前言

在過去的幾十年里，我們對癌癥的理解發(fā)生了根本性的變化。我們現(xiàn)在認識到，癌癥不僅僅是一種疾病，而是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，涉及廣泛的非癌細胞及其在腫瘤內(nèi)的無數(shù)相互作用。腫瘤微環(huán)境（TME）包括多種免疫細胞類型、癌相關(guān)成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞和各種其他組織-受體細胞類型。這些宿主細胞曾被認為是腫瘤發(fā)生的旁觀者，但現(xiàn)在已知在癌癥的發(fā)病機制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

TME的細胞組成和功能狀態(tài)可能會因腫瘤發(fā)生的器官、癌癥細胞的固有特征、腫瘤分期和患者特征而大不相同。了解TME從腫瘤的發(fā)生、進展、侵襲到轉(zhuǎn)移性播散和生長的各個階段的重要性，了解腫瘤細胞內(nèi)在、細胞外和疾病進展的系統(tǒng)介質(zhì)之間的復(fù)雜相互作用，對于合理開發(fā)有效的抗癌治療至關(guān)重要。

TME形成的基本原則

癌細胞通過招募和重編程非癌宿主細胞以及重塑血管系統(tǒng)和細胞外基質(zhì)（ECM）來協(xié)調(diào)支持腫瘤的環(huán)境。這個動態(tài)過程依賴于癌癥細胞和TME的常駐或招募的非癌細胞之間的異型相互作用。有多種機制可以調(diào)節(jié)這種細胞間對話，包括通過細胞間接觸和旁分泌信號傳導(dǎo)。接觸依賴性通訊由粘附分子介導(dǎo)，包括整合素、鈣粘蛋白、選擇素和免疫球蛋白超家族成員，也通過間隙連接和膜蛋白通道介導(dǎo)。

除了直接的細胞-細胞接觸外，通過釋放細胞因子、趨化因子、生長因子和蛋白酶的旁分泌信號傳導(dǎo)對TME內(nèi)的細胞間通訊也至關(guān)重要。這些分子是為了應(yīng)對癌癥固有特征和細胞應(yīng)激而分泌的，它們可以來源于TME中的多種細胞類型，并通過與受體結(jié)合或ECM重塑對靶細胞發(fā)揮直接和間接作用。ECM通過充當(dāng)分泌分子的基質(zhì)和細胞粘附和遷移的底物來促進細胞間通信。蛋白酶對ECM的重塑釋放了束縛的分子，從而產(chǎn)生局部高濃度的釋放介質(zhì)。此外，癌癥和TME細胞通過包括整合素和CD44在內(nèi)的受體直接接觸周圍的ECM，從而形成癌癥中復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)。

TME的組成和功能狀態(tài)在患者之間可能有很大差異，即使在同一癌癥類型中也是如此�；颊叩奶囟ㄒ蛩�，包括年齡、性別、生活方式、體重指數(shù)和微生物組，可以影響TME，腫瘤發(fā)生的器官也會影響TME。不同的器官具有獨特的組織固有免疫細胞和基質(zhì)細胞類型，組織類型可以決定這些細胞的功能狀態(tài)。

除了解剖部位依賴的機制外，TME最重要的調(diào)節(jié)器可能是癌癥細胞本身。癌癥的細胞內(nèi)在特征，包括改變的（表觀）遺傳學(xué)、代謝重編程和解除調(diào)控的信號，是腫瘤如何形成其微環(huán)境的關(guān)鍵決定因素。隨著高分辨率分析技術(shù)的迅速發(fā)展，癌癥固有特征和TME之間的更多聯(lián)系將被揭示，這可能為針對單個腫瘤合理設(shè)計TME靶向策略奠定基礎(chǔ)。

腫瘤起始：組織穩(wěn)態(tài)的破壞

惡性細胞必須克服多個節(jié)點才能成功形成腫瘤，其中許多取決于破壞周圍組織的正�；�信號，然后劫持微環(huán)境過程來支持發(fā)展中的腫瘤。

從免疫攻擊到免疫逃避的平衡

我們的免疫系統(tǒng)對于抵御危及生命的病原體、傷口愈合和根除受損細胞至關(guān)重要。為了執(zhí)行這些功能，免疫系統(tǒng)具有令人難以置信的多樣性和適應(yīng)性，具有嚴格控制的機制來限制組織損傷和恢復(fù)體內(nèi)平衡。

