个性化抗癌治疗效果的提升新途径——加强对中性粒细胞（NET）的理解与利用

2024-05-18

免疫疗法

1. 中性粒细胞和NETs在癌症发展进程中的作用炎症是免疫系统对损伤或感染的自然反应，可以清除有害刺激并启动组织修复，而慢性炎症却会导致身体长期处于促进癌变的环境进而诱发癌变。因此，肿瘤的发展通常伴随着宿主的炎症反应。同时，炎症的炎性环境能够显著影响抗癌治疗的疗效，包括化疗、放疗和免疫疗法。中性粒细胞(Neutrophils)在人体血液的白细胞中占据最大比例，并且是最早到达炎症部位的细胞之一。在过去的十年中，它们因为是肿瘤微环境（TME）中的重要参与者，并且在癌症进展的所有阶段中发挥功能性作用而备受关注。最近，中性粒细胞在癌症中的作用被认为是与其能够形成中性粒细胞外细胞陷阱（NETs）相关。NETs是由酶和蛋白酶修饰的松解的DNA构成然后释放到细胞外空间中（方框1）。最近的综述发现，中性粒细胞和NETs能够调节肿瘤的发展进程，既具有促进肿瘤的功能，也具有抗肿瘤的功能，最新的研究揭示了中性粒细胞和NETs在抗癌治疗效果的方面也具有双重作用。NETs的形成：中性粒细胞可以通过（i）吞噬作用（ii）释放细胞毒性酶和蛋白酶到胞外空间或者（iii）形成NETs来杀灭有害微生物。NETs是由DNA、组蛋白、抗微生物蛋白和蛋白酶组成的复杂网状结构，在感染或炎症反应中释放。这个过程涉及染色质的松解，依赖于活性氧（ROS）、中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）、髓过氧化物酶（MPO）的活性、组蛋白脱酸酶作用及中性粒细胞弹性蛋白酶（NE：neutrophil elastase）的介导。随后，细胞核膜被破坏，促进核内容物与颗粒释放的细胞毒性物质的融合。最终，当细胞质膜的完整性受损时，NETs被释放到细胞外空间。这个过程通常导致中性粒细胞的溶解性死亡，被称为“NETosis”。靶向中性粒细胞和NETs的方法中性粒细胞消减：Ly6G是中性粒细胞高表达的表面标记物。Ly6G抗体可以选择性地靶向和消减中性粒细胞。然而，由于Ly6G抗体存在一些限制，这种方法可能只能部分、短暂有效或者缺乏特异性。使用GR1+抗体（可以识别Ly6C和Ly6G）也被用作靶向中性粒细胞的策略，但这会导致中性粒细胞和单核细胞的消减。另外，通过基因缺失也可以实现中性粒细胞的消减。中性粒细胞招募：C-X-C趋化因子受体2型（CXCR2）在介导中性粒细胞迁移中起关键作用，CXCR2抑制剂旨在减少CXCR2配体（IL-8/CXCL8、CXCL1、-2、-3、-5和-6）引起的中性粒细胞招募。此外，抑制CXCR2已被证明可以靶向由CXCL趋化因子引起的NETs形成。PAD4抑制剂：抑制PAD4的小分子化合物（如Cl-amidine或GSK484）可以阻止过度释放NETs，从而减轻NETs对癌细胞和肿瘤微环境（TME）的影响。NE抑制剂：抑制NE的小分子化合物，如sivelestat，可以有效阻断NETs的形成。Gasdermin D抑制剂：Gasdermin D孔形成抑制剂（如二硫化奶酪素，一种FDA批准的化合物，也干扰酒精代谢）已被证明可以有效阻断NETs的形成。DNase I：DNase I被用作破坏NETs DNA骨架的有效策略。在各种临床前癌症模型中，它已经展示出对抗NETs的有效性。一种吸入用的DNase I制剂（pulmozyme）已经获得FDA批准，用于囊性纤维化的人类治疗，它可以改善该疾病的症状。然而，在吸入DNase I的情况下，它不太可能进入循环系统，在血管系统或肺部以外的器官中发现NETs的情况下疗效较差。2. 中性粒细胞和NETs对化疗反应的影响肿瘤细胞对化疗的抵抗（即化疗抵抗）是人类肿瘤治疗中常见的现象，尤其在晚期转移性疾病中最为明显（Box 2）。化疗在有效时会引起细胞损伤和死亡，这会强烈影响肿瘤微环境（TME）以及炎症细胞的招募和行为。在这种情况下，中性粒细胞常常与癌症患者对化疗反应差相关联。化疗是一种全身性的抗癌治疗，其原理是使用药物抑制全身快速增殖的癌细胞的生长和分裂。癌细胞则通过失活药物、多药耐药、抑制细胞死亡（抑制凋亡）、改变药物代谢、表观遗传变化、药物靶点变化、增强DNA修复和增加靶基因扩增等机制来对药物产生抵抗，降低治疗的疗效。