【论肿道麻】手术介导的免疫微环境促瘤作用

化疗和免疫治疗显着提高了患者的总体生存率和无进展生存率，但手术切除仍然是实体肿瘤的主要治疗方法。许多研究表明，手术会引起循环肿瘤细胞（CTCs）的播散，由此产生的炎症反应通过形成支持性的肿瘤微环境（TME）促进隐匿性肿瘤生长和转移过程。血小板、中性粒细胞、巨噬细胞、髓源性抑制细胞、调节T细胞、NK细胞等都参与其中。来自美国俄亥俄州立大学詹姆斯综合肿瘤中心的Ahmad Hamad等人去年在Seminars in Cancer Biology上发表了一篇综述，概述了手术对这些细胞在TME中的促肿瘤机制。          

血小板                        

血小板是血液循环中的无核盘形细胞。血小板总数的变化与病理条件有关，是急性炎症标志物。血小板的主要功能是调节止血和血栓形成。在受伤部位，血小板的黏附、激活和聚集是止血的必要步骤。越来越多的研究表明，血小板还具有额外的作用，如抗微生物宿主防御、肿瘤进展和转移、炎症和动脉粥样硬化等。临床前和临床研究表明，血小板通过与肿瘤细胞的复杂相互作用，在肿瘤微环境(TME)和血液中促进肿瘤发生和转移。肿瘤细胞从原发部位脱落并穿过血管进入血液后，血小板就开始对肿瘤细胞的存活和转发挥作用。由于剪切力诱导的损伤、免疫监视和缺乏细胞外基质支持，极少数转移细胞可以在新的部位定植生长。手术或创伤会激活凝血和血栓形成，导致显著的血小板激活和血小板计数的反应性增加。血小板迅速包裹转移性循环肿瘤细胞（CTCs），同时在循环中肿瘤细胞也会诱导血小板聚集（TCIPA）。TCIPA对于保护CTCs免受剪切诱导的细胞膜损伤非常重要。TCIPA的形成是通过血小板上的多种受体与肿瘤细胞的配体结合以及纤维连接的建立来介导的。血小板还可以帮助肿瘤细胞避开免疫系统的破坏。手术引起的纤维蛋白和血小板凝块会包裹肿瘤细胞，在循环中保护它们免受NK细胞的检测和NK细胞介导的细胞裂解。肿瘤激活的血小板会释放转化生长因子β（TGF-β），下调NK细胞的主要受体NKG2D的表达，从而影响IFN-γ的产生和NK细胞的细胞毒性。TGF-β还通过抑制NK细胞中的mTOR活性来抑制NK细胞的活化和功能。此外，NK细胞通过优先清除MHC I低表达或缺失表达的靶细胞，在肿瘤免疫监视中起着重要作用。血小板可以将它们的MHC I分子转移给肿瘤细胞，随后被NK细胞清除。血小板还可以通过增加肿瘤细胞的增殖，介导细胞死亡抵抗，促进肿瘤细胞的上皮间质转化，并通过血小板释放的TGF-β增强肿瘤渗出来支持肿瘤细胞的生长和转移。                        

阻断手术引起的血小板在肿瘤微环境中的粘附和浸润是抑制肿瘤进展的一种有前途的策略。例如，靶向阻断肿瘤细胞粘附性血小板受体 CLEC-2 及其配体 podoplanin可有效阻止肿瘤细胞诱导的血小板聚集形成。钴卟啉和5-硝基苯酸化合物2CP是CLEC-2-Podoplanin相互作用的抑制剂，并已被证明能够降低小鼠肺部肿瘤的转移。此外，A11作为一种抗整合素GPIIIa49-66的人源化单链抗体，已被证明可以裂解活化的血小板并抑制血小板介导的肿瘤细胞栓塞。                        