對癌癥演變的分析表明，初始低度病變的特征是原始T細胞大量涌入，表明免疫系統(tǒng)在其最早階段就感應(yīng)到了轉(zhuǎn)化。然而，隨著病變的進展，觀察到活化的T細胞和髓系細胞積聚的轉(zhuǎn)變，以及參與免疫抑制的基因上調(diào)�；罨�的CD8+T細胞減少，PD-L1和CTLA4表達增加，調(diào)節(jié)性T細胞（Tregs）增多，T細胞受體（TCR）克隆類型減少。隨著這些病變的進展，向免疫抑制性TME的轉(zhuǎn)變隨之而來。

在腫瘤發(fā)生的早期階段，始發(fā)性腫瘤導(dǎo)致支持腫瘤的炎癥環(huán)境，幾乎所有進展性腫瘤都會誘導(dǎo)不同水平的T細胞、自然殺傷（NK）細胞、，以及CD8+T細胞的DC排斥或觸發(fā)功能障礙程序。當(dāng)腫瘤同時刺激髓系細胞，特別是巨噬細胞和中性粒細胞的募集和激活時，這兩種細胞共同形成了腫瘤支持性炎癥環(huán)境。

炎癥：腫瘤進展的催化劑

在發(fā)展中的腫瘤中，炎癥的特征是破壞適應(yīng)性先天免疫細胞的串?dāng)_。在炎癥信號傳導(dǎo)延長、缺氧、低pH和代謝產(chǎn)物水平改變的影響下，這種炎癥會變?yōu)槁�性而具有破壞力�?/p>

隨著腫瘤的生長，共同進化的免疫環(huán)境發(fā)生了深刻的變化，導(dǎo)致細胞毒性CD8+T細胞和NK細胞減少、功能失調(diào)的CD8+T淋巴細胞、免疫抑制性CD4+FoxP3+Treg和調(diào)節(jié)性B細胞逐漸增多，而CD4+T細胞向促炎性Th2表型傾斜，DC表現(xiàn)出成熟和功能缺陷。與此同時，髓系細胞越來越多地被動員到TME，在那里它們使其表型適應(yīng)局部炎癥。腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAMs）和中性粒細胞（TANs）通常是不同TME中最豐富的髓細胞。驅(qū)動這些細胞動員和激活的關(guān)鍵腫瘤衍生介質(zhì)包括CSF-1、CCL2、VEGF-A、TNF-α和巨噬細胞的信號素3A、G-CSF、GM-CSF、IL-6、CXCL1、CXCL2、IL-1β以及中性粒細胞的IL-8。它們在人類腫瘤中的存在通常與較差的預(yù)后和較差的治療反應(yīng)相關(guān)。

CAFs和ECM在TME發(fā)展中的多方面作用

與免疫細胞一起，CAF是許多腫瘤的主要成分。一些腫瘤，如肝細胞癌，是由異�；罨�的成纖維細胞引起的，特別是在纖維化或肝硬化的肝臟中。其他類型的癌癥也可以誘導(dǎo)纖維化，單細胞技術(shù)的最新進展揭示了以前未被重視的CAF的表型和功能多樣性。

CAFs對TME的動態(tài)變化也表現(xiàn)出可塑性。最近的研究表明，CAF由多種亞型組成，這些亞型在腫瘤進展過程中發(fā)生變化，并在空間上受到調(diào)節(jié)。在胰腺癌中，三種不同的CAF亞型共存：肌成纖維細胞（myCAF）、炎癥CAF（iCAF）和抗原呈遞CAF（apCAF），具有不同功能和轉(zhuǎn)錄組可塑性。在其他癌癥類型中，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了類似的CAF亞群。

