腫瘤糖酵解與腫瘤免疫微環(huán)境關(guān)系的研究進展△

王娜，周亞麗，宋飛雪，關(guān)泉林

1蘭州大學第一臨床醫(yī)學院，蘭州 730000

2蘭州大學第二醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，蘭州 730000

3蘭州大學第二臨床醫(yī)學院，蘭州 730000

4蘭州大學第一醫(yī)院腫瘤外科，蘭州 730000

隨著對腫瘤研究的深入，越來越多的學者認為，腫瘤是免疫逃逸的結(jié)果?；诖?，目前的研究方向主要為腫瘤代謝和腫瘤免疫微環(huán)境的關(guān)系。腫瘤細胞在代謝過程中會產(chǎn)生乳酸、消耗能量導致低氧等，從而構(gòu)建一個免疫抑制的微環(huán)境，抑制免疫反應(yīng)、促進免疫逃逸，為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲及轉(zhuǎn)移等提供了條件。同時，免疫微環(huán)境中的免疫抑制因子及免疫細胞也為腫瘤的生長奠定了基礎(chǔ)，因此，進一步明確腫瘤代謝與腫瘤免疫微環(huán)境間的關(guān)系可以為抗腫瘤治療提供一定的參考。

1 腫瘤代謝

1.1 正常組織的代謝

能量代謝是指物質(zhì)在代謝過程中所伴隨的能量產(chǎn)生、釋放、轉(zhuǎn)移、貯存和利用的過程。組織細胞的能量主要來自葡萄糖的轉(zhuǎn)化。在氧氣充足的條件下，葡萄糖徹底氧化為水和二氧化碳的過程稱為有氧氧化，是糖氧化的主要方式，也是大多數(shù)細胞獲得能量的主要過程。在無氧條件下，葡萄糖或糖原分解為乳酸，伴有能量的產(chǎn)生過程，稱為無氧糖酵解。

1.2 腫瘤組織的代謝

腫瘤細胞的代謝不同于正常細胞，其特征之一是可以廣泛攝取營養(yǎng)，從而適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，即使在氧氣充足的條件下，仍以糖酵解作為主要的產(chǎn)能方式，這就是Warburg效應(yīng)[1]。雖然糖酵解產(chǎn)能效率低，僅產(chǎn)生2個ATP，但其產(chǎn)能速度快，產(chǎn)生ATP的速度比氧化磷酸化快一百多倍；同時，糖酵解還能提供多種大分子物質(zhì)，滿足腫瘤細胞對能量和物質(zhì)的需求；此外，腫瘤細胞有氧糖酵解可再生還原分子NAD+，是三羧酸循環(huán)進入糖酵解或其他細胞必需的代謝通路[2]。

2 腫瘤微環(huán)境與腫瘤免疫微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境是腫瘤細胞發(fā)生、發(fā)展的土壤，由內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境組成，在內(nèi)外環(huán)境共同作用下，腫瘤細胞可以生長轉(zhuǎn)移[3]。腫瘤微環(huán)境不僅為腫瘤細胞的存活提供相對適宜的環(huán)境，同時腫瘤細胞與腫瘤微環(huán)境間的相互作用也會加速腫瘤惡化，增強腫瘤細胞的侵襲力[4-6]。也有研究表明，腫瘤微環(huán)境對腫瘤細胞及某些特定器官的生長或侵襲發(fā)揮著重要作用[7]。

腫瘤發(fā)生后，腫瘤細胞與免疫系統(tǒng)不斷地相互作用，逐漸獲得了免疫逃逸[8]。隨著臨床對免疫系統(tǒng)的深入了解以及免疫治療逐漸應(yīng)用于臨床，有學者再次提出了腫瘤免疫微環(huán)境的概念。腫瘤免疫微環(huán)境指腫瘤在發(fā)生、發(fā)展過程中與腫瘤微環(huán)境中免疫細胞的浸潤、修飾、逃避的關(guān)系，也就是由腫瘤細胞、免疫細胞及細胞因子等構(gòu)成的微環(huán)境，也有學者解釋為腫瘤微環(huán)境中免疫浸潤細胞的空間組織和豐度[9-10]。目前，腫瘤免疫微環(huán)境已成為重要的治療靶點，其中程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）/程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）信號通路尤為引人關(guān)注[11]。

腫瘤免疫微環(huán)境不僅包括腫瘤細胞本身，還包括多種腫瘤浸潤的免疫細胞，如T細胞（70%～80%）、B細胞（10%～20%）、巨噬細胞（5%～10%）、自然殺傷（natural killer，NK）細胞、樹突狀細胞、成纖維細胞和炎性細胞等[12]。這些細胞主要發(fā)揮免疫監(jiān)視、抗腫瘤作用，但在某些條件下，免疫調(diào)控會失去平衡，上述細胞會發(fā)生免疫逃逸，促進腫瘤的發(fā)生。