其中，肿瘤微环境（TME）在调节化疗效果方面发挥着关键作用。放疗（RT）是一种使用高能辐射破坏癌细胞DNA、阻止其增殖或导致其死亡的癌症治疗方法。尽管放疗用于多种癌症的治疗（如乳腺癌、肺癌和膀胱癌），但也有相当比例的患者存在抵抗性。免疫治疗与化疗和放疗不同，它利用免疫系统杀死癌细胞，同时保护健康细胞。免疫检查点抑制剂（ICIs）是临床上最成功的免疫治疗之一。它们的作用方式是抑制免疫系统上的检查点分子（这些分子在免疫系统上起到“刹车”的作用）。其中程序化细胞死亡蛋白1（PD-1）是一个广泛靶向的分子。其通过阻断PD-1/PD-L1的识别，恢复T细胞的细胞毒性，使其能够更有效地识别和攻击癌细胞中性粒细胞通过CXCR2通路在化疗过程中起到关键作用，这与CXCL1/2趋化因子相关。抑制CXCR2可以改善乳腺肿瘤的化疗效果，尤其是对转移的情况。同时，也有研究表明：中性粒细胞通过释放NETs可以诱导上皮向间质（EMT）转录因子锌指E-box结合型转录因子1（ZEB1）的稳定性和转录，从而促进EMT和化疗耐药性。急性肾损伤（AKI）是使用化疗药物顺铂的重要限制因素。有趣的是，在接受顺铂治疗的小鼠的肾脏中发现了形成NET的中性粒细胞，并且靶向NETs改善了它们的肾功能。这与最近发现的NETs在缺血性AKI中的作用一致。化疗诱导的周围神经病（CIPN）是化疗的另一种限制性副作用，因为它导致外周神经的损伤或功能障碍。有趣的是，接受奥沙利铂治疗的小鼠在脊神经节和四肢中积累了NETs。靶向NETs显著改善了周围微循环的紊乱和奥沙利铂诱导的机械性高痛觉。在化疗治疗后15天，转移性乳腺癌等癌症患者的血浆NETs水平显著升高。尽管这些研究突显了NETs在化疗疗效中的关键作用（图1），但靶向NETs也可以改善化疗治疗的并发症，如肾损伤和周围神经病变（方框3）。总的来说，中性粒细胞或NETs的不同亚群可能导致对化疗的不同反应。进一步的研究将需要确定这些差异，以便将NET靶向策略作为潜在的治疗靶点，调节化疗的疗效。图1：中性粒细胞和中性粒细胞外细胞陷阱（NETs）对化疗反应的影响。3. 中性粒细胞和NETs影响放疗的反应目前对中性粒细胞在放疗（盒子2）反应中的参与机制理解仍然不完全甚至存在着相互矛盾的研究结果。研究表明，尽管放疗会在受辐射的肿瘤中招募中性粒细胞，但靶向中性粒细胞可能在放疗中产生不同的结果（图2）。在一项项研究中，报道了骨髓来源的CD11b+髓系细胞在鳞状细胞癌中接受放疗后的招募。当中性粒细胞和单核细胞都是靶点时，通过抗GR1+抗体介导的消除，中性粒细胞CD11b阳性细胞的中和改善了RT。然而在肺腺癌模型中，中性粒细胞的GLUT1（葡萄糖转运蛋白1）的增加表达和葡萄糖代谢限制了放疗的疗效。图2. 中性粒细胞和中性粒细胞外细胞陷阱（NETs）对放疗反应的影响。这些研究还指出中性粒细胞能够迅速从促肿瘤类型转变为抗肿瘤类型（反之亦然），这在放疗的疗效中起着关键作用。在路易斯肺癌（LLC）模型中，放疗激活了中性粒细胞的招募，并使其极化为抗肿瘤表型。这些中性粒细胞具有高水平的ROS，通过抑制LLC细胞中的磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）和蛋白激酶B（AKT）信号传导，起到了逆转上皮间质转化（EMT）的关键作用。此外，尽管放疗导致CD8 T细胞浸润肿瘤，但中性粒细胞的耗竭抵消了这一现象，表明中性粒细胞可以促进抗肿瘤免疫。通过同时给予中粒细胞刺激因子（G-CSF）和放疗，中性粒细胞的抗肿瘤功能得到增强。类似地，放疗引起了无菌炎症，中性粒细胞迅速而短暂地浸润到肿瘤中。这些中性粒细胞也具有较高的ROS产生，导致肿瘤细胞的凋亡。此外，这些中性粒细胞促进了肿瘤特异性T细胞的活化和招募到肿瘤部位，从而导致肿瘤的退缩。同时给予G-CSF还通过激活中性粒细胞增强了放疗介导的抗肿瘤活性。在淋巴瘤的小鼠模型中，放疗结合靶向补体抑制增强了治疗效果，通过促进肿瘤细胞的凋亡、炎症和早期中性粒细胞的浸润。中性粒细胞的耗竭完全抵消了对放疗结果的补体抑制增强效应。在一些有关NETs新作用的研究中，一些描述了NETs如何对抗放疗。如：中性粒细胞被招募到膀胱肿瘤中并形成NETs，导致对放疗的耐药性。