前言

在過(guò)去的十年中，以CTLA-4和PD-1免疫檢查點(diǎn)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(shí)人們也逐步認(rèn)識(shí)到由于腫瘤微環(huán)境（TME）的免疫抑制特性誘導(dǎo)抗腫瘤免疫的失敗，導(dǎo)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(duì)TME功能的理解，TME的成分包括造血細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管和淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞，以及它們產(chǎn)生的周?chē)��?xì)胞外基質(zhì)和可溶性因子。

為了使我們的免疫系統(tǒng)清除惡性實(shí)體瘤，髓系和淋巴細(xì)胞不僅必須從血液中外滲到腫瘤組織中，而且還必須進(jìn)一步遷移到腫瘤微環(huán)境的各個(gè)特殊部位，以在功能上相互作用，與非造血基質(zhì)細(xì)胞相互作用，最終與癌細(xì)胞相互作用。這些相互作用調(diào)節(jié)局部免疫細(xì)胞的存活、增殖擴(kuò)張、分化及其促腫瘤或抗腫瘤效應(yīng)器功能的執(zhí)行，這些功能共同決定了自發(fā)或治療誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)的結(jié)果。這些相互作用都不是隨機(jī)發(fā)生的，而是精心安排的，嚴(yán)重依賴(lài)于趨化因子及其受體提供的遷移指導(dǎo)線(xiàn)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(xì)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(duì)抗腫瘤免疫或免疫耐受的潛在機(jī)制產(chǎn)生新的見(jiàn)解，還將為腫瘤生物標(biāo)志物和抗腫瘤藥物的開(kāi)發(fā)新策略提供助力。

趨化因子的生物學(xué)

迄今為止，在人類(lèi)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(jié)構(gòu)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(gè)β-片層核心的特征結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)域的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）結(jié)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(jié)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(gè)已知的配體結(jié)合，但一些受體可以與多個(gè)配體結(jié)合。除了經(jīng)典的趨化因子受體外，還鑒定出許多受體結(jié)合趨化因子，但不介導(dǎo)趨化性。到目前為止，其中四種已被歸類(lèi)為非典型趨化因子受體（ACKR），其他一些正在等待官方分類(lèi)。

經(jīng)典趨化因子受體的特征在于其第二個(gè)細(xì)胞內(nèi)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(lèi)G蛋白偶聯(lián)，并且可以通過(guò)觸發(fā)極化肌動(dòng)蛋白聚合來(lái)驅(qū)動(dòng)整合素介導(dǎo)的細(xì)胞粘附或細(xì)胞遷移。此外，配體誘導(dǎo)的GPCR激活另一個(gè)通路是β-arrestin，其可以與G蛋白競(jìng)爭(zhēng)并且使受體內(nèi)化而阻斷GPCR信號(hào)傳導(dǎo)。另一方面，β-arrestin也誘導(dǎo)額外的信號(hào)活性，例如MAPK、PI3K–AKT和NF-κB途徑，對(duì)細(xì)胞存活、生長(zhǎng)和增殖具有趨化性無(wú)關(guān)的影響。G蛋白和β-arrestin介導(dǎo)的細(xì)胞效應(yīng)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(xì)胞類(lèi)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(xué)靶向面臨的一些挑戰(zhàn)。

趨化因子影響TME的生物機(jī)制

趨化因子家族在整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中的擴(kuò)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(guò)程中發(fā)揮特殊作用，包括但不限于我們的免疫防御機(jī)制。這些生物過(guò)程在癌癥患者中被激活，以響應(yīng)由癌細(xì)胞的失調(diào)行為引起的組織完整性的破壞。癌細(xì)胞通過(guò)精心設(shè)計(jì)趨化因子環(huán)境，促進(jìn)各種細(xì)胞類(lèi)型的外滲和分化，為癌細(xì)胞的生存和增殖提供營(yíng)養(yǎng)支持，或在TME中發(fā)揮免疫抑制活性，從而在個(gè)體患者中形成獨(dú)特的TME。

1型免疫反應(yīng)

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

與1型免疫最密切相關(guān)的趨化因子受體是CXCR3及其配體CXCL9、CXCL10和CXCL11。CXCR3在TCF1+干細(xì)胞樣CD8+T細(xì)胞上高表達(dá)，促進(jìn)其外滲到腫瘤組織中，并可能促進(jìn)其與CXCL9表達(dá)的1型常規(guī)樹(shù)突狀細(xì)胞（cDC1s）的相互作用，該細(xì)胞交叉呈遞腫瘤抗原。這些相互作用可能促進(jìn)其轉(zhuǎn)化為T(mén)CF1-效應(yīng)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（CTL）。干細(xì)胞樣CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞表達(dá)XCL1以吸引XCR1+cDC1s，而效應(yīng)CTL和NK細(xì)胞表達(dá)CCL3、CCL4和CCL5以吸引表達(dá)CCR5的cDC或其前體。CCR5還可以引導(dǎo)CTL與單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞相互作用，以激活它們的抑瘤功能，并將它們引導(dǎo)到其他CTL分泌CCL3、CCL4和CCL5的位點(diǎn)，從而產(chǎn)生群集行為。