图1. 手术触发免疫反应

图2. 外科手术有助于形成促瘤性免疫微环境                                

中性粒细胞                        

作为先天免疫系统中的重要组成部分，嗜中性粒细胞是高度活动的细胞，在宿主防御、免疫调节、组织损伤和肿瘤等方面起着重要作用。在手术后的几分钟内，损伤相关分子模式（DAMPs）会快速招募中性粒细胞到伤口部位（图1）。它们从血管中移动到基质中并释放蛋白水解酶来溶解细胞间连接以便移动和吞噬病原体。中性粒细胞通过排出其核物质形成NETs（中性粒细胞胞外网）。NETs是包含脱凝的染色质以及装饰有细胞质和颗粒蛋白的细胞外网状结构。NETs参与转移级联反应，包括侵袭、出入血管、定植和巨大转移灶的发展。嗜中性粒细胞在肿瘤的发生、发展和进展中起着重要作用。在肿瘤患者的外周血中发现了嗜中性粒细胞的积累，在许多肿瘤类型中，高嗜中性粒细胞/淋巴细胞比值（NLR）预示着较差的总体生存率。腹部手术会增加患者外周血中幼稚低密度中性粒细胞的数量，这可能会增加肿瘤复发的风险。非酒精性脂肪肝（NASH）、肝细胞癌（HCC）和胆管癌（CC）患者的患病复发和总体生存期与NET标记物、髓过氧化物酶（MPO）-DNA水平和瓜氨酸组蛋白H3（Cit-H3）的肿瘤因子水平呈负相关。手术中的DAMPs释放诱导了NET的形成。DAMPs，例如HMBG1和组蛋白，从受损的肝细胞中释放出来，通过TLR4和TLR9信号通路形成NETs（如图1所示）。通过用DNase I或肽基精氨酸脱亚氨酶4 (PAD4)抑制剂靶向治疗NETs，不仅可以减少由缺血/再灌注引起的肝脏炎症，还可以减少转移性肿瘤的进展。NETs可能是有效的预后标志物，手术后 NET 形成的增加与无病生存率降低和转移复发增加有关。由于嗜中性粒细胞在肿瘤微环境中的促肿瘤作用，靶向嗜中性粒细胞治疗是一种前途广阔的肿瘤治疗策略。C-X-C模式化学因子受体2（CXCR2）是嗜中性粒细胞动员的重要调节因子，主要表达在嗜中性粒细胞上。CXCR2的选择性抑制剂（SB225002）在肺肿瘤和皮下肿瘤模型中导致嗜中性粒细胞浸润显著减少，并且通过激活CD8 T细胞促进了抗肿瘤T细胞活性。使用DNase I通过靶向NETs可以增强PD-1阻断免疫疗法的效果。这些研究共同表明，针对嗜中性粒细胞或NETs形成的治疗在预防肿瘤复发和转移方面具有潜在的益处。                        

巨噬细胞                        

巨噬细胞是高度异质性的免疫细胞，可以响应各种刺激。巨噬细胞来源于单核细胞，大致分为两组，即M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞。M1型巨噬细胞，被称为抗肿瘤巨噬细胞，通过产生活性氧/氮自由基和促炎细胞因子（如IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23和TNF-α）促进炎症和细胞毒性反应，并杀死肿瘤细胞。M2型巨噬细胞则被认为是促肿瘤巨噬细胞，对 T 辅助细胞 2 (Th2) 免疫反应至关重要，包括体液免疫、伤口愈合和组织重塑。巨噬细胞能够刺激肿瘤细胞内外孵化，促进循环肿瘤细胞在转移部位的生长。一项关于人类创伤愈合反应的临床研究发现，M1型巨噬细胞分布在早期伤口组织的浅层真皮毛细血管周围。相比之下，M2型巨噬细胞在增生性瘢痕的后期增殖期弥散分布在伤口组织中，并散布在整个真皮中。在M2型巨噬细胞中，精氨酸酶催化L-精氨酸生成尿素和L-鸟氨酸。鸟氨酸通过促进多胺和胶原蛋白的产生，促进细胞增殖和修复组织损伤，并参与了免疫抑制TME的重构。Predina等人的研究表明，以“手术创伤”形式出现的手术应激促进了复发性肿瘤免疫抑制的发展。在进行部分肿瘤切除的肿瘤中研究人员发现，M2型巨噬细胞和调节性T细胞会阻止CD8 T细胞进入肿瘤。                        

