中性粒細胞在腫瘤免疫中的研究進展*

孫 曉 夏 蕾 何流漾 戚春建

(南京醫(yī)科大學附屬常州市第二人民醫(yī)院中心實驗室腫瘤研究所，常州 213000)

中性粒細胞是存在于腫瘤微環(huán)境中的免疫細胞之一，腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，與腫瘤微環(huán)境密切相關。近年來越來越多的研究表明，中性粒細胞具有抗腫瘤和促腫瘤的雙重作用，腫瘤微環(huán)境中的中性粒細胞可以分泌多種蛋白酶、活性氧及細胞因子，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、增殖、轉移和血管生成等幾個方面發(fā)揮著重要的作用。本文就近幾年來中性粒細胞在腫瘤免疫中的作用、相關機制和研究進展進行綜述。

1 中性粒細胞的來源及調控機制

中性粒細胞(Neutrophil)又被稱之為多形核細胞(Polymorphonuclear leukocytes，PMNs)，是機體中最多的白細胞，約占外周血白細胞總數(shù)的50% ～ 70%。作為機體固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，中性粒細胞是保護機體免受微生物感染、消除病原體的主要免疫細胞[1]，是機體免于感染或炎癥的首道防線[2]。中性粒細胞來源于骨髓中的造血干細胞，在骨髓中分化發(fā)育后進入血液或組織。中性粒細胞的主要功能表現(xiàn)為非特異性細胞免疫[3]。CD11b/LY6G是小鼠成熟中性粒細胞的生物學標記[4]，當機體發(fā)生感染時，血液中的中性粒細胞在病原微生物的刺激下，局部釋放細胞因子和趨化因子，使其聚集在炎癥部位，發(fā)生脫顆粒，并釋放出多種水解酶類，同時快速上調CD11b、CD16和CD45等膜受體[5]，起到抗感染的效應。

2 中性粒細胞在腫瘤微環(huán)境中的生物學特性

越來越多的證據(jù)表明，在腫瘤發(fā)展的不同時期，中性粒細胞的表型和功能可以發(fā)生不同的極化(Polarization)。腫瘤發(fā)生的早期階段，在不同細胞因子的作用下，腫瘤內中性粒細胞顯示出抗腫瘤表型(N1型)，其通過分泌細胞因子(IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-12等)和免疫活化作用(作用于受損細胞的活性氧來產生炎癥)，非特異性的殺傷腫瘤細胞，從而抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[6,7]。如果在腫瘤早期使用抗LY6G的單克隆抗體清除腫瘤微環(huán)境中性粒細胞，可促進腫瘤細胞生長，抗體介導腫瘤免疫治療的療效顯著降低[8]；隨著腫瘤進展，在腫瘤發(fā)生的中晚期階段，中性粒細胞聚集于腫瘤基質，在腫瘤微環(huán)境細胞產生的生長因子作用下，發(fā)生表型和功能的改變，表現(xiàn)為促進腫瘤細胞增殖、遷移、侵襲和血管生成[9]。轉化生長因子β (Transforming growth factor-β,TGF-β) 通過上調精氨酸酶1(Arginase1，ARG1)、趨化因子配體2[Chemokine (C-C motif)2，CCL2]、趨化因子配體5[Chemokine(C-C motif)5，CCL5]等表達，抑制其殺傷腫瘤細胞的效應，可以誘導腫瘤微環(huán)境中抗腫瘤的N1型中性粒細胞向N2 型極化，促進腫瘤生長及轉移[10]。