最近的研究表明，CAFs可以通過多種機制幫助腫瘤逃避免疫控制。CAF主要負責(zé)TME內(nèi)ECM的沉積和重塑。CAF通過分泌CXCL12和TGF-β導(dǎo)致ECM沉積產(chǎn)生物理屏障，直接阻止T細胞募集或激活。此外，CAFs還通過分泌包括IL-6、IL-1β、VEGF、CSF-1、CCL2在內(nèi)的介質(zhì)動員和編程免疫抑制性髓系細胞，間接干擾抗腫瘤免疫，并通過促進Tregs的積累發(fā)揮免疫抑制活性。CAF還直接影響癌癥細胞。在人類乳腺癌和肺癌樣本中，CD10+GPR77+CAF亞群通過分泌IL-6和IL-8為癌癥干細胞提供生存空間，從而促進腫瘤形成和化療抵抗。

血管生成促進癌癥進展

血管生成，即發(fā)展新生血管的過程，對腫瘤的發(fā)生至關(guān)重要。血管生成是一個復(fù)雜的過程，涉及內(nèi)皮細胞、周細胞、壁細胞、癌癥細胞、腫瘤相關(guān)免疫細胞和CAFs之間的廣泛串?dāng)_。腫瘤血管不斷暴露于促血管生成的因素，導(dǎo)致血管系統(tǒng)紊亂、滲漏和彎曲。這會影響腫瘤的氧合，改變免疫細胞動力學(xué)，并減少藥物對腫瘤的滲透。

組織缺氧是血管生成的主要誘因。許多對缺氧有反應(yīng)的分子可以促進血管生成轉(zhuǎn)換，其中血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）及其下游信號通路是主要的驅(qū)動因素。此外，腫瘤相關(guān)髓系細胞通過促血管生成介質(zhì)，包括VEGF-A、FGF2、PIGF、TNF和BV8，促進腫瘤血管生成和增加血管通透性。這些細胞還產(chǎn)生蛋白酶，如MMPs和組織蛋白酶，這些蛋白酶分解ECM并釋放螯合的促血管生成分子，使其具有生物可利用性。

重要的是，血管系統(tǒng)和免疫細胞之間的作用是相互的。越來越多的證據(jù)表明，腫瘤誘導(dǎo)的血管生成有助于免疫抑制和免疫逃避。例如，調(diào)節(jié)免疫細胞歸巢和運輸?shù)难�管粘附分子可以被下調(diào)，腫瘤相關(guān)的內(nèi)皮細胞表達較低水平的ICAM-1、VCAM-1、E-選擇素和P-選擇素。相反，包括IDO、TIM3和PD-L1在內(nèi)的抑制性免疫檢查點分子可以在腫瘤血管上上調(diào)。

腫瘤進展：癌細胞的侵襲和遷移

一旦腫瘤成功地在血管生成、炎癥和纖維化之間建立了相互加強的聯(lián)系，它們就可以進入疾病進展的下一階段：局部侵襲。侵襲性生長是癌癥的主要特征之一，為轉(zhuǎn)移性傳播奠定了基礎(chǔ)。

侵襲是一個復(fù)雜的多步驟過程，為了與鄰近的癌細胞分離，必須破壞上皮細胞與細胞之間的粘附。細胞間粘附蛋白（E-鈣粘蛋白）的缺失是這一過程的核心，通常伴有上皮-間充質(zhì)（EMT）樣的過渡狀態(tài)。來自TME的因素促進了癌癥細胞的表型轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致局部侵襲。此外，越來越多的證據(jù)表明，CAF通過其重塑和施加物理拉力在ECM中生成軌跡，從而實現(xiàn)癌癥細胞的集體侵襲。其他TME細胞也可以促進癌癥細胞的侵襲。例如，在小鼠乳腺癌模型中進行的活體顯微鏡（IVM）研究表明，EGFR+癌癥細胞的侵襲和遷移依賴于產(chǎn)生EGF的TAMs的共同遷移。這些發(fā)現(xiàn)表明，CAF、免疫細胞和組織駐留細胞共同促進了癌細胞的侵襲行為。