T淋巴細胞是人體重要的免疫細胞，對維持機體的免疫平衡有重要作用，但腫瘤細胞可通過各種原因?qū)е耇淋巴細胞功能被破壞，從而使免疫監(jiān)控和殺傷能力喪失，這種情況往往被稱為腫瘤免疫逃逸。腫瘤免疫細胞中，CD8+T細胞發(fā)揮重要的抗腫瘤作用，但腫瘤介導的T細胞耗竭可以抑制CD8+T細胞發(fā)揮細胞毒性作用，從而導致免疫抑制[13]。研究腫瘤浸潤T細胞表型的轉(zhuǎn)換機制，尤其是發(fā)揮正常功能的效應(yīng)T細胞轉(zhuǎn)化為耗竭性T細胞的過程，可幫助了解腫瘤的免疫抑制機制，為腫瘤的免疫治療提供方向。

在腫瘤免疫微環(huán)境中，還存在著一種重要的免疫細胞——腫瘤相關(guān)巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM），TAM是腫瘤免疫微環(huán)境中數(shù)量最多的免疫細胞，可以分泌多種細胞因子，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，但隨著腫瘤細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移，TAM發(fā)揮著雙刃劍的作用，根據(jù)巨噬細胞的活化類型及其在微環(huán)境中作用的不同，TAM可分為M1型和M2型，M1型巨噬細胞具有殺傷腫瘤細胞的作用，M2型巨噬細胞則具有促進腫瘤細胞生長的作用[14]。

NK細胞也是機體重要的免疫細胞，是除T細胞、B細胞外的第三大類淋巴細胞，約占血液中所有免疫細胞的15%，與機體其他多種免疫細胞相互作用，共同調(diào)節(jié)機體的免疫狀態(tài)和免疫功能。NK細胞不但可以分泌腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）和白細胞介素-12（interleukin-12，IL-12）等多種細胞因子來增強機體的抗腫瘤免疫作用，還可以通過死亡受體介導的靶細胞凋亡和抗體依賴性細胞介導的細胞毒作用（antibody dependent cell mediated cytotoxicity，ADCC）發(fā)揮腫瘤殺傷作用。目前認為，腫瘤細胞可通過腫瘤微環(huán)境中基質(zhì)細胞等分泌免疫抑制因子，如誘導自然殺傷細胞2族成員D配體（natural killer group 2 member D ligand，NKG2DL）的表達，來下調(diào)NK細胞表面受體的表達，從而逃避NK細胞的攻擊[15]。

樹突狀細胞為目前己知功能最強的抗原提呈細胞，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，腫瘤微環(huán)境中浸潤的樹突狀細胞多，則患者的免疫反應(yīng)好，預后相對較好。腫瘤微環(huán)境中存在多種抑制性細胞因子，可形成免疫抑制微環(huán)境，作用于樹突狀細胞后可抑制樹突狀細胞的抗原呈遞功能，進而導致機體的免疫耐受，促進腫瘤逃逸。因此若通過調(diào)節(jié)微環(huán)境中的免疫因子的表達來增強樹突狀細胞的抗腫瘤效應(yīng)，并優(yōu)化樹突狀細胞的免疫治療，激活機體免疫系統(tǒng)，可發(fā)揮腫瘤免疫治療的作用[16]。

在腫瘤免疫微環(huán)境中，除腫瘤細胞、免疫相關(guān)細胞外，還存在腫瘤相關(guān)成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞等非免疫細胞，它們在維持腫瘤微環(huán)境的平衡方面發(fā)揮著重要作用。成纖維細胞主要來源于胰腺和肝臟組織中的成纖維細胞或星狀細胞，其他細胞如髓間充質(zhì)干細胞、脂肪細胞等可受腫瘤源性刺激的影響而轉(zhuǎn)化為成纖維細胞。成纖維細胞的主要作用是促進腫瘤的發(fā)生，但部分情況下也可發(fā)揮抗腫瘤作用。成纖維細胞是腫瘤微環(huán)境的核心成分，不僅可與腫瘤細胞相互作用，也可以影響腫瘤微環(huán)境的其他成分（如細胞外基質(zhì)和免疫浸潤），因此成纖維細胞也可能作為抗腫瘤治療的靶點[17]。

腫瘤血管是腫瘤營養(yǎng)物質(zhì)來源及輸送的重要通道，腫瘤血管生成在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要的促進作用，腫瘤微環(huán)境可調(diào)控腫瘤血管生成，從而抑制腫瘤細胞的生長和轉(zhuǎn)移[18]，而血管內(nèi)皮細胞作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，在腫瘤細胞轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮了重要的輔助作用，且不易產(chǎn)生耐藥性，因此人們將血管生成作為抗腫瘤治療的靶點，尤其在聯(lián)合治療方面，是一個非常重要的治療手段[19]。