3 中性粒細胞的抗腫瘤作用

有研究發(fā)現(xiàn)小鼠肺癌模型中，敲除TGF-β組相較對照組，N1型中性粒細胞大量浸潤腫瘤組織，腫瘤生長緩慢，活化細胞毒性T淋巴細胞(Cytotoxic T lymphocytes，CTLs)，抗腫瘤效應明顯，表現(xiàn)為抗腫瘤的N1型[11]。中性粒細胞分泌髓過氧化物酶(Myeloperoxidase，MPO)和活性氧(Reactive oxygen species，ROS)、次氯酸(Hypochlorous acid，HOCl)等一些具有細胞毒性作用的介質[12]，可直接殺傷腫瘤細胞。中性粒細胞也是抗體介導的腫瘤免疫治療的重要效應細胞[13]，抗體Fc段能與中性粒細胞表面的Fc受體(Fc receptor，F(xiàn)cR)相結合，誘導中性粒細胞釋放細胞毒性介質，起到殺傷腫瘤細胞的作用[14]。在肺癌術后患者中，從癌旁組織分離的腫瘤相關中性粒細胞刺激T細胞增殖和干擾素-γ(Interferon-γ，IFN-γ)釋放，中性粒細胞和活化T細胞之間的作用導致前者表面上的CD54、CD86、OX40L和4-1BBL共刺激分子顯著上調，這一正反饋回路中增強了T細胞增殖，進而抑制腫瘤細胞的生存[15]。中性粒細胞可以與不同的細胞群體相互作用，通過直接的細胞毒活性針對腫瘤細胞發(fā)揮抗腫瘤活性，并通過廣泛的釋放介質(例如細胞因子、趨化因子和生長因子)募集和激活細胞適應性免疫系統(tǒng)，也可通過誘導單核細胞來源的樹突狀細胞(Dendritic cells，DC)和自然殺傷細胞(Natural killer cell，NK)的成熟，增強免疫應答[16]。綜上所述，N1型中性粒細胞能夠減弱腫瘤細胞的侵襲能力，減少腫瘤細胞的增殖作用[17]，從而控制腫瘤生長和轉移[18]。

4 中性粒細胞促腫瘤作用

近年來研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞可以參與致癌過程的不同階段，包括增強腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲[19]，促進腫瘤血栓形成、介導腫瘤免疫抑制。表現(xiàn)為促腫瘤的N2型。

目前推測腫瘤微環(huán)境中N2型中性粒細胞促進腫瘤相關進展的可能機制包括以下幾個方面。

4.1N2型中性粒細胞參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展 N2型中性粒細胞可以通過釋放活性氮(Reactive nitrogen species，RNS)、ROS或蛋白酶等促進腫瘤的發(fā)生[20]。彈性蛋白酶(Neutrophil elastase，NE)是N2型中性粒細胞顆粒蛋白分泌的一種絲氨酸蛋白酶。正常狀態(tài)下，中性粒細胞釋放的NE較少；當機體受到感染時，一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、TNF-α、IL-8等一些細胞因子可刺激中性粒細胞大量釋放NE[21]。另外，鈣調蛋白(Cadherin) 也可增強脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)誘導的NE釋放，進而促進癌癥的發(fā)生[22]。來自N2型中性粒細胞的NE與胰島素受體底物-1(Insulin receptor substrate-1，IRS-1)結合后被內吞到肺癌細胞中，NE能夠降解磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)的抑制劑IRS-1，與PI3K 的調節(jié)亞基p85相結合激活PI3K，促進AKT磷酸化，激活該信號通路，進一步促進腫瘤細胞的增殖與生存[23]。N2型中性粒細胞可分泌趨化因子IL-8，IL-8通過募集中性粒細胞脫顆粒進入腫瘤微環(huán)境，誘導信號級聯(lián)反應導致CD8+T細胞抗腫瘤效應降低[24-26]。N2型中性粒細胞還能通過產生ROS破壞DNA引起腫瘤細胞的無限增殖，中性粒細胞衍生的氧和氮衍生物負責DNA點突變并促進遺傳不穩(wěn)定性[27]，來自中性粒細胞的髓過氧化物酶(Myeloperoxidase，MPO)催化氯離子和H2O2形成次氯酸(HOCl)激活基質金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinase，MMP)并滅活金屬蛋白酶組織抑制劑(Tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)，導致肺上皮細胞DNA 損傷和突變，從而促進胞外基質(Extracellular matrix，ECM)重塑以及肺癌的發(fā)生[28]。

