免疫稳态通过髓系和淋巴系反应的充分平衡来维持。包括癌症在内的慢性炎症状态中,这种平衡被破坏,原因是髓系细胞的快速扩增,无法成熟为功能性炎症细胞(中性粒细胞、巨噬细胞、树突细胞),从而导致抗肿瘤淋巴样反应的下降。
癌症相关炎症伴随造血生长因子和细胞因子的产生,招募和激活髓系前体细胞,导致持续的慢性炎症。病理性的慢性炎症会改变髓系细胞的代谢,再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,可以加剧这种代谢变化。
病理性髓系细胞生成
(pathologic myelopoiesis)
髓细胞生成增强被认为是驱动炎症性疾病,包括癌症的主要因素,其特征是
髓系祖细胞分化异常
,具有
抑制功能
的
功能障碍
的
髓系细胞积累
,包括
髓系抑制细胞(MDSCs)
、
耐受性树突细胞(tolerogenic dendritic cells,tDCs)
和
肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)
。
造血干细胞(HSCs)在癌症慢性炎症刺激下持续激活,或在急性感染或者败血症情况下过度激活,以牺牲淋巴细胞生成为代价,导致不成熟和功能失调的髓系细胞扩张,包围和耗尽抗肿瘤免疫,从而导致局部和系统性宿主免疫抑制。这种病理性的髓系细胞生成导致促疾病表型。
这是一个悖论,髓系细胞生成是机体抗肿瘤,抗感染的有生力量,但是
异常的病理性的
髓系细胞生成,却是促进疾病,促进肿瘤的。
代谢-肿瘤相关炎症-髓系细胞-免疫治疗
肥胖和脂肪组织巨噬细胞通过释放各种炎症性细胞因子和脂肪因子,激活
转录因子
(PARs、RORC1/RORγ和C/EBPβ)
,激活影响HSC的增殖和分化,来促进髓系细胞的扩张。
肿瘤细胞可以促进髓系细胞的扩张,主要是通过释放一系列的
因子(CSFs, IL-1, IL-17, 和PGE2)
,上调
转录因子(p50NF-κB、STAT3和PU-1)
。
癌细胞产生腺苷
、
VEGF
和
IL-10
可诱导iDc的肿瘤促进表型(IL-10高/IL-12低)。然后将新出现的髓系细胞招募到肿瘤部位,获得抑制剂表型(TAM、TAN、MDSC和iDC),并建立免疫抑制的肿瘤微环境(TME)。
肿瘤微环境中,
癌细胞通过氨基酸的耗尽
来积极阻碍T淋巴细胞的激活,浸润的髓系抑制细胞和癌细胞表达免疫抑制酶(
IDO、INOS和Arg1
)来协调参与此活性。特别是IDO活性,导致产生免疫抑制分解代谢物
犬尿氨酸
(kynurenine,Kyn),它能够诱导调节性T(Treg)细胞的扩张。
髓系抑制细胞进一步表达免疫检查点配体(如PD-L1),有助于抑制抗肿瘤免疫。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(insulin resistance,IR)。
值得注意的是,肥胖和某些化疗药物(如irinotecan,etoposide,和platinum)都能诱导IR,干扰能量平衡,影响T细胞的激活。然而,化疗也可以通过促进癌细胞的免疫原性细胞死亡(ICD)(如蒽环类、DNA破坏药物)和清除MDSC(如docetaxel, gemcitabine, 和 5-fluorouracil)来增强抗肿瘤免疫。
同时,对
脂肪酸氧化
的抑制显著降低脂肪酸的吸收,抑制MDSC的免疫抑制功能。总体来讲,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交叉,强烈影响了对治疗的反应。