在強(qiáng)抗腫瘤免疫的條件下，表達(dá)CXCL16的CCR7+cDC亞群聚集在基質(zhì)小靜脈周?chē)�，在那里它們與表達(dá)CXCR6的外滲效應(yīng)CTL相互作用，并提供生存和共刺激信號(hào)，以維持它們?cè)谀[瘤微環(huán)境TME中的增殖擴(kuò)張。

2型免疫反應(yīng)

與1型和3型免疫反應(yīng)相比，2型免疫反應(yīng)主要是宿主導(dǎo)向的。在短暫的IL-17依賴(lài)性中性粒細(xì)胞階段之后，2型免疫反應(yīng)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樾��?yīng)器功能，其目的是驅(qū)除寄生蟲(chóng)，例如通過(guò)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(chóng)直接周?chē)�的組織上，以包裹和容納寄生蟲(chóng)。這種聯(lián)系，尤其是與促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的傷口愈合程序的聯(lián)系，通常被視為2型免疫反應(yīng)主要促腫瘤活性的基礎(chǔ)，特別是在腫瘤發(fā)生的早期階段。然而，2型免疫反應(yīng)也可以發(fā)揮抗腫瘤活性，例如，通過(guò)轉(zhuǎn)移的TH2細(xì)胞引導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞脫顆粒，或通過(guò)腫瘤基質(zhì)中TH2細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的血管正�；�，以犧牲鄰近腫瘤實(shí)質(zhì)中的血管生成不足和缺氧細(xì)胞死亡為代價(jià)。

參與2型免疫反應(yīng)的免疫效應(yīng)細(xì)胞上表達(dá)的主要趨化因子受體是CCR3、CCR4和CCR8。有趣的是，CCR4和CCR8的表達(dá)與Treg細(xì)胞共享，這可能反映了2型免疫和免疫耐受之間的密切關(guān)系，以及炎癥消退以實(shí)現(xiàn)有效組織修復(fù)的要求。TH2細(xì)胞分泌的CCL11可引起TME中嗜酸性粒細(xì)胞的積累和脫顆粒，使毒性顆粒蛋白損傷癌細(xì)胞。嗜酸性粒細(xì)胞的顆粒含量以及TH2細(xì)胞產(chǎn)生的IL-4也可以促進(jìn)基質(zhì)微血管的正�；�，支持T細(xì)胞的積聚，并通過(guò)將血流轉(zhuǎn)移到外周腫瘤間質(zhì)來(lái)引起腫瘤核心的缺氧。

3型免疫反應(yīng)

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

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

某些化療藥物，如順鉑，可以誘導(dǎo)其配體CCL20在小鼠上皮腫瘤中的表達(dá)。這是表達(dá)CCR6的ILC3積累所需的，其反過(guò)來(lái)產(chǎn)生CXCL10以募集CD4+和CD8+效應(yīng)T細(xì)胞。癌細(xì)胞來(lái)源的CCL20和ILC3對(duì)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(guān)重要。

組織駐留

在成功控制病原體或惡性細(xì)胞后，適應(yīng)性免疫反應(yīng)收縮，但T和B淋巴細(xì)胞的擴(kuò)增克隆保留為記憶細(xì)胞，以提供增強(qiáng)的保護(hù)，防止再次感染或腫瘤復(fù)發(fā)。一些記憶細(xì)胞不斷地通過(guò)淋巴組織或非淋巴組織再循環(huán)，而另一些記憶細(xì)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(guān)，該程序使CD8+記憶T細(xì)胞和其他淋巴細(xì)胞，包括自然殺傷T細(xì)胞（NKT）以及具有記憶特征的NK細(xì)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(xì)胞，特別是CTL上的表達(dá)具有重要的抗腫瘤作用，最近在更廣泛的實(shí)體癌小鼠模型中得到了證實(shí)。從機(jī)制上講，CTL上表達(dá)的CXCR6介導(dǎo)其與CXCL16+DCs的相互作用。在持續(xù)的抗腫瘤反應(yīng)中，CXCR6將CTL保留在效應(yīng)狀態(tài)；此外，CXCR6還可能通過(guò)引導(dǎo)記憶淋巴細(xì)胞與提供IL-15和其他生存因子的細(xì)胞相互作用，在促進(jìn)記憶淋巴細(xì)胞存活方面發(fā)揮作用。事實(shí)上，在小鼠黑色素瘤的手術(shù)切除后，CXCR6還介導(dǎo)皮膚中固有記憶T細(xì)胞的持久性，保護(hù)小鼠免受黑色素瘤再挑戰(zhàn)。