3 腫瘤代謝對腫瘤免疫微環(huán)境的影響

腫瘤的代謝與腫瘤免疫微環(huán)境之間互相影響、互相作用。腫瘤的代謝以糖酵解為主，糖酵解產(chǎn)生的乳酸堆積會導致腫瘤免疫微環(huán)境處于酸性狀態(tài)，同時腫瘤細胞的生長需要消耗大量的能量，也可導致腫瘤免疫微環(huán)境處于低氧、低能的狀態(tài)，這種低氧、低能、低pH值的微環(huán)境對人體的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響，可影響T細胞功能，促進腫瘤細胞的免疫逃逸，促進腫瘤細胞的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。同時，腫瘤代謝過程中會產(chǎn)生免疫抑制因子，改變免疫細胞的功能，使腫瘤微環(huán)境處于免疫抑制狀態(tài)，進一步加速了腫瘤的發(fā)生。既往Cell雜志發(fā)表的文章曾提出了一種可能，即可以通過調(diào)控腫瘤代謝來提高腫瘤內(nèi)的免疫細胞功能、抑制糖酵解酶的表達，從而減弱腫瘤細胞的糖酵解，使腫瘤微環(huán)境中的葡萄糖水平恢復正常，激活T細胞活性，發(fā)揮抗腫瘤作用。因此，可通過抑制腫瘤的糖酵解來增強T淋巴細胞的腫瘤排斥反應(yīng)[20]。

4 免疫微環(huán)境對腫瘤代謝的影響

腫瘤的免疫微環(huán)境為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展提供了豐富的土壤和營養(yǎng)，在免疫微環(huán)境中，免疫細胞處于抑制狀態(tài)，腫瘤微環(huán)境常呈酸性，除可強烈抑制NK細胞的細胞毒作用外，還可抑制IL-2對活化的淋巴因子激活的殺傷（lymphokine-activated killer，LAK）細胞的增殖作用及相應(yīng)黏附分子的增長。與調(diào)節(jié)細胞毒過程有關(guān)的細胞因子的產(chǎn)生與分泌也會受到酸性微環(huán)境的影響；此外，在酸性環(huán)境下，效應(yīng)細胞的代謝活性也會明顯降低[21]。

細胞外乳酸的累積對腫瘤細胞的新陳代謝和非腫瘤細胞向腫瘤細胞轉(zhuǎn)化均有重要影響。乳酸對腫瘤促進作用包括阻斷單核細胞及T細胞的分化和激活。研究表明，乳酸可以通過缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）依賴機制促進血管內(nèi)皮生長因子的分泌和M2型巨噬細胞的極化，而極化的M2型巨噬細胞分泌的精氨酸酶1可向腫瘤細胞發(fā)出信號，促進腫瘤細胞的生長。

低氧微環(huán)境可以通過改變腫瘤細胞的代謝方式、誘導腫瘤細胞代謝的適應(yīng)性變化、調(diào)節(jié)腫瘤細胞中復雜的信號通路[如缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）、磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphoinositide 3-kinases，PI3K）、促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）]、誘發(fā)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程來提高血管生成能力和基質(zhì)金屬蛋白酶的生成[22]。低氧環(huán)境還有利于腫瘤新生血管生成，也有助于通過上調(diào)HIF-1α的表達來進一步誘導糖酵解[23]。HIF-1α可作為調(diào)控因子和信號轉(zhuǎn)導分子參與EMT過程，促進腫瘤細胞的侵襲轉(zhuǎn)移，如HIF-1α可以上調(diào)snail的表達、抑制E-鈣黏蛋白的活性從而促進非小細胞肺癌的EMT過程[24]。還有研究表明，HIF-1α也可以參與Twist信號通路誘導EMT過程，促進結(jié)腸癌細胞的遠處轉(zhuǎn)移[25]。此外，低氧對T細胞的合成和功能至關(guān)重要，在細胞和動物模型中發(fā)現(xiàn)，低氧可以抑制T細胞增殖，改善荷瘤小鼠的缺氧環(huán)境可以增加T細胞浸潤、上調(diào)促炎細胞的因子表達、抑制腫瘤細胞的生長、提高小鼠存活率[26]。