综上所述，手术切除肿瘤后，巨噬细胞是肿瘤进展的另一个重要推动因素。巨噬细胞的消除可能成为一种值得研究的辅助治疗方法。Tham等人发现，手术促进肿瘤细胞的增殖与肿瘤内巨噬细胞密度增加相关。巨噬细胞刺激肿瘤细胞形成肿瘤球，但只存在于手术后的肿瘤中，而不是对照组的肿瘤中。在手术后通过含有 CSF-1R 特异性激酶抑制剂 Ki20227 的饮食消耗巨噬细胞，可显着降低术后肿瘤复发并消除增强的转移生长。该研究证实了巨噬细胞在术后肿瘤复发和转移生长中均起到了促进的作用。                        

髓源性抑制细胞                        

髓源性抑制细胞（MDSCs）是一种不成熟的髓系细胞异质性群体，具有免疫抑制功能。MDSCs通常分为两个主要亚群，包括单核MDSCs（mMDSCs）和多形核或粒细胞-MDSCs（PMN-MDSCs或gMDSCs）。mMDSCs在形态上类似于单核细胞，如巨噬细胞和树突状细胞，gMDSCs则被认为是被病理激活的中性粒细胞。MDSCs会抑制免疫细胞（如T细胞和NK细胞）的活动。在各种病理条件下，包括感染，癌症，脓毒症和身体或手术创伤中，MDSCs会积累。手术应激和创伤通过多种机制，包括DAMPs，细胞因子和趋化因子，生长因子和激素，促进MDSCs的扩张，招募和分化。例如，腹部手术创伤会释放HMGB1到携带肿瘤的小鼠腹腔中，引起MDSCs的招募并促进术后腹腔结肠肿瘤的转移。此外，手术诱导的S100A8和S100A9是MDSCs的强大趋化因子，它们结合到MDSCs上的AGEs受体（RAGE）上，直接招募MDSCs进入肺部并促进转移（示意图 1）。手术后几小时内，促炎细胞因子IL-6和CCL2释放增加。IL-6会在黑色素瘤患者中招募和扩展外周MDSCs。此外，手术激活环氧合酶2（COX2）/ PGE2信号通路，会诱导MDSCs的分化，将其招募到肿瘤部位并激活，导致免疫抑制并促进肿瘤进展。手术来源的MDSCs也会通过促进血管生成和肿瘤生长，增强肿瘤细胞的上皮间质转化（EMT），以及扩张调节性T细胞（Tregs）来促进转移。此外，手术应激通过增加TGF-β1、VEGF和IL-10水平，促进MDSCs的招募，增强肿瘤细胞的EMT，从而促进肿瘤转移。手术增加了肺肿瘤患者中的mMDSCs，手术诱导的mMDSCs增加与循环中Treg数目升高相关。由于MDSC在组织中的寿命较短并且持续不断地招募到慢性炎症或手术部位，因此很难逆转MDSC的病理激活。例如，由于手术释放的DAMP（如HMGB1）可以增强MDSCs的积累和激活，使用抗HMGB1单克隆抗体可以改善外伤性MDSCs的积累，并在受伤后2天恢复脾脏中受外伤影响的T细胞反应。给带瘤小鼠低剂量5-氟尿嘧啶（5-FU）化疗可以抑制其系统和肺内积累的MDSCs，从而抑制肺转移并延长动物的生存时间。5-FU还能诱导MDSCs凋亡，并减少脾和肿瘤内的MDSCs数量，而不影响T细胞、B细胞、NK细胞或树突状细胞。                        