4.2N2型中性粒細胞參與腫瘤細胞的轉移 N2型中性粒細胞分泌的趨化因子IL-8與腫瘤細胞表面的C-X-C 趨化因子受體2(C-X-C motif chemokine receptor 2，CXCR2)結合后，既能募集中性粒細胞進入腫瘤微環(huán)境，又能夠促進腫瘤血管生成[29]。在小鼠肺微環(huán)境中移植具有不同肺轉移潛力的人腎細胞癌(Renal cell carcinoma，RCC)細胞后，小鼠肺間質隔室的基因表達譜顯示出富集中性粒細胞特異性功能的特征。該實驗結果表明腫瘤微環(huán)境中，中性粒細胞分泌趨化因子募集中性粒細胞至肺組織，N2型中性粒細胞可促進肺組織中腫瘤細胞轉移的發(fā)生[18]。體外實驗表明，在頭頸鱗癌(Head and neck cancer，HNSCC)模型中，磷酸化皮層蛋白(Cortactin)釋放可溶性因子，募集N2型中性粒細胞到達腫瘤細胞中并促進其遷移。中性粒細胞浸潤與Cortactin的表達相關，Cortactin是一種與細胞遷移和侵襲有關的肌動蛋白結合蛋白，Cortactin磷酸化也與來自喉癌患者腫瘤組織中的中性粒細胞浸潤顯著相關[30]。另有文章指出[31]，通過延時視頻顯微鏡觀察N2型中性粒細胞對體外生長的胰島素的胰腺癌細胞，顯示中性粒細胞誘導胰腺腫瘤細胞的黏附。這種黏附是由于中性粒細胞釋放的NE 能夠介導E-鈣黏蛋白(E-cadherin，E-cad)的降解，下調細胞中特異性siRNA的表達，顯著增加了胰腺腫瘤細胞的遷移能力，導致中性粒細胞有助于侵襲性腫瘤生長。在對卵巢癌組織的檢測中，也得到類似的結果，即NE誘導E-cad 蛋白表達下調，中性粒細胞促進腫瘤侵襲[32]。N2型中性粒細胞與胰腺癌和乳腺癌細胞-細胞的直接相互作用已被證明涉及腫瘤細胞上的細胞表面細胞間黏附分子-1(Intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)和中性粒細胞上的β-2-整聯(lián)蛋白，中性粒細胞結合腫瘤細胞相關整合素并誘導腫瘤細胞上的ICAM-1聚集，激活腫瘤細胞遷移至肝臟[33]。在黑色素瘤模型中，亦發(fā)現(xiàn)N2型中性粒細胞上調表達β-2-整聯(lián)蛋白，其與黑素瘤細胞表面表達的ICAM-1相互作用，通過中性粒細胞將腫瘤細胞攜帶到轉移部位[34]。

4.3N2型中性粒細胞參與腫瘤血管生成 N2型中性粒細胞在腫瘤血管生成中具有重要作用[35]，其介導多種血管生成因子的表達，如血管內皮生長因子-A(Vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A)、前動力蛋白-2(Prokineticin-2，PROK-2)和MMP-9等[9]。有實驗證實，肝癌相關中性粒細胞釋放的MMP-9通過活化從ECM中釋放VEGF-A，繼而促進腫瘤新生血管形成[36]。N2型中性粒細胞分泌的趨化因子IL-8參與腫瘤血管的形成，促進腫瘤生長[18]，在纖維肉瘤和前列腺癌的鼠模型中，阻斷CXCL8/IL-8募集N2型中性粒細胞顯著減少腫瘤血管生成、抑制腫瘤生長。腫瘤異種移植鼠模型中，在腫瘤細胞和基質細胞G-CSF影響下，N2型中性粒細胞釋放的促血管生成分子Bv8能明顯促進受損血管生成和腫瘤生長[37]。Galdiero等[37]還發(fā)現(xiàn)肝癌細胞刺激N2型中性粒細胞分泌肝細胞生長因子(HGF)，HGF修飾腫瘤微環(huán)境，參與腫瘤血管生成，使腫瘤細胞變得更具侵襲性[7]。

圖1 中性粒細胞在腫瘤免疫中的作用Fig.1 Role of neutrophils in tumor immunology

5 結語

中性粒細胞在腫瘤微環(huán)境中具有雙重作用。N1型中性粒細胞具有細胞毒性作用，產生抗腫瘤效應；N2型中性粒細胞可通過分泌各種細胞因子和趨化因子、NE、MMP-9及ROS等生物活性物質來促進腫瘤細胞發(fā)生發(fā)展，參與血管生成，增強腫瘤細胞侵襲與轉移能力，產生促腫瘤效應(圖1)。由于目前越來越多的研究表明中性粒細胞在腫瘤發(fā)生過程中具有兩面性，但其具體的機制尚不清楚。更全面認識中性粒細胞可塑性的分子機制及兩種類型的功能和標志，可以為抗腫瘤免疫和分子診療提供新靶標?？傊?，中性粒細胞是腫瘤發(fā)生發(fā)展的參與者，隨著研究的不斷深入，中性粒細胞及其相關因子有望為腫瘤治療提供新的思路和方法。

參考文獻：

[1] Jani PK,Schwaner E,Kajdacsi E,etal.Complement MASP-1 enhances adhesion between endothelial cells and neutrophils by up-regulating E-selectin expression [J].Mol Immunol,2016,75:38-47.