在对抗放疗的反应中，癌细胞释放HMGB1，通过Toll受体4（TLR4）信号传导促进NETs的形成。因此，通过使用DNase I（消化NETs的DNA支架）或中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂（对抗NETs的形成）可以改善对放疗的整体反应。同时，在临床上也发现那些对放疗无反应并在放疗后病情持续的膀胱肿瘤患者中存在NETs。4. 中性粒细胞和NETs影响免疫疗法的反应肿瘤微环境（TME）通常具有抑制免疫作用，癌症免疫疗法的目标是增强免疫系统以识别和攻击癌细胞。肿瘤中免疫调节细胞（包括中性粒细胞）与免疫疗法的局限性直接相关。最近的研究表明，患者的血清和肿瘤中CXCL8/IL-8水平的升高，以及肿瘤中中性粒细胞的增加，与生存时间缩短和对免疫检查点抑制剂（ICI）的临床反应降低相关（框2）。然而，在临床前模型中，中性粒细胞在ICI疗效中发挥了双重作用，既可能对抗ICI的疗效，也可能参与ICI后对癌细胞的杀伤。图3. 中性粒细胞和NETs对免疫疗法反应的影响。最新的研究表明：NETs在免疫疗法疗效中可能发挥新的作用（图3）。有相关研究证明了NETs的免疫抑制潜力，发现在NETs中存在免疫调节性的程序性死亡配体1（PD-L1），给小鼠治疗DNase I导致肿瘤生长减缓和功能正常的T细胞水平升高。还有研究表明，使用表达DNase I的腺相关病毒（AAV）基因治疗载体在肝脏中抑制了结直肠癌向肝脏的转移的发展，并增加了肿瘤中CD8+T细胞的百分比。最近，NETs也被认为是免疫疗法效果的重要调节因子。例如，在结直肠癌异种移植模型中，使用DNase I和抗程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）治疗抑制了肿瘤的生长，而将这两种策略结合使用则具有协同效应。有观点认为，NETs的DNA结构可能作为物理屏障，限制癌细胞与具有细胞毒性的自然杀伤细胞（NK细胞）或T细胞的接触。具体而言，通过活体成像比较被NETs包围的肿瘤与无NETs的肿瘤以及细胞毒性淋巴细胞之间的关系，发现在被NETs包围的LLC肿瘤中，细胞与荧光标记的细胞毒性NK细胞和CD8+ T细胞之间被分离开，形成了肿瘤与免疫细胞之间的物理屏障。这些发现表明，NETs覆盖了肿瘤并使其免受由NK细胞和CD8+ T细胞介导的细胞毒性影响，而抑制NETs则使肿瘤对ICI更为敏感。通过光调控酶在肿瘤中局部降解NETs，打破NET屏障，增加免疫细胞毒性细胞与肿瘤细胞的接触，从而增强ICI对结直肠癌的疗效。除了NETs 在调节针对 CD8+T 细胞的免疫疗法中的作用外，NETs 还会很大程度上影响 NK 细胞疗法的疗效，并促进 HCC 的复发。因此，抑制NETs 可增强 NK 细胞的输注，以杀死癌细胞。5. 总结随着中性粒细胞在抗癌治疗中作用的不断被发现，对不同的中性粒细胞和NET靶向策略进行与已有抗癌治疗的联合临床评估正在逐步进行。然而，越来越清楚的是，中性粒细胞是一种多样化的细胞群体，展示了既促瘤又抗瘤看似矛盾的作用。值得注意的是，这种多样性也存在于NETs中，它们已经证明既可以阻碍抗癌治疗的有效性，也可以增强其有效性。确定驱动这些不同结果的因素是一个重大挑战，潜在的影响因素包括正在治疗的具体癌症类型、靶向细胞的突变谱、癌症在体内的位置以及肿瘤是原发性还是转移性。此外，不同NET亚型具有不同的分子组成，这增加了另一层复杂性。NETs结构和功能的差异可能源于触发其形成的潜在因素以及负责这一过程的信号通路。事实上，已经有证据表明不同的通路在调节NETs的形成中起不同的关键作用，靶向特定的NET亚型。因此，需要更好地对NETs及其效应细胞以及上游和下游信号通路进行分子表征研究。原文链接：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.trecan.2024.03.007识别微信二维码，添加细胞基因研究圈小编请注明：姓名+研究方向！本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(wibplib@126.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。