调节性T细胞                        

Tregs是免疫抑制性T细胞，调节免疫系统和维持自身抗原的耐受性以防止自身免疫性疾病。Tregs是一类表达CD4、CD25和Forkhead box protein P3(Foxp3)的T细胞亚群，Foxp3是主要的调节转录因子，对Treg的发育和分化至关重要。在肿瘤中，Tregs抑制了效应T细胞和NK细胞，从而促进肿瘤发生和进展。尽管Tregs在某些肿瘤类型（如结肠肿瘤和头颈肿瘤）的预后意义仍然存在争议，但meta分析表明，在不同类型的肿瘤中，高水平的肿瘤内Foxp3 Tregs浸润与不良预后/总体生存率呈正相关。Tregs通过多种机制发挥免疫抑制作用，最终导致免疫耐受和肿瘤细胞逃逸。例如，Tregs表达高水平的IL-2受体α链(CD25)，从而增加它们对IL-2的消耗，剥夺效应T细胞的IL-2，抑制效应T细胞的分化和增殖。Tregs释放抑制性细胞因子，如IL-10、TGF-β和IL-35，抑制效应T细胞的功能。Foxp3 Tregs表达升高的免疫检查点分子(PD-1、TIM-3、LAG-3和TIGIT)，它们与抗原提呈细胞(APC)上的配体结合，影响APC激活，并随后减弱T细胞激活。Tregs还释放大量的颗粒酶和穿孔素，促进效应T细胞的凋亡和溶解。                        

手术应激释放的儿茶酚胺和前列腺素通过抑制细胞介导的免疫和增加免疫抑制促进了肿瘤的复发。例如，肾上腺素和去甲肾上腺素等儿茶酚胺通过在免疫细胞上结合β肾上腺素能受体介导抑制作用，从而促进肿瘤的生存。对于接受根治性乳腺切除术的乳腺肿瘤患者，给予非选择性 β-肾上腺素能受体拮抗剂普萘洛尔，可以有效阻止Treg对手术应激反应的免疫抑制作用。其他有潜力的治疗途径包括靶向趋化因子受体CCR4和CCR8。CCR4和CCR8主要表达在肿瘤驻留Treg上，并对Treg介导的免疫抑制至关重要。一项研究发现，人源化的CC-R4单克隆抗体Mogamulizumab通过清除Treg而增强抗肿瘤反应。通过单克隆抗体靶向CCR8也可以显著减少肿瘤驻留的CD4CCR8Treg并促进CD4和CD8T细胞的浸润，从而抑制肿瘤生长，在结直肠肿瘤小鼠模型中延长了生存期。因此，消除循环Treg或阻断Treg功能和浸润的策略可能有助于克服手术应激引起的Treg介导的免疫抑制。                        

NK细胞                        

NK细胞是大型细胞毒性颗粒淋巴细胞，对肿瘤的宿主免疫反应起着重要作用。NK细胞通过Ca2+依赖性的颗粒排泄及释放如TNF-α和IFN-γ等细胞因子，直接识别和溶解肿瘤细胞。此外，NK细胞还可以在肿瘤微环境中招募其它免疫细胞以对肿瘤细胞产生抑制作用。许多研究表明手术会使NK细胞功能受损，这可能导致在临床前动物模型和肿瘤患者中术后肿瘤复发和转移的增加。                        

手术后一周内，结直肠和胰腺切除患者的NK细胞细胞毒性受到显著抑制，术后一个月内逐渐恢复。Velasquez等人发现，对于骨肿瘤手术患者，在手术后5天内，杀死K562白血病细胞所需的NK 细胞细胞毒活性显著降低。此外，手术应激还会抑制NK细胞产生的IFN-γ活性。多项研究表明，在多种恶性肿瘤术后，NK细胞释放的IFN-γ在数月内持续受到抑制。                      

来自肾上腺髓质的激素如肾上腺素会促进 COX2 表达和 PG 分泌。在手术后，COX2/PGE2信号通路的上调可能会促进肿瘤免疫逃逸和转移。越来越多的研究报告表明，COX2/PGE2信号通路抑制NK细胞活性，同时促进NK细胞凋亡。非甾体抗炎药（NSAIDs）是一类抗炎药物，通过阻断COX酶的合成来抑制前列腺素的合成。在乳腺肿瘤患者围手术期使用依托度酸抑制COX2，显著降低了EMT，减少肿瘤浸润单核细胞，增强循环NK细胞CD11a表达，并降低循环炎性细胞因子IFN-γ和IL-6的水平。依托度酸和普萘洛尔还可以提高NK细胞活性，潜在地减少动物模型中术后肿瘤的复发和转移。Jordan等人通过乳腺肿瘤实验模型系统发现手术引起的全身性炎症反应促进了肿瘤在远隔解剖部位的出现。在这个模型中，围手术期使用NSAIDs美洛昔康可以预防早期转移复发。许多研究已经显示使用COX抑制剂阿司匹林能够预防和抑制肿瘤转移的形成。当前的研究正在确定围手术期阿司匹林是否可以减少手术引起的肿瘤转移。  

