肿瘤微环境一览

除恶性细胞外，TME还包括免疫系统、肿瘤血管和淋巴管的细胞，以及成纤维细胞、周细胞，有时还包括脂肪细胞，下文将对此进行详细讨论。这些细胞通常通过细胞类型特异性标记物来区分，这些标记物通常是细胞表面分子。乔伊斯和波拉德对其中的一些内容进行了极好的总结(乔伊斯和波拉德，2009年)，下面将详细介绍一些常用且信息量最大的标记。

TME内有许多不同的T细胞群浸润肿瘤区域、浸润肿瘤边缘和引流淋巴器官。其中，细胞毒性CD8+记忆性T细胞（CD8⁺CD45RO公司⁺)通常是“经验丰富”的抗原，能够杀死肿瘤细胞，与良好的预后密切相关(Fridman等人，2012年). CD8（CD8）⁺T细胞由CD4支持⁺辅助T细胞1（TH1），其特征是产生细胞因子白细胞介素-2（IL-2）和干扰素γ（IFN-γ）；TME中的大量这些也与良好的预后相关(Fridman等人，2012年). 其他CD4⁺细胞群，如产生IL-4、IL-5和IL-13的TH2细胞支持B细胞反应，或产生IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22的TH17细胞支持抗菌组织炎症，通常被认为促进肿瘤生长(Fridman等人，2012年)尽管它们也与良好的结果相关，如乳腺癌中的TH2细胞(Yoon等人，2010年)和TH17细胞在食管癌中的表达(Lv等人，2011年). CD4⁺最常被描述为促进肿瘤的T细胞是免疫抑制性T调节细胞（Tregs），其特征是表达FOXP3和CD25(谢等人，2012年). 组成和诱导的Tregs通过产生IL-10、转化生长因子β（TGF-β）和细胞毒性T淋巴细胞抗原4（CTLA4）的细胞介导接触发挥免疫抑制功能，抑制免疫系统对肿瘤细胞的识别和清除(坎贝尔和科赫，2011年). TME中大量Tregs与多种癌症的预后较差相关(Bates等人，2006年;Curiel等人，2004年;Hiraoka等人，2006年). Tregs也可以像某些B细胞癌一样抑制肿瘤；它们在霍奇金淋巴瘤中的存在与良好的预后相关，可能是通过直接抑制肿瘤细胞生长(Fozza和Longinotti，2011年;Koreishi等人，2010年;Tzankov等人，2008年).

γδT淋巴细胞具有先天性免疫细胞而非适应性免疫细胞的一些特征，并对包括癌症干细胞在内的多种恶性细胞表现出强大的细胞毒活性(Gomes等人，2010年;Hannani等人，2012年). 尽管实验性动物癌症研究表明它们具有免疫监视活性，但尚不确定TME中γδT细胞的存在是否反映了良好的预后。

B细胞可以在肿瘤的侵袭边缘发现，但在引流淋巴结和邻近TME的淋巴结构中更常见。B细胞浸润TME与一些乳腺癌和卵巢癌的良好预后相关(Coronella等人，2001年;Milne等人，2009年); 然而，这与小鼠模型相反，在小鼠模型中，B细胞抑制肿瘤特异性细胞毒性T细胞反应(秦等，1998). 最近的数据支持皮肤癌基因小鼠模型中B细胞和免疫球蛋白沉积的促肿瘤作用(Andreu等人，2010年;de Visser等人，2005年). 产生IL-10的B细胞的免疫抑制群体，称为调节性B细胞（Bregs）或B10细胞(Mauri和Bosma，2012年)，在炎症诱导的皮肤癌中增加肿瘤负担并抑制肿瘤特异性免疫反应(Schioppa等人，2011年)在小鼠乳腺癌模型中也有利于肺转移(Olkhanud等人，2011年). Bregs还通过抗CD20抗体抑制淋巴瘤小鼠模型中肿瘤细胞的清除(Horikawa等人，2011年). 然而，这些影响都不是由于啤酒渗入TME造成的；相反，它们似乎影响周围淋巴组织或引流淋巴结中的其他免疫细胞(Schioppa等人，2011年)以及调节髓细胞的活性(Andreu等人，2010年). B细胞和啤酒在人类癌症中是否有类似作用尚待确定。

