肿瘤细胞调控中性粒细胞的“数量”和“质量”

中性粒细胞是先天免疫系统的多形核粒细胞，是对抗感染和维持组织稳态的第一道防线。它们在骨髓（BM）中分化，产生短命的细胞毒性细胞。中性粒细胞在循环中非常丰富，占人类所有外周血白细胞的∼70%，在小鼠中占∼10-20%。粗略估计，在稳定状态下，人类每公斤体重每天产生∼10亿中性粒细胞，在炎症状态下，这一数字可能扩大到100亿。中性粒细胞含有含有细胞毒性因子的颗粒，如抗菌化合物、丝氨酸蛋白酶、溶菌酶、防御素、金属蛋白酶和介导氧化爆发的酶。

肿瘤细胞分泌一些列因子调控中性粒细胞，包括数量及质量（功能）。

数量

肿瘤诱导的中性粒细胞增多，需要信号来扩大中性粒细胞祖细胞池并介导趋化性。两个对粒细胞形成至关重要的细胞因子是 G-CSF 和 GM-CSF 。

早期研究发现，高转移性肿瘤能够分泌G-CSF，刺激中性粒细胞的积累，以促进转移。肿瘤来源的G-CSF诱导骨髓产生抑制性的不成熟和成熟的中性粒细胞。

肿瘤产生G-CSF的上游可分别由巨噬细胞和T细胞提供的IL-23和IL-17调控。

Front. Immunol. 2022

肿瘤或间质细胞来源的GM-CSF在促进中性粒细胞及其祖细胞的扩张，以及促进癌症进展相关中，有类似G-CSF的作用。

这些集落刺激因子在肿瘤相关炎症中起核心作用，导致 紧急颗粒生成 。紧急颗粒生成是一种系统控制弥散性感染的促生存机制。

趋化因子受体CXCR2的激活是骨髓中中性粒细胞动员的关键事件，而骨髓的保留则受CXCR4的调控。CXCR2和CXCR4的昼夜调控，是稳态中性粒细胞通量昼夜节律模式的基础。

Front. Immunol. 2022

在人类癌症中，CXCR2配体 CXCL8（IL-8） 由各种肿瘤类型大量分泌，足以调节中性粒细胞募集和NETosis。同样， CXCR2抑制剂 可以减少黑色素瘤、乳腺癌和结肠直肠癌模型中的肿瘤相关NETs.

CXCR2抑制剂AZD5069

中性粒细胞CXCR2信号通路与CD8+ T细胞的适应性免疫反应有关，人们对结合CXCR2抑制剂的免疫治疗很感兴趣。例如，在结肠炎诱导的肿瘤发生模型中，通过CD107a、IFNɣ、Prf1和Gzmb评估，Cy6G+髓系细胞内的CXCR2信号抑制CD8+ T细胞的肿瘤杀伤功能。在小鼠口腔、肾脏和胰腺肿瘤模型中，CXCR2抑制导致中性粒细胞消耗，增加生存率、T细胞浸润和免疫治疗反应。

癌细胞内的遗传改变导致肿瘤分泌谱产生更广泛变化，并对微环境组成产生复合影响。

Tp53缺失，它对肿瘤髓系产生显著影响。在乳腺癌中，Tp53的缺失会上调WNT配体的分泌，刺激巨噬细胞产生IL-1β，介导中性粒细胞炎症，并增强转移进展。在肺癌中，Tp53缺失和Kras激活导致血液中晚期糖基化终末产物（RAGE）受体水平升高，教育远端成骨细胞，刺激长寿的致瘤性SiglecFhi中性粒细胞的扩张。

在kras驱动的胰腺癌中，Tp53的缺失刺激髓系趋化因子的产生，包括CXCR2/3配体，导致免疫抑制的CD11b+髓系细胞的募集。在前列腺癌中，Pten和Tp53缺失联合增强CXCL17的分泌和CD11b+Gr1+免疫抑制中性粒细胞的募集。

在乳腺癌模型中，Pten和Tp53的联合丢失，也与CD11b+Gr1+髓系细胞的积累有关。这些研究表明，癌细胞中Tp53的丢失，无论是单独的还是结合其他的遗传事件，都会导致伴随肿瘤进展的浸润性髓系微环境。

质量

第一个区分癌症中中性粒细胞状态的临床前研究描述了肿瘤内的N1/抗肿瘤性和N2/促瘤性中性粒细胞，TGF-β调控向N2的分化。 （Fridlender, Z.G., J. Sun, S. Kim, V. Kapoor, G. Cheng, L. Ling, G.S. Worthen,and S.M. Albelda. 2009. Polarization of tumor-associated neutrophil phenotype by TGF-beta: “N1” versus “N2” TAN. Cancer Cell. 16:183–194）

TGF-β调节促炎细胞因子和中性粒细胞趋化因子（如CXCR2配体CXCL1/2/5）的能力发挥作用，甚至可能与骨髓中的CSF协同作用。虽然TGF-β可以由肿瘤本身提供，但它也可以来自微环境来源，包括髓系细胞。

根据粒度和成熟状态，将高密度中性粒细胞（也称为“正常密度”）或低密度中性粒细胞归因于抗/促肿瘤亚群。与N2中性粒细胞一样，低密度中性粒细胞亚群由TGF-β驱动，在癌症中表现出免疫抑制特性，并与疾病恶性程度相关。

随着单细胞技术的发展，人肿瘤浸润的中性粒细胞被分为了5亚群（将来有可能更多），小鼠模型则达到6个亚群。

Immunity 2019

评价不同中性粒细胞功能，包括吞噬能力、ROS产生等。

中性粒细胞产生ROS有几种功能后果，其中之一是NETosis。在实验室模型中，与健康小鼠相比，来自白血病、乳腺癌或肺癌小鼠的中性粒细胞更容易发生NETosis。在人类中也有类似的观察报道；在食道癌、胃癌和肺癌患者中，血液中的NETs与健康个体相比升高。

早期研究表明，癌症诱导的NETs主要在循环中起作用，在那里它们促进与癌症相关的血栓形成和保护循环肿瘤细胞转移。随后的研究表明，NETs基本上影响转移级联的每一步，包括原发肿瘤的进展、侵袭和迁移、循环中的生存、次生生态位的趋化、外渗、转移定植和转移性肿瘤细胞的生长。

中性粒细胞可以在系统和在肿瘤微环境中发挥免疫抑制功能，与癌症环境中中性粒细胞的代谢重编程相关，即细胞和组织之间的营养共享被破坏，以适应快速生长的肿瘤的高能量需求。

一般认为，中性粒细胞几乎完全是糖酵解的，但也有例外，如4T1乳腺肿瘤模型中，葡萄糖限制性微环境导致中性粒细胞利用线粒体脂肪酸氧化，导致ROS产生增强、T细胞抑制、NETosis和肝转移。此外，在自发性MMTV-PyMT乳腺癌模型中，中性粒细胞分泌白三烯，以促进肿瘤生存和在转移生态位内定植。在肺癌、结肠癌和横纹肌肉瘤的小鼠模型中，以及与免疫抑制相关的患者中，也观察到中性粒细胞脂质代谢的变化。

然而，尚有一些问题没有解决，比如肿瘤如何触发NETosis？它是对癌症相关炎症的全身反应吗？

参考资料

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Quail et al. Neutrophil phenotypes and functions in cancer: A consensus statement，J. Exp. Med. 2022 Vol. 219 No. 6 e20220011

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来源：闲谈 Immunology 2023-03-02