[2] Ling MR,Chapple IL,Matthews JB.Peripheral blood neutrophil cytokine hyper-reactivity in chronic periodontitis [J].Innate Immun,2015,21(7):714-725.

[3] Ella K,Csepanyi-Komi R,Kaldi K.Circadian regulation of human peripheral neutrophils [J].Brain Behav Immun,2016,57:209-221.

[4] Carlsen ED,Jie Z,Liang Y,etal.Interactions between neutrophils and leishmania braziliensis amastigotes facilitate cell activation and parasite clearance [J].J Innate Immun,2015,7(4):354-363.

[5] Vernon PJ,Paredes RM,Sooter AJ,etal.Severe hemorrhagic shock induces acute activation and expansion of IL-8+/IL-10+neutrophils with enhanced oxidative reactivity in non-human primates [J].Shock,2016,46(3 Suppl 1):129-136.

[6] 劉義慶，盧冰如，張炳昌，等.中性粒細胞的功能及其與自身免疫性疾病關聯(lián)性研究進展 [J].中國免疫學雜志,2014,30(5):712-716.

Liu YQ,Lu BR,Zhang BC,etal.Research progresses of functions of neutrophils and the relationship between neutrophils and autoimmune diseases[J].Chin J Immunol,2014,30(5):712-716.

[7] Uribe-Querol E,Rosales C.Neutrophils in cancer:two sides of the same coin [J].J Immunol Res,2015,2015:983698.

[8] Albanesi M,Mancardi DA,Jonsson F,etal.Neutrophils mediate antibody-induced antitumor effects in mice [J].Blood,2013,122(18):3160-3164.

[9] Mishalian I,Bayuh R,Levy L,etal.Tumor-associated neutrophils (TAN) develop pro-tumorigenic properties during tumor progression [J].Cancer Immunol Immunother,2013,62(11):1745-1756.

[10] Piccard H,Muschel RJ,Opdenakker G.On the dual roles and polarized phenotypes of neutrophils in tumor development and progression [J].Crit Rev Oncol Hematol,2012,82(3):296-309.

[11] Fridlender ZG,Sun J,Kim S,etal.Polarization of tumor-associated neutrophil phenotype by TGF-beta:"N1" versus "N2" TAN [J].Cancer Cell,2009,16(3):183-194.

[12] Kadota K,Nitadori JI,Ujiie H,etal.Prognostic impact of immune microenvironment in lung squamous cell carcinoma:tumor-infiltrating CD10+Neutrophil/CD20+lymphocyte ratio as an independent prognostic factor [J].J Thorac Oncol,2015,10(9):1301-1310.

[13] Ning C,Li YY,Wang Y,etal.Complement activation promotes colitis-associated carcinogenesis through activating intestinal IL-1beta/IL-17A axis [J].Mucosal Immunol,2015,8(6):1275-1284.

[14] Wang W,Erbe AK,Hank JA,etal.NK cell-mediated antibody-dependent cellular cytotoxicity in cancer immunotherapy [J].Front Immunol,2015,6:368.

[15] Eruslanov EB,Bhojnagarwala PS,Quatromoni JG,etal.Tumor-associated neutrophils stimulate T cell responses in early-stage human lung cancer [J].J Clin Invest,2014,124(12):5466-5480.

[16] Sceneay J,Chow MT,Chen A,etal.Primary tumor hypoxia recruits CD11b+/Ly6Cmed/Ly6G+immune suppressor cells and compromises NK cell cytotoxicity in the premetastatic niche [J].Cancer Res,2012,72(16):3906-3911.

[17] Abe H,Morikawa T,Saito R,etal.In Epstein-Barr virus-associated gastric carcinoma a high density of CD66b-positive tumor-associated neutrophils is associated with intestinal-type histology and low frequency of lymph node metastasis [J].Virchows Arch,2016,468(5):539-548.

[18] Lopez-Lago MA,Posner S,Thodima VJ,etal.Neutrophil chemokines secreted by tumor cells mount a lung antimetastatic response during renal cell carcinoma progression [J].Oncogene,2013,32(14):1752-1760.