天然细胞毒性淋巴细胞、自然杀伤（NK）细胞和自然杀伤T（NKT）细胞也浸润肿瘤基质，但未与肿瘤细胞接触。对于许多癌症，如结直肠癌、胃癌、肺癌、肾癌和肝癌，它们似乎预示着良好的预后(Tachibana等人，2005年). 然而，尽管它们存在于TME中，NK细胞可能无法发挥其肿瘤杀伤功能。许多研究报告，肿瘤基质中的NK细胞具有由恶性细胞衍生转化生长因子β（TGF-β）诱导的无能表型(Fridman等人，2012年).

肿瘤相关巨噬细胞（TAM）在大多数人类和实验性小鼠癌症中大量存在，其活性通常是致癌的(钱和波拉德，2010年). 根据Condeelis和Pollard的说法，TAM是恶性细胞迁移、侵袭和转移的必然伙伴(Condeelis和Pollard，2006年). 大多数TAM都有IL-10^高的，IL-12^低的甘露糖受体和清道夫受体A类（SR-A，也称为SCARA）表达的表型(Biswas和Mantovani，2010年;曼托瓦尼，2011年;Mantovani等人，2002年). 临床前和临床证据表明，TME中大量TAM与预后不良有关(Bingle等人，2002年). 此外，滤泡性淋巴瘤的基因阵列研究表明，与强“巨噬细胞”特征相关的基因的表达导致预后不良，与其他临床变量无关(Dave等人，2004年).

巨噬细胞是肿瘤血管生成的主要贡献者(Lin等人，2006年;2009年，祖姆斯特格和克里斯托弗利). TAM高密度寡核苷酸阵列的转录谱分析表明，它们在编码血管生成分子的转录物中高度富集(Ojalvo等人，2010年). TAM转录组与现有临床数据库的比较表明，这些转录特征可以预测生存率(Ojalvo等人，2010年;Zabuawala等人，2010年).

巨噬细胞和肿瘤微环境之间的双向相互作用形成了它们的表型和对环境条件的反应。肿瘤缺氧是重要的，因为许多TAM积聚在肿瘤的缺氧和/或坏死区域。据认为，这些区域通过释放低氧诱导的化学吸引物来吸引TAM，如血管内皮生长因子（VEGF）、内皮素和内皮-单核细胞激活多肽II（EMAP2，也称为AIMP1）(默多克等人，2004年). 一种独特的低氧诱导的促血管生成人类巨噬细胞表型已被鉴定(Burke等人，2002年;怀特等人，2004年).

髓源性抑制细胞（MDSC）目前被定义为在多种小鼠和人类癌症中数量增加的抑制性免疫细胞群(Gabrilovich等人，2012年;Sica和Bronte，2007年). 人类骨髓增生异常综合征细胞的特征很难确定，因为它们的表型变化很大。事实上，他们甚至可以区分为TAM(Kusmartsev等人，2005年;Kusmartsev等人，2004年). 小鼠和人类MDSC抑制CD8⁺通过一氧化氮合酶2（NOS2）和精氨酸酶（ARG1）的表达激活T细胞(Bronte等人，2003年). 它们还诱导Tregs的发育(Huang等人，2006年)巨噬细胞极化为TAM样表型(Sinha等人，2007年).