轉(zhuǎn)移過程中的下一個限速步驟是將癌癥細胞注入血液或淋巴循環(huán)。癌癥細胞跨內(nèi)皮層進入循環(huán)的機制復(fù)雜、依賴于環(huán)境，并受癌癥細胞固有特征、ECM的特性和血管系統(tǒng)類型、微環(huán)境因素以及缺氧程度的影響。通常，TAM與癌細胞灌注相關(guān)。血管周邊TIE2+ TAM誘導(dǎo)的VEGF-A信號轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)致血管連接的局部丟失，導(dǎo)致血管通透性短暫增加，從而促進癌癥細胞的灌注。此外，除巨噬細胞和內(nèi)皮細胞外，中性粒細胞、周細胞、CAF、脂肪細胞和TME的機械特征，包括ECM結(jié)構(gòu)和間質(zhì)流體壓力，也通過直接或間接機制影響癌癥細胞的灌注。

腫瘤轉(zhuǎn)移：轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成

發(fā)展中的腫瘤對宿主的影響并不局限于局部TME。通過旁分泌效應(yīng)，原發(fā)腫瘤觸發(fā)一連串事件，在遠處器官中產(chǎn)生癌癥細胞傳導(dǎo)微環(huán)境，然后發(fā)生轉(zhuǎn)移擴散。

觸發(fā)一系列系統(tǒng)性變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)移前生態(tài)位生成的啟動信號包括腫瘤衍生的可溶性介質(zhì)，最顯著的是G-CSF、VEGF-A、PLGF、TGF-β、S100蛋白和TNF，以及攜帶腫瘤信息的EVs，這些腫瘤信息可以轉(zhuǎn)移到BM細胞和遠處器官中的駐留細胞，在那里，它們激活并編程免疫細胞及其祖細胞，以動員到未來的轉(zhuǎn)移部位。

其他腫瘤分泌的介質(zhì)可以直接修飾遠處的器官。例如，低氧4T1乳腺癌細胞分泌LOX，通過誘導(dǎo)破骨細胞生成，破壞了正常的骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)，促進了循環(huán)腫瘤細胞（CTCs）的歸巢和定植。在LLC和B16荷瘤小鼠中，腫瘤衍生的EV攜帶小RNA，激活肺上皮細胞中的Toll樣受體3（TLR3），刺激中性粒細胞趨化介質(zhì)的釋放，通過中性粒細胞募集最終形成肺轉(zhuǎn)移前生態(tài)位。這些研究表明，原發(fā)性腫瘤破壞了遠處器官中不同組織駐留細胞和新動員的BM衍生免疫細胞之間的串?dāng)_，因此有助于轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成。

原發(fā)性腫瘤促進轉(zhuǎn)移生態(tài)位的另一個機制是通過腫瘤誘導(dǎo)的全身炎癥和免疫抑制，有利于擴散癌細胞的免疫逃逸。在乳腺癌癥小鼠模型中，全身動員分泌IL-1β的中性粒細胞可增強肺外膜成纖維細胞分泌前列腺素E3，導(dǎo)致抗腫瘤免疫降低和肺轉(zhuǎn)移增強。

CTC在循環(huán)中的生存之戰(zhàn)

一旦腫瘤細胞侵入循環(huán)，它們就會在這種外來微環(huán)境中立即受到一系列不同的生存挑戰(zhàn)。包括由細胞脫離引起的失巢，血液循環(huán)中的高剪切力以及免疫介導(dǎo)的攻擊，這些共同導(dǎo)致大多數(shù)CTC的死亡。

盡管如此，對于通過循環(huán)存活下來的一小部分CTC來說，它們可以通過各種機制逃避破壞。其中包括CTC聚集，其通過誘導(dǎo)NANOG、SOX2和OCT來促進干性；與特定的免疫細胞如中性粒細胞或血小板的結(jié)合；從而逃避包括NK細胞在內(nèi)的細胞毒性免疫細胞的作用。與這些機制一致，CTC聚集與單個CTC相比，通常與更差的患者預(yù)后有關(guān)；而循環(huán)中中性粒細胞與淋巴細胞的高比率與多種癌癥的不良預(yù)后相關(guān)。器官嗜性和外滲