[19] Swierczak A,Mouchemore KA,Hamilton JA,etal.Neutrophils:important contributors to tumor progression and metastasis [J].Cancer Metastasis Rev,2015,34(4):735-751.

[20] Antonio N,Bonnelykke-Behrndtz ML,Ward LC,etal.The wound inflammatory response exacerbates growth of pre-neoplastic cells and progression to cancer [J].Embo J,2015,34(17):2219-2236.

[21] Tanaka Y,Ito S,Isobe K.Vancomycin-sensitive bacteria trigger development of colitis-associated colon cancer by attracting neutrophils [J].Sci Rep,2016,6:23920.

[22] Liang W,Ferrara N.The complex role of neutrophils in tumor angiogenesis and metastasis [J].Cancer Immunol Res,2016,4(2):83-91.

[23] Houghton AM,Rzymkiewicz DM,Ji H,etal.Neutrophil elastase-mediated degradation of IRS-1 accelerates lung tumor growth [J].Nat Med,2010,16(2):219-223.

[24] Zea AH,Rodriguez PC,Atkins MB,etal.Arginase-producing myeloid suppressor cells in renal cell carcinoma patients:a mechanism of tumor evasion [J].Cancer Res,2005,65(8):3044-3048.

[25] Rodriguez PC,Zea AH,Culotta KS,etal.Regulation of T cell receptor CD3zeta chain expression by L-arginine [J].J Biol Chem,2002,277(24):21123-21129.

[26] Rotondo R,Barisione G,Mastracci L,etal.IL-8 induces exocytosis of arginase 1 by neutrophil polymorphonuclears in nonsmall cell lung cancer [J].Int J Cancer,2009,125(4):887-893.

[27] Gungor N,Knaapen AM,Munnia A,etal.Genotoxic effects of neutrophils and hypochlorous acid [J].Mutagenesis,2010,25(2):149-154.

[28] Satpathy SR,Jala VR,Bodduluri SR,etal.Crystalline silica-induced leukotriene B4-dependent inflammation promotes lung tumour growth [J].Nat Commun,2015,6:7064.

[29] 王 健，韓忠燕，周 娜.CXCL8及其受體CXCR1、CXCR2在慢性乙肝患者外周血PMNs中的表達 [J].中國免疫學雜志,2015,31(3):375-379.

Wang J,Han ZY,Zhou N. Expression of CXCL8 and its receptors (CXCR1 and CXCR2) in peripheral blood neutrophils of chronic hepatitis B[J].Chin J Immunol,2015,31(3):375-379.

[30] Dumitru CA,Bankfalvi A,Gu X,etal.Neutrophils activate tumoral CORTACTIN to enhance progression of orohypopharynx carcinoma [J].Front Immunol,2013,4:33.

[31] Gaida MM,Steffen TG,Gunther F,etal.Polymorphonuclear neutrophils promote dyshesion of tumor cells and elastase-mediated degradation of E-cadherin in pancreatic tumors [J].Eur J Immunol,2012,42(12):3369-3380.

[32] Mayer C,Darb-Esfahani S,Meyer AS,etal.Neutrophil granulocytes in ovarian cancer-induction of epithelial-to-mesenchymal-transition and tumor cell migration [J].J Cancer,2016,7(5):546-554.

[33] Strell C,Lang K,Niggemann B,etal.Neutrophil granulocytes promote the migratory activity of MDA-MB-468 human breast carcinoma cells via ICAM-1 [J].Exp Cell Res,2010,316(1):138-148.

[34] Huh SJ,Liang S,Sharma A,etal.Transiently entrapped circulating tumor cells interact with neutrophils to facilitate lung metastasis development [J].Cancer Res,2010,70(14):6071-6082.

[35] Tazzyman S,Niaz H,Murdoch C.Neutrophil-mediated tumour angiogenesis:subversion of immune responses to promote tumour growth [J].Semin Cancer Biol,2013,23(3):149-158.

[36] Deryugina EI,Zajac E,Juncker-Jensen A,etal.Tissue-infiltrating neutrophils constitute the major in vivo source of angiogenesis-inducing MMP-9 in the tumor microenvironment [J].Neoplasia,2014,16(10):771-788.

[37] Galdiero MR,Garlanda C,Jaillon S,etal.Tumor associated macrophages and neutrophils in tumor progression [J].J Cell Physiol,2013,228(7):1404-1412.