相關(guān)研究表明，在前列腺癌的治療中，增加腫瘤免疫微環(huán)境中的M2型巨噬細胞的浸潤、抑制樹突狀細胞的表達、上調(diào)免疫抑制細胞因子水平等均可以提高免疫治療的療效[27]。此外，在前列腺癌中，隨著藥物治療過程中腫瘤細胞的暴露增加，腫瘤微環(huán)境也隨之發(fā)生變化，使腫瘤微環(huán)境進一步向免疫抑制環(huán)境“進化”，這在一定程度解釋了目前已發(fā)表研究中前列腺癌免疫治療客觀緩解率（objective response rate，ORR）低的原因[28]。通過改變腫瘤免疫微環(huán)境來調(diào)節(jié)免疫細胞功能，從而達到抗腫瘤治療的目的，這為抗腫瘤治療提供了一種新思路。

了解腫瘤微環(huán)境中復雜的代謝作用不僅可以有助于研究腫瘤的發(fā)生發(fā)展機制，還可以通過調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)免疫細胞的功能來控制腫瘤[29]。已有研究表明，腫瘤細胞的快速增殖限制了T細胞獲取葡萄糖，可以促使T細胞代謝通路的轉(zhuǎn)換，使其將侵襲性實體腫瘤中存活的CD8+T細胞的葡萄糖代謝通路轉(zhuǎn)變?yōu)橹|(zhì)代謝[30]，但這種轉(zhuǎn)變在實體腫瘤的生長過程中并不常見。腫瘤代謝與腫瘤免疫微環(huán)境的平衡決定了腫瘤的發(fā)生發(fā)展，通過改變腫瘤代謝過程中關(guān)鍵酶和限速酶的功能，以及免疫微環(huán)境中免疫細胞的功能狀態(tài)，抑制腫瘤的發(fā)生，這也將是目前及未來研究的重要方向[31-32]。

5 小結(jié)與展望

目前關(guān)于腫瘤免疫微環(huán)境與腫瘤代謝的相互關(guān)系尚在初步研究階段，根據(jù)理論及機制推論，若抑制糖酵解過程中的關(guān)鍵酶的表達，可以改變腫瘤代謝過程、抑制糖酵解，從而改變腫瘤免疫微環(huán)境中的代謝物質(zhì)、酸堿度及免疫細胞的數(shù)量和種類，或可提高免疫微環(huán)境中免疫細胞活性，從而抑制免疫逃逸。目前PD-1、PD-L1抑制劑可以提高多種腫瘤的療效，且與抗血管生成藥物或化療聯(lián)合的效果更好；與糖酵解過程中關(guān)鍵酶抑制劑，如草氨酸鹽、檸檬酸鈉、3-溴丙酮等聯(lián)合，也可以提高療效，這也將成為今后的研究熱點，雖然目前免疫檢查點抑制劑應(yīng)用廣泛，但臨床應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，免疫檢查點抑制劑單藥的療效已經(jīng)達到了限制，開始向聯(lián)合治療的方向發(fā)展，以期提高免疫治療的療效，盡可能降低免疫治療出現(xiàn)假性進展、超進展的風險。

近年來，免疫治療廣泛應(yīng)用于臨床多個腫瘤的治療，但免疫治療單藥也存在多種問題，如起效慢、假性進展、超進展、耐藥及療效受限等，因此多種腫瘤采用了聯(lián)合治療方案，如免疫治療聯(lián)合化療、免疫治療聯(lián)合抗血管治療、雙免治療等，目的均是通過協(xié)同作用延長患者的無進展生存期、總生存期等；同時，不良反應(yīng)也是臨床關(guān)注的重點，藥物增多必然會增加不良反應(yīng)，因此臨床聯(lián)合治療時應(yīng)重點關(guān)注如何聯(lián)合可以提高療效，又可以盡量控制不良反應(yīng)發(fā)生情況。

腫瘤的代謝也已經(jīng)進行了多年的研究，從發(fā)現(xiàn)腫瘤代謝與正常組織代謝的不同，到開始研究腫瘤代謝中關(guān)鍵酶的抑制及激活對腫瘤細胞的影響，糖酵解過程中關(guān)鍵酶抑制劑還未廣泛應(yīng)用于臨床，但基礎(chǔ)研究中已經(jīng)有很多充分的證據(jù)，如抑制其糖酵解酶的表達可以促進腫瘤細胞的凋亡，影響腫瘤微環(huán)境，進一步影響部分免疫細胞，提高其免疫反應(yīng)，增強其抗腫瘤效應(yīng)，因此，如2-脫氧葡萄糖、二氯乙酸、氯尼達明、3-溴丙酮酸及檸檬酸鈉等糖酵解酶抑制劑能應(yīng)用于臨床，可能為抗腫瘤治療帶來新的方向，且后期如何與PD-1、PD-L1、細胞毒T淋巴細胞相關(guān)抗原1等免疫治療聯(lián)合應(yīng)用，均是今后研究的熱點，目前一些基礎(chǔ)實驗逐漸開展，若可以取得陽性結(jié)果，然后逐漸應(yīng)用于臨床，為患者提供更好的治療方案，是臨床今后的研究方向。