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免疫系统的稳态依赖于髓系和淋巴系反应的适当平衡。在包括癌症在内的慢性炎症状态中,这一平衡被打破,主要原因是髓系细胞的快速扩增无法转化为具备功能的炎症细胞(如中性粒细胞、巨噬细胞和树突细胞),从而导致抗肿瘤淋巴反应的削弱。
癌症相关炎症常伴随着造血生长因子和细胞因子的产生,这些因子能够招募并激活髓系前体细胞,导致持续的慢性炎症。病理性的慢性炎症可以改变髓系细胞的代谢,加上肿瘤细胞竞争必需的营养物质以及缺氧诱导的代谢重编程,会进一步加剧这种代谢变化。
病理性的髓系细胞生成是驱动炎症性疾病(包括癌症)的主要因素,其特征是髓系细胞异常分化和功能失调,导致髓系抑制细胞(MDSCs)、耐受性树突细胞(tDCs)和肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的积累。受到癌症慢性炎症刺激的造血干细胞(HSCs)持续活跃,或者在急性感染或败血症情况下过度活跃,这会以降低淋巴细胞生成为代价,导致不成熟和功能失常的髓系细胞扩展,进而抑制抗肿瘤免疫。这一过程导致宿主局部和全身性的免疫抑制及促疾病表型。
尽管髓系细胞生成本应增强机体的抗肿瘤和抗感染能力,但异常的病理性髓系细胞生成反而促进了疾病和肿瘤的发展。
肥胖和脂肪组织的巨噬细胞通过释放各种炎症性细胞因子和脂肪因子,激活一系列转录因子(例如PARs、RORC1/RORγ和C/EBPβ),从而促进髓系细胞的扩张。肿瘤细胞可以通过释放一些因子(如CSFs、IL-1、IL-17和PGE2)上调转录因子(如p50NF-κB、STAT3和PU-1),进一步促进髓系细胞扩展。
癌细胞产生的腺苷、VEGF和IL-10会导致iDc的肿瘤促进表型(IL-10高/IL-12低),招募新出现的髓系细胞到肿瘤部位,并获得抑制性表型(TAM、TAN、MDSC和iDC),从而建立免疫抑制的肿瘤微环境(TME)。在这个微环境中,癌细胞通过氨基酸的耗尽阻碍T淋巴细胞的激活,并通过与浸润的髓系抑制细胞表达免疫抑制酶(如IDO、INOS和Arg1)来协调这种活动。IDO特别通过产生免疫抑制代谢物犬尿氨酸(kynurenine,Kyn),导致调节性T细胞(Treg)的扩张。
髓系抑制细胞进一步表达免疫检查点配体(如PD-L1),抑制抗肿瘤免疫。肥胖的代谢也促使巨噬细胞从“M2样”转变为“M1样”,导致炎症驱动的胰岛素抵抗。
值得注意的是,肥胖和某些化疗药物(如伊立替康、足叶乙甙和铂类药物)能够诱导胰岛素抵抗,干扰能量平衡,影响T细胞激活。然而,一些化疗药物通过促进癌细胞的免疫原性细胞死亡(如蒽环类、DNA破坏药物)和清除MDSC(如多西他赛、吉西他滨和5-氟尿嘧啶)来增强抗肿瘤免疫。
此外,对脂肪酸氧化的抑制显著降低了脂肪酸的吸收,抑制了MDSC的免疫抑制功能。总体而言,宿主的代谢状态、肿瘤代谢、癌症炎症和骨髓生成输出质量的相互作用强烈影响了对治疗的反应。
简评:髓系细胞自身是“好细胞”,但在癌症驱动的情况下,这些髓系细胞无法正常发育并在富含腺苷和IDO的环境中存活,最终成为助长癌细胞的“坏细胞”。正所谓“近朱者赤,近墨者黑”。
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