树突状细胞（DC）在抗原处理和呈递中具有重要功能(Gabrilovich等人，2012年). TME中发现的DC被认为是有缺陷的，也就是说，它们不能充分刺激对肿瘤相关抗原的免疫反应。TME的缺氧和炎症微环境进一步损害DC功能以激活免疫功能，一些DC被发现抑制肿瘤部位的T细胞反应。最近的两项研究将ZBTB46指定为一种新的转录因子，在所有经典人类和小鼠DC中特异表达(Meredith等人，2012年;Satpathy等人，2012年). 这项工作表明，树突状细胞是一种独特的免疫细胞谱系，将有助于我们理解TME中的树突状病毒。

肿瘤相关中性粒细胞（TAN）对原发性肿瘤生长和转移的作用存在一些争议。有证据表明中性粒细胞在小鼠肿瘤模型中促进原发性肿瘤生长(Pekarek等人，1995年)并通过促进血管生成产生促肿瘤效应(Nozawa等人，2006年;Shojaei等人，2008年)，增加细胞外基质（ECM）的降解(De Larco等人，2004年)和免疫抑制(Youn和Gabrilovich，2010年). 此外，CD11b+骨髓源性细胞是一种异质性髓细胞群体，与转移前肺的启动和循环肿瘤细胞的增强接种有关(Erler等人，2009年;Yan等人，2010年). 相比之下，这些细胞的抗肿瘤功能在免疫学检查后被观察到(Hicks等人，2006年)或细胞因子激活(科伦坡等人，1992年). 在这些条件下，中性粒细胞可以积极清除播散的肿瘤细胞(Granot等人，2011年)以及通过抑制TGF-β间接(Fridlender等人，2009年).

当组织受到损伤时，住宅成纤维细胞在旁分泌信号的作用下分化为肌成纤维细胞(李和王，2011年). 肌成纤维细胞的诱导也会导致器官纤维化，从而增加癌症发生的风险(Desmoulière等人，2004年;Radisky等人，2007年). 肌成纤维细胞在许多TME中大量存在，也称为癌相关成纤维细胞（CAF）(Sugimoto等人，2006年). CAF可来源于多种常驻前体细胞，如内皮细胞、平滑肌细胞、肌上皮细胞或间充质干细胞(Brittan等人，2002年;Spaeth等人，2009年;Tomasek等人，2002年;Willis等人，2006年).

CAF分泌生长因子，如EGF家族成员肝细胞生长因子（HGF）、成纤维细胞生长因子和胰岛素样生长因子1（IGF1），这些因子对恶性细胞具有促有丝分裂作用(Brittan等人，2002年;Spaeth等人，2009年;Tomasek等人，2002年;Willis等人，2006年). 来自成纤维细胞的TGF-β诱导恶性细胞的上皮-间充质转化（EMT），并有助于免疫抑制微环境(Erez等人，2010年). 成纤维细胞产生的CXCL12趋化因子可以促进恶性细胞的生长和存活，并且具有趋化特性，可以刺激其他类型的基质细胞及其祖细胞迁移到TME中(Orimo等人，2005年). 在皮肤、乳腺和胰腺肿瘤的小鼠模型中，CAF表达促炎基因特征，这有助于通过增强新生血管和免疫细胞募集来支持肿瘤生长(Orimo等人，2005年). 当转录因子NF-κB受到抑制时，这些促肿瘤作用被消除，这表明在基质细胞中，这种炎症信号通路在肿瘤进展中具有重要作用(Erez等人，2010年). 成纤维细胞对TME组成的另一个主要贡献是它们分泌ECM成分和ECM重塑酶(Erez等人，2010年).

在一些癌症中，CAF排列在纤维血管核心内，这些纤维血管核心贯穿肿瘤肿块，而在其他癌症中，它们以致密的促结缔组织增生性基质包围恶性细胞，这些基质可以占据大部分空间，从而限制抗癌药物到达恶性细胞靶点的能力。肿瘤浸润前沿常可见CAF密度增加(Erez等人，2010年).

最近的一项研究调查了在荷瘤小鼠中删除成纤维细胞标志物成纤维细胞活化蛋白-α（FAP）阳性细胞的影响(Kraman等人，2010年). 这些细胞的耗尽诱导了由IFN-γ和TNF-α介导的肿瘤坏死，作者还表明FAP-阳性TME细胞是免疫抑制的重要介质(Kraman等人，2010年).