對于通過循環(huán)存活的一小部分CTC，其轉(zhuǎn)移過程中的下一個限速步驟是滲出到轉(zhuǎn)移器官。這在一定程度上取決于每種原發(fā)性癌癥的潛在器官嗜性。轉(zhuǎn)移性可能是高度定型的，例如，乳腺癌癥主要擴散到肺、肝、骨和腦，而前列腺癌則表現(xiàn)出向骨擴散的高度傾向。這種器官嗜性受到多種機制的影響，包括趨化因子、代謝物和EV等因素的信號傳遞，這些因素有助于CTC向特定器官的定向遷移。此外，CTC所走的特定循環(huán)路線以及癌癥細胞為了進入特定器官而必須跨越的不同血管屏障的范圍進一步影響了它們的最終目的地。

對于外滲過程本身，腫瘤細胞必須首先停止并附著在內(nèi)皮管腔上，同時不斷受到周圍快速流動的血液的高剪切力。腫瘤細胞和內(nèi)皮細胞表達的細胞粘附分子及其配體、整合素和ECM成分促進了這一步驟，并與血液白細胞滾動、粘附和外滲的分子機制有一些相似之處。血小板和中性粒細胞可能仍與CTC一起傳播，可以分別通過選擇素、GPCR或通過中性粒細胞外陷阱（NETs）的產(chǎn)生進一步增強腫瘤細胞對脈管系統(tǒng)的粘附。

粘附后，CTC接下來穿過EC連接，也可能穿過額外的血管細胞層和ECM，進入新的器官實質(zhì)，這通常需要細胞粘附分子的活性蛋白水解或降解。癌癥細胞不僅依賴于在這一步驟中產(chǎn)生的蛋白酶和降解酶，而且還可以通過產(chǎn)生NET從非癌細胞釋放這些酶，包括血小板、單核細胞和中性粒細胞。滲出后，CTC通常留在血管附近，這對決定其命運至關(guān)重要。

轉(zhuǎn)移部位腫瘤的休眠和生長

播散性腫瘤細胞（DTC）在外滲到繼發(fā)部位后，面臨著來自外來組織環(huán)境的一系列新挑戰(zhàn)，并且絕大多數(shù)腫瘤細胞再次被宿主防御機制殺死，包括免疫監(jiān)測。少數(shù)存活下來以培育新器官的DTC通常留在脈管系統(tǒng)附近，來自血管周圍生態(tài)位（PVN）和組織特異性生態(tài)位的分子信號，最初將DTC保持在休眠狀態(tài)，這可能會保護它們免受免疫系統(tǒng)的識別和殺死。

休眠是轉(zhuǎn)移級聯(lián)反應(yīng)中最不為人所知的階段，這些細胞會停止增殖，并可以在靜止?fàn)顟B(tài)下存活，有時長達數(shù)年至數(shù)十年。對控制休眠開始的機制、休眠在潛伏期的維持以及休眠后的重新激活的研究，仍然是癌癥領(lǐng)域的“黑匣子”。 因此有必要充分了解其潛在機制，尤其是與微環(huán)境的關(guān)鍵相互作用，對器官特異性轉(zhuǎn)移的這種精細調(diào)節(jié)。

小結(jié)

隨著近年來在腫瘤微環(huán)境范圍和理解上的發(fā)展，我們逐漸意識到TME的巨大復(fù)雜性和相互關(guān)聯(lián)性，以及它在不同器官和患者之間的多樣性。盡管存在這些挑戰(zhàn)，但在針對TME的治療策略也在不斷擴展，展現(xiàn)出有希望的前景。其中包括通過改變ECM、EVs的干預(yù)措施“重編程”TME的治療、細胞療法和疫苗以及免疫檢查點抑制劑。現(xiàn)在的關(guān)鍵問題是如何以合理和最佳的方式將這些不同的方法結(jié)合起來。

展望未來，隨著單細胞分析技術(shù)和人工智能的技術(shù)突破，對于TME的研究將在未來幾年取得關(guān)鍵進展，以充分實現(xiàn)針對TME的癌癥治療。相信在不久的將來，我們將能夠以TME為治療目標(biāo)，造福更多的癌癥患者。

參考文獻：

1.Theevolving tumor microenvironment: From cancer initiation to metastatic outgrowth.Cancer Cell.2023 Mar 13;41(3):374-403

       原文標(biāo)題 : 演變中的腫瘤微環(huán)境