针对肿瘤微环境的围手术期治疗                        

围手术期的免疫紊乱可能会引起肿瘤环境的改变，从而促进疾病复发。事实上，手术后的全身和局部炎症与结直肠肿瘤和其他恶性肿瘤的预后直接相关。多项研究表明，围手术期的辅助治疗可以减轻手术介导的免疫抑制，并增加活化的T淋巴细胞。术前运动疗法（PEx）已被证明可以改善重大腹部手术的预后。作者最近的研究发现，PEx可以显著减轻肝脏手术引起的肝脏炎症反应（即缺血/再灌注）。PEx 在Kupffer 细胞中诱导抗炎表型，通过衣康酸盐介导的代谢重编程引起明显的代谢变化。作者未公开的数据显示，PEx通过改变免疫反应可以减少结直肠肿瘤的肝转移。                        

新辅助化疗诱导CD4+和CD8+T细胞增加，可以进一步改善局部晚期胃肿瘤的预后并预防复发。手术前的新辅助放疗可以激活强烈的抗肿瘤免疫反应，提高多种肿瘤患者的治疗效果。BRAFV600E激酶抑制剂dabrafenib增加了人类转移性黑色素瘤中肿瘤浸润的CD8 T淋巴细胞数。这些研究显示新辅助和靶向治疗能够增强人体对肿瘤的免疫应答并提高患者的治疗效果。此外，后期辅助免疫治疗单独或与化疗联合应用，也已试用于改善手术预后并降低复发和死亡率。术后使用PD-1或CTLA-4抑制剂的辅助治疗可以改善黑色素瘤患者的总体生存率和无复发生存率。新辅助免疫疗法还可以抑制手术所致的免疫抑制。例如，帕博利珠单抗是一种PD-1抑制剂，与吉西他滨和顺铂在术前的联合应用已经显示出对侵袭性膀胱肿瘤患者有益的作用。尽管免疫疗法有前景，但与免疫相关的不良事件仍需要进一步研究。                        

结论                        

手术切除是治疗实体瘤患者的主要策略。原发性肿瘤的切除也抑制了原发性肿瘤的免疫抑制和/或促炎作用，这有助于提高肿瘤患者的总体生存率。但外科手术本身会通过各种机制产生支持性免疫环境，反而加速肿瘤的复发和转移，从而导致发病率和死亡率增加。原发性肿瘤及其脉管系统的机械切除和操作不可避免地会促成循环肿瘤细胞 (CTC) 进入循环。手术引发的血小板活化是伤口的最初反应之一，纤维蛋白凝块的形成为招募的炎症细胞提供框架。活化的血小板还可以保护CTCs免于血流剪切力的影响，促进CTCs免疫逃避。同样地，中性粒细胞也被招募到纤维蛋白凝块处，并通过形成中性粒细胞胞外网（NETs）促进肿瘤转移扩散和进展。激活的巨噬细胞也被招募到手术部位，促进肿瘤的转移性扩散。人体对手术创伤的反应会导致免疫抑制性细胞群体（即髓样抑制细胞和调节性T细胞）的招募和扩张，抑制自然杀伤细胞（NK细胞）。此外，手术也会引发术后免疫抑制级联反应，促进肿瘤复发和转移。进一步了解术后肿瘤微环境的促瘤机制，将有助于完善干预治疗手段，抑制肿瘤进展并提高肿瘤患者手术后的生存率。                                  

编译：陈淦；吴星

审校：张军；缪长虹 

参考文献：Cheng X, Zhang H, Hamad A, et al. Surgery-mediated tumor-promoting effects on the immune microenvironment[C]//Seminars in Cancer Biology. Academic Press, 2022.   

声明：古麻今醉公众号为舒医汇旗下，古麻今醉公众号所发表内容之知识产权为舒医汇及主办方、原作者等相关权利人所有。未经许可，禁止进行转载、摘编、复制、裁切、录制等。经许可授权使用，亦须注明来源。欢迎转发、分享。

打赏