在一些癌症中，例如转移到网膜的腹腔内肿瘤，脂肪细胞通过分泌脂肪因子积极帮助恶性细胞的招募，并通过提供脂肪酸作为癌细胞的燃料来促进恶性细胞的生长(Nieman等人，2011年).

TME中存在许多可溶性因子，如VEGFs、FGFs、血小板衍生生长因子（PDGFs）和趋化因子，在肿瘤生长所需的新生血管形成过程中刺激内皮细胞及其相关周细胞(Carmeliet和Jain，2011年). 当静止的血管感应到来自恶性或炎症细胞的血管生成信号时，或者由于TME中的缺氧条件，血管生成被刺激，新血管从现有的血管系统中萌芽(Carmeliet和Jain，2011年). 肿瘤血管系统在其结构和功能的几乎每个方面都异常(Jain，2005年). 例如，血管是不均匀的，分支结构混乱，管腔不均匀，并且有泄漏。血管的泄漏提高了间质流体压力，导致TME中的血流、氧合、营养和药物分布不均匀。这反过来又会增加缺氧并促进转移。VEGF（也称为VEGFA）是TME中的主要血管生成因子，由恶性细胞和炎性白细胞产生；然而，晚期肿瘤可以产生一系列其他血管生成因子来替代VEGF(Carmeliet和Jain，2011年).

血管周围基质细胞，即周细胞，是肿瘤血管系统的组成部分，为血管提供结构支持(Armulik等人，2011年). 临床研究，例如膀胱癌和结直肠癌(O'Keeffe等人，2008年;Yonenaga等人，2005年)提示血管周细胞覆盖率低与预后不良和转移增加有关。最近的一项研究解释了周细胞覆盖与预后不良的关系，在小鼠遗传模型中周细胞耗竭抑制了原发性肿瘤的生长，但增加了缺氧、EMT和MET受体的激活(Cooke等人，2012年). 在这些小鼠实验中，周细胞耗竭也增强了转移，作者进一步表明，低周细胞覆盖率加上MET受体的激活与侵袭性乳腺癌女性的不良预后相关(Cooke等人，2012年). 因此，肿瘤血管“正常”周细胞覆盖率可能是转移的关键负调控因子。

肿瘤通过产生VEGFC或VEGFD驱动淋巴管生成或淋巴增生(Alitalo，2011年). 尽管肿瘤细胞可以侵入现有的淋巴管，但如果恶性细胞或巨噬细胞分泌高水平的VEGFC或VEGFD，TME将有广泛的淋巴管出芽、收集淋巴管增大和淋巴结淋巴管生成。TME中的淋巴内皮细胞及其形成的淋巴管在恶性细胞的传播中具有重要作用，有新证据表明，它们还通过机械调节TME和改变宿主对肿瘤的免疫反应来影响癌症的进展(斯瓦茨和隆德，2012年).

ECM不仅为TME中的所有细胞提供了一个物理支架，而且在癌症的进化和扩散中也起着动态作用，特别是因为细胞与ECM的粘附是其移出和进入TME的关键。ECM还包含关键生长因子，如血管生成因子和趋化因子，它们与细胞表面受体相互作用，赋予每个组织拉伸、压缩强度和弹性[参见ECM上最近的海报文章(Frantz等人，2010年)]. 由于CAF增加ECM沉积，肿瘤通常比周围正常组织更坚硬(Weigelt和Bissell，2008年). 胶原蛋白和弹性蛋白纤维被存在于TME中的赖氨酰氧化酶（LOX）和谷氨酰胺转胺酶重新定向和交联，从而形成更大、更硬的纤维(Levental等人，2009年). 降解ECM蛋白的基质金属蛋白酶（MMP）由恶性细胞、TAM和CAF分泌和激活。基质金属蛋白酶进一步重塑ECM，从而释放趋化因子、生长因子和血管生成因子。TME细胞中上调的其他蛋白酶包括一大家族半胱氨酸蛋白酶，组织蛋白酶。例如，组织蛋白酶L处理并激活乙酰肝素酶，从而帮助转移、血管生成和炎症(Edovitsky等人，2004年;Lerner等人，2011年).

