。

重要的是，血管系統(tǒng)和免疫細(xì)胞之間的作用是相互的。越來越多的證據(jù)表明，腫瘤誘導(dǎo)的血管生成有助于免疫抑制和免疫逃避。例如，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞歸巢和運(yùn)輸?shù)难苷掣椒肿涌梢员幌抡{(diào)，腫瘤相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)較低水平的ICAM-1、VCAM-1、E-選擇素和P-選擇素。相反，包括IDO、TIM3和PD-L1在內(nèi)的抑制性免疫檢查點(diǎn)分子可以在腫瘤血管上上調(diào)。

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三、腫瘤進(jìn)展：癌細(xì)胞的侵襲和遷移

一旦腫瘤成功地在血管生成、炎癥和纖維化之間建立了相互加強(qiáng)的聯(lián)系，它們就可以進(jìn)入疾病進(jìn)展的下一階段：局部侵襲。侵襲性生長是癌癥的主要特征之一，為轉(zhuǎn)移性傳播奠定了基礎(chǔ)。

侵襲是一個(gè)復(fù)雜的多步驟過程，為了與鄰近的癌細(xì)胞分離，必須破壞上皮細(xì)胞與細(xì)胞之間的粘附。細(xì)胞間粘附蛋白（E-鈣粘蛋白）的缺失是這一過程的核心，通常伴有上皮-間充質(zhì)（EMT）樣的過渡狀態(tài)。來自TME的因素促進(jìn)了癌癥細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致局部侵襲。此外，越來越多的證據(jù)表明，CAF通過其重塑和施加物理拉力在ECM中生成軌跡，從而實(shí)現(xiàn)癌癥細(xì)胞的集體侵襲。其他TME細(xì)胞也可以促進(jìn)癌癥細(xì)胞的侵襲。例如，在小鼠乳腺癌模型中進(jìn)行的活體顯微鏡（IVM）研究表明，EGFR+癌癥細(xì)胞的侵襲和遷移依賴于產(chǎn)生EGF的TAMs的共同遷移。這些發(fā)現(xiàn)表明，CAF、免疫細(xì)胞和組織駐留細(xì)胞共同促進(jìn)了癌細(xì)胞的侵襲行為。

轉(zhuǎn)移過程中的下一個(gè)限速步驟是將癌癥細(xì)胞注入血液或淋巴循環(huán)。癌癥細(xì)胞跨內(nèi)皮層進(jìn)入循環(huán)的機(jī)制復(fù)雜、依賴于環(huán)境，并受癌癥細(xì)胞固有特征、ECM的特性和血管系統(tǒng)類型、微環(huán)境因素以及缺氧程度的影響。通常，TAM與癌細(xì)胞灌注相關(guān)。血管周邊TIE2+ TAM誘導(dǎo)的VEGF-A信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)致血管連接的局部丟失，導(dǎo)致血管通透性短暫增加，從而促進(jìn)癌癥細(xì)胞的灌注。此外，除巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞外，中性粒細(xì)胞、周細(xì)胞、CAF、脂肪細(xì)胞和TME的機(jī)械特征，包括ECM結(jié)構(gòu)和間質(zhì)流體壓力，也通過直接或間接機(jī)制影響癌癥細(xì)胞的灌注。

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四、腫瘤轉(zhuǎn)移：轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成

發(fā)展中的腫瘤對(duì)宿主的影響并不局限于局部TME。通過旁分泌效應(yīng)，原發(fā)腫瘤觸發(fā)一連串事件，在遠(yuǎn)處器官中產(chǎn)生癌癥細(xì)胞傳導(dǎo)微環(huán)境，然后發(fā)生轉(zhuǎn)移擴(kuò)散。