免疫耐受

FOXP3+CD4+Treg細(xì)胞在耐受機(jī)制的多層系統(tǒng)中具有核心作用，該耐受機(jī)制防止針對(duì)自身抗原的不適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)，并調(diào)節(jié)對(duì)病原體反應(yīng)的大小和持續(xù)時(shí)間。所有活化的Treg細(xì)胞高表達(dá)的CCR4。

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

不同趨化因子受體在Treg細(xì)胞積累中的作用也可能隨著時(shí)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(xì)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(xì)胞向后期增加的CXCR6+Treg細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，而隨著時(shí)間的推移，少數(shù)CCR6+RORγT+Treg細(xì)胞保持穩(wěn)定。這表明了Treg細(xì)胞區(qū)室的復(fù)雜性，并且在未來(lái)關(guān)于趨化因子在Treg細(xì)胞向腫瘤募集中的作用的功能研究中必須考慮TME的動(dòng)態(tài)變化。

血管生成

趨化因子及其各自的受體被認(rèn)為是腫瘤血管系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)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(guò)直接與內(nèi)皮細(xì)胞上的趨化因子受體相互作用作為腫瘤血管生成介質(zhì)，從而改善遷移和增殖以及內(nèi)皮細(xì)胞存活。此外，趨化因子還可能通過(guò)促進(jìn)TME中產(chǎn)生血管生成因子的白細(xì)胞的募集間接發(fā)揮作用，從而增強(qiáng)血管生成。趨化因子還可以與其他血管生成促進(jìn)劑協(xié)同作用，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）。

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

促進(jìn)轉(zhuǎn)移

大量研究證實(shí)了趨化因子系統(tǒng)在腫瘤轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用。據(jù)報(bào)道，癌細(xì)胞上的趨化因子受體表達(dá)可以確定其轉(zhuǎn)移的部位。這些轉(zhuǎn)移部位產(chǎn)生的特異性趨化因子可以促進(jìn)循環(huán)癌細(xì)胞遷移到“轉(zhuǎn)移前生態(tài)位”，這為轉(zhuǎn)移細(xì)胞的生長(zhǎng)提供了有利的環(huán)境。

多種趨化因子和趨化因子受體與轉(zhuǎn)移有關(guān)，CXCL12/CXCR4軸代表了這一現(xiàn)象的關(guān)鍵因素，在不同的腫瘤中已證實(shí)其參與腫瘤轉(zhuǎn)移。參與癌癥轉(zhuǎn)移的其他趨化因子的例子有CCR7，它通過(guò)與轉(zhuǎn)移部位分泌的CCL19和CCL21配體相互作用，介導(dǎo)癌細(xì)胞向淋巴器官的遷移；CCL28是CCR3/CCR10的配體，與乳腺癌生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移擴(kuò)散相關(guān)；CCR10/CCL27信號(hào)支持轉(zhuǎn)移擴(kuò)散期間黑色素瘤細(xì)胞的粘附和存活，CXCR5/CXCL13相互作用似乎支持前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移。

趨化因子的靶向治療

目前，臨床已批準(zhǔn)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(duì)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(kāi)發(fā)中。

小結(jié)

趨化因子是一大類(lèi)協(xié)調(diào)免疫細(xì)胞運(yùn)輸?shù)内呄蛐缘募?xì)胞因子。鑒于趨化因子在腫瘤免疫反應(yīng)和腫瘤生物學(xué)中發(fā)揮著的多方面作用，趨化因子網(wǎng)絡(luò)已成為潛在的免疫治療靶點(diǎn)。

趨化因子受體及其配體之間存在非常復(fù)雜的相互作用，為了引入新一代基于趨化因子調(diào)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(xué)以及更好的預(yù)測(cè)性臨床模型。

盡管面臨挑戰(zhàn)，大量針對(duì)不同趨化因子信號(hào)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(yàn)中進(jìn)行評(píng)估，并且與常規(guī)化療或免疫檢查點(diǎn)療法結(jié)合使用時(shí)，顯示出有希望的結(jié)果。因此，可以預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，趨化因子受體抑制劑將用于調(diào)節(jié)TME的組成并優(yōu)化患者的免疫反應(yīng)，為腫瘤患者帶來(lái)希望。

參考文獻(xiàn)：

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(biāo)題 : 趨化因子是如何影響腫瘤微環(huán)境的？