尽管如上所述，TME的组成可能存在异质性，但许多TME的共同特征表明，靶向存在的细胞或其通讯介质可以应用于不同的肿瘤类型，也可以补充其他治疗方案。事实上，抗CTLA4抗体和其他免疫治疗方法的临床试验正在几种晚期癌症中进行(Mellman等人，2011年). 血管生成抑制剂以及影响VEGF信号通路的多靶点酪氨酸激酶抑制剂已被批准用于多种人类癌症的临床治疗(Carmeliet和Jain，2011年).

有多种临床前和临床方法旨在消除或重新编程TME中的髓样细胞（由Gabrilovich等人，2012年). 肿瘤细胞外基质也可能是一个靶点，尤其是通过增加肿瘤药物的获取来增加肿瘤对化疗的反应(Provenzano等人，2012年). 最后，我们对癌症相关炎症的理解已经达到了一个程度，我们的知识正在转化为临床试验，有时使用已经在炎症疾病研究中的药物，例如治疗性抗体(Balkwill和Mantovani，2010年;Hanahan和Coussens，2012年;Swartz等人，2012年).

TME的非恶性细胞可占原发性肿瘤及其转移瘤的50%以上，但其生物学和功能仍有许多尚未解决的问题。我们对TME在癌症进展和治疗过程中的演变知之甚少。现在很清楚，在血液系统癌症和实体瘤中，恶性细胞都存在达尔文进化论，导致单个肿瘤和不同转移部位的异质突变(Yap等人，2012年). 这引发了一些重要的问题，例如其他TME成分是否存在类似的异质性？转移瘤的TME与匹配的原发肿瘤的TME不同吗？TME的组成能被致癌突变所调节吗？当然，在乳腺癌中，恶性和基质基因表达特征都存在异质性(贝尔托斯和帕克，2011年). 目前还不清楚体内不同部位的肿瘤是否具有不同的TME组成，但我们确实知道，不同癌症之间的TME存在重要差异，无论是小鼠还是人类（例如。贝尔托斯和帕克，2011年). 此外，衰老的免疫系统可能具有更多促肿瘤表型。

尽管VEGF抑制剂，如贝伐单抗，延长了多种晚期人类癌症的无病期，但很难确定其对总体生存率的影响，主要是因为VEGF阻断所诱导的缺氧会在恶性细胞中启动更具侵袭性和转移性的程序。此外，TME也可能进化产生其他血管生成因子。因此，靶向TME也可能刺激癌症的进一步发展及其对治疗的抵抗力。

我们现在认识到，癌症化疗和放疗不仅针对恶性细胞，而且它们对TME的作用有助于治疗的成败。在小鼠癌症和临床试验中，有证据表明，当化疗引起一种能够刺激抗肿瘤免疫反应的细胞死亡时，化疗最为成功(Galluzzi等人，2012年). 相反，化疗会刺激固有细胞快速渗入受损的TME。因此，添加趋化因子和细胞因子受体拮抗剂或基质金属蛋白酶抑制剂可能会增加传统化疗的疗效和毒性(DeNardo等人，2011年;Nakasone等人，2012年).

TME在设计新的癌症治疗方案中的重要性现在显而易见。在癌症治疗期间针对TME的几个不同方面，可能会使我们达到一个“临界点”，即其促肿瘤和抑制免疫系统被禁用或重新编程，其混乱的血液供应被正常化或破坏，恶性细胞被破坏，新的抗原被重新唤醒的免疫系统识别。

我们感谢癌症和炎症中心的工作人员进行了富有成效的讨论，为海报插图奠定了基础。