觸發(fā)一系列系統(tǒng)性變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)移前生態(tài)位生成的啟動(dòng)信號(hào)包括腫瘤衍生的可溶性介質(zhì)，最顯著的是G-CSF、VEGF-A、PLGF、TGF-β、S100蛋白和TNF，以及攜帶腫瘤信息的EVs，這些腫瘤信息可以轉(zhuǎn)移到BM細(xì)胞和遠(yuǎn)處器官中的駐留細(xì)胞，在那里，它們激活并編程免疫細(xì)胞及其祖細(xì)胞，以動(dòng)員到未來的轉(zhuǎn)移部位。

其他腫瘤分泌的介質(zhì)可以直接修飾遠(yuǎn)處的器官。例如，低氧4T1乳腺癌細(xì)胞分泌LOX，通過誘導(dǎo)破骨細(xì)胞生成，破壞了正常的骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)了循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）的歸巢和定植。在LLC和B16荷瘤小鼠中，腫瘤衍生的EV攜帶小RNA，激活肺上皮細(xì)胞中的Toll樣受體3（TLR3），刺激中性粒細(xì)胞趨化介質(zhì)的釋放，通過中性粒細(xì)胞募集最終形成肺轉(zhuǎn)移前生態(tài)位。這些研究表明，原發(fā)性腫瘤破壞了遠(yuǎn)處器官中不同組織駐留細(xì)胞和新動(dòng)員的BM衍生免疫細(xì)胞之間的串?dāng)_，因此有助于轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成。

原發(fā)性腫瘤促進(jìn)轉(zhuǎn)移生態(tài)位的另一個(gè)機(jī)制是通過腫瘤誘導(dǎo)的全身炎癥和免疫抑制，有利于擴(kuò)散癌細(xì)胞的免疫逃逸。在乳腺癌癥小鼠模型中，全身動(dòng)員分泌IL-1β的中性粒細(xì)胞可增強(qiáng)肺外膜成纖維細(xì)胞分泌前列腺素E3，導(dǎo)致抗腫瘤免疫降低和肺轉(zhuǎn)移增強(qiáng)。

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五、CTC在循環(huán)中的生存之戰(zhàn)

一旦腫瘤細(xì)胞侵入循環(huán)，它們就會(huì)在這種外來微環(huán)境中立即受到一系列不同的生存挑戰(zhàn)。包括由細(xì)胞脫離引起的失巢，血液循環(huán)中的高剪切力以及免疫介導(dǎo)的攻擊，這些共同導(dǎo)致大多數(shù)CTC的死亡。

盡管如此，對(duì)于通過循環(huán)存活下來的一小部分CTC來說，它們可以通過各種機(jī)制逃避破壞。其中包括CTC聚集，其通過誘導(dǎo)NANOG、SOX2和OCT來促進(jìn)干性；與特定的免疫細(xì)胞如中性粒細(xì)胞或血小板的結(jié)合；從而逃避包括NK細(xì)胞在內(nèi)的細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞的作用。與這些機(jī)制一致，CTC聚集與單個(gè)CTC相比，通常與更差的患者預(yù)后有關(guān)；而循環(huán)中中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞的高比率與多種癌癥的不良預(yù)后相關(guān)。

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六、器官噬性和外滲

對(duì)于通過循環(huán)存活的一小部分CTC，其轉(zhuǎn)移過程中的下一個(gè)限速步驟是滲出到轉(zhuǎn)移器官。這在一定程度上取決于每種原發(fā)性癌癥的潛在器官嗜性。轉(zhuǎn)移性可能是高度定型的，例如，乳腺癌癥主要擴(kuò)散到肺、肝、骨和腦，而前列腺癌則表現(xiàn)出向骨擴(kuò)散的高度傾向。這種器官嗜性受到多種機(jī)制的影響，包括趨化因子、代謝物和EV等因素的信號(hào)傳遞，這些因素有助于CTC向特定器官的定向遷移。此外，CTC所走的特定循環(huán)路線以及癌癥細(xì)胞為了進(jìn)入特定器官而必須跨越的不同血管屏障的范圍進(jìn)一步影響了它們的最終目的地。

對(duì)于外滲過程本身，腫瘤細(xì)胞必須首先停止并附著在內(nèi)皮管腔上，同時(shí)不斷受到周圍快速流動(dòng)的血液的高剪切力。腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的細(xì)胞粘附分子及其配體、整合素和ECM成分促進(jìn)了這一步驟，并與血液白細(xì)胞滾動(dòng)、粘附和外滲的分子機(jī)制有一些相似之處。血小板和中性粒細(xì)胞可能仍與CTC一起傳播，可以分別通過選擇素、GPCR或通過中性粒細(xì)胞外陷阱（NETs）的產(chǎn)生進(jìn)一步增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)脈管系統(tǒng)的粘附。

粘附后，CTC接下來穿過EC連接，也可能穿過額外的血管細(xì)胞層和ECM，進(jìn)入新的器官實(shí)質(zhì)，這通常需要細(xì)胞粘附分子的活性蛋白水解或降解。癌癥細(xì)胞不僅依賴于在這一步驟中產(chǎn)生的蛋白酶和降解酶，而且還可以通過產(chǎn)生NET從非癌細(xì)胞釋放這些酶，包括血小板、單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞。滲出后，CTC通常留在血管附近，這對(duì)決定其命運(yùn)至關(guān)重要。

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七、轉(zhuǎn)移部位腫瘤的休眠和生長

播散性腫瘤細(xì)胞（DTC）在外滲到繼發(fā)部位后，面臨著來自外來組織環(huán)境的一系列新挑戰(zhàn)，并且絕大多數(shù)腫瘤細(xì)胞再次被宿主防御機(jī)制殺死，包括免疫監(jiān)測(cè)。少數(shù)存活下來以培育新器官的DTC通常留在脈管系統(tǒng)附近，來自血管周圍生態(tài)位（PVN）和組織特異性生態(tài)位的分子信號(hào)，最初將DTC保持在休眠狀態(tài)，這可能會(huì)保護(hù)它們免受免疫系統(tǒng)的識(shí)別和殺死。

休眠是轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)反應(yīng)中最不為人所知的階段，這些細(xì)胞會(huì)停止增殖，并可以在靜止?fàn)顟B(tài)下存活，有時(shí)長達(dá)數(shù)年至數(shù)十年。對(duì)控制休眠開始的機(jī)制、休眠在潛伏期的維持以及休眠后的重新激活的研究，仍然是癌癥領(lǐng)域的“黑匣子”。 因此有必要充分了解其潛在機(jī)制，尤其是與微環(huán)境的關(guān)鍵相互作用，對(duì)器官特異性轉(zhuǎn)移的這種精細(xì)調(diào)節(jié)。

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結(jié)語

隨著近年來在腫瘤微環(huán)境范圍和理解上的發(fā)展，我們逐漸意識(shí)到TME的巨大復(fù)雜性和相互關(guān)聯(lián)性，以及它在不同器官和患者之間的多樣性。盡管存在這些挑戰(zhàn)，但在針對(duì)TME的治療策略也在不斷擴(kuò)展，展現(xiàn)出有希望的前景。其中包括通過改變ECM、EVs的干預(yù)措施“重編程”TME的治療、細(xì)胞療法和疫苗以及免疫檢查點(diǎn)抑制劑?，F(xiàn)在的關(guān)鍵問題是如何以合理和最佳的方式將這些不同的方法結(jié)合起來。

展望未來，隨著單細(xì)胞分析技術(shù)和人工智能的技術(shù)突破，對(duì)于TME的研究將在未來幾年取得關(guān)鍵進(jìn)展，以充分實(shí)現(xiàn)針對(duì)TME的癌癥治療。相信在不久的將來，我們將能夠以TME為治療目標(biāo)，造福更多的癌癥患者。

參考資料：

1.The evolving tumor microenvironment: From cancer initiation to metastatic outgrowth. Cancer Cell.2023 Mar 13;41(3):374-403

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