恶性胸腔积液(malignant pleural effusion, MPE)是晚期恶性肿瘤患者常见的并发症,特别是在非小细胞肺癌(36%)、乳腺癌(26%)和淋巴瘤(13%)患者中尤为多见
[1]。MPE不仅严重损害患者的生活质量,还可能对患者生存预后产生不利影响。有研究
[2]显示:MPE患者的中位生存期通常不超过5个月,该发现显现出开发有效治疗MPE策略的紧迫性。传统的MPE治疗方法(胸腔穿刺引流和胸膜固定术等)虽然被广泛采用,但往往效果有限且复发率较高
[3]。随着肿瘤免疫疗法的兴起,治疗MPE的方法也增加了胸腔内注射细菌抗原、促炎细胞因子、溶瘤病毒或腺病毒细胞因子等免疫刺激物,然而上述方法在增强免疫反应方面效果有限,且不良反应较为严重
[4]。因此,探索新的免疫疗法对于MPE的治疗至关重要。在免疫缺陷的患者中,肿瘤细胞能够通过多种机制逃避免疫系统的监视,而细胞免疫在清除肿瘤细胞中扮演着关键角色
[5]。研究
[6]表明:CD4+T细胞在MPE的发展过程中发挥着重要作用。CD4+T细胞是MPE中的主要细胞群
[7],可分化为辅助性T细胞(T helper cell,Th)1、Th2、调节T细胞(regulatory T cell,Treg)、Th17、Th9和Th22等多种亚群
[8]。Th1和Th2细胞在MPE免疫抑制中的作用已在多项研究
[9-11]中被报道过,因此,本文主要探讨了Treg、Th17、Th9和Th22细胞以及不同Th细胞亚群在MPE进展中的作用,为MPE的免疫治疗提供新的视角和治疗策略。
1 CD4+T细胞在MPE免疫抑制中的作用
1.1 Treg细胞对MPE免疫的影响
Treg细胞起源于胸腺,在外周环境中白细胞介素(interleukin,IL)-2和转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)的作用下,从初始CD4+T细胞分化而来。该细胞亚群以其免疫应答无能和免疫抑制特性而著称,通过抑制效应性T细胞、肥大细胞、树突状细胞和B细胞等免疫细胞的活性,维持机体的免疫耐受状态
[12]。Treg细胞通过分泌免疫抑制细胞因子(IL-35、IL-10、TGF-β和IL-8)促进免疫抑制肿瘤微环境的形成。在肺癌患者的胸腔灌洗液和外周血中,Treg细胞的数量明显增加
[12],而与健康对照组比较,无MPE的肺癌患者胸腔灌洗液中Treg细胞数量差异无统计学意义
[13]。较高的Treg细胞含量与肺癌MPE患者的存活率降低有关
[14]。相反,恶性胸膜间皮瘤引起的MPE中Treg细胞数量较少
[15]。Treg细胞在胸水中的聚集是由巨噬细胞和肿瘤细胞产生的C-C类趋化因子(C-C motif ligand,CCL)22介导的
[15]。ADDALA等
[16]发现:MPE中CCL22水平远高于血清中CCL22水平。血液中的Treg细胞相较于效应T细胞,大量表达C-C趋化因子受体4(C-C chemokine receptor type 4,CCR4)、CCL17和CCL22。上述研究结果表明:MPE中Treg细胞的积累与CCL22的表达存在关联。MPE诱导Treg细胞的趋化性,该趋化性可以通过抗CCL22单克隆抗体在体外被抑制。叉头状转录因子P3(forkhead box P3,FOXP3)是Treg谱系的主要转录因子,对Treg细胞发育和免疫调节功能具有重要作用
[17]。CD4+CD25+Treg细胞在MPE刺激下转化为CD4+CD25+FOXP3+Treg细胞,其免疫抑制功能与天然Treg细胞相似
[14]。当Treg细胞与应答性T细胞共培养时,可明显抑制应答性T细胞的增殖
[14]。Treg细胞在MPE中的积聚与CCL22趋化因子的表达有关,这为开发CCL22趋化因子抑制剂,从而抑制Treg细胞的新型免疫增强策略提供了理论基础。
1.2 Th17细胞对MPE中的趋化机制和募集的影响
外周的初始CD4+T细胞在抗原刺激下分化为Th17细胞,并通过IL-23进一步扩增。Th17的发育与IL-23无关,但IL-23仍被认为是Th17维持和增殖的关键因素,其受体IL-23R在活化的Th17细胞中表达上调。IL-6、IL-21和TGF-β是促进Th17分化的关键细胞因子,其通过信号传导和转录激活因子(signal transducer and activator of transcription, STAT)3信号通路促进Th17转录调节因子的表达,引导CD4+T细胞分化为Th17谱系。STAT3信号通路的缺陷与IL-23R和Th17相关转录因子及效应细胞因子(IL-17A和IL-17F)的表达减少有关
[18]。Th17细胞产生IL-17、IL-21、IL-22、IL-26和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)等促炎细胞因子。MPE中的Th17细胞数量较外周血中高
[19],研究
[20]表明:MPE中的Th17细胞数量可以预测伴有MPE的肺癌患者的死亡风险。研究
[21]显示:与心力衰竭胸腔积液比较,伴有MPE的肺癌患者的MPE中IL-17水平升高,且IL-17水平与患有MPE的肺癌患者的生存期呈负相关关系。以上研究表明:IL-17可作为MPE预后的潜在生物标志物。
循环中的高Th17细胞水平有助于MPE中Th17细胞的募集
[22]。肿瘤细胞和肿瘤衍生的成纤维细胞产生的单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)介导Th17细胞募集到MPE中
[23]。同时,MPE中的CCL20和CCL22含量较血清中高,且Th17细胞高表达CCL22和受体CCR4及CCL20的受体CCR6
[23]。抗CCL20和抗CCL22单克隆抗体单独或组合在体外可明显削弱MPE诱导的Th17细胞趋化性,其中组合使用表现出更明显的抑制效果。因此,CCL20和CCL22在诱导Th17细胞募集到MPE中起着关键作用
[24-25]。总之,MPE中Th17细胞数量的增加与高CCL20和CCL22水平有关,Th17细胞可能成为生物标志物和治疗靶点。
1.3 Th9细胞对MPE的影响
Th9细胞在过敏性疾病中扮演着关键角色,其能够产生IL-9,从而促进过敏性炎症的发生。Th9细胞的谱系稳定性尚未完全明确
[26],在肺癌患者的MPE中,Th9细胞的数量减少,而MPE中Th9细胞水平的升高则预示着肺癌患者的生存期较短
[27]。在黑色素瘤患者的MPE中,Th9细胞数量增加,使用Th9细胞抑制剂治疗后,胸膜黑色素转移瘤的颜色由黑变白,MPE也随之减少
[28]。MPE中的Th9细胞表现出效应记忆型T细胞的特征,具有高CD45RO表达、低CD45RA和CD62L表达
[29]。研究
[30]显示:只有使用肿瘤特异性的Th9细胞才能有效治疗晚期肿瘤,并且不出现复发。Th9细胞除了能够直接靶向并杀伤表达特异性抗原的肿瘤细胞外,还具有其他类型T细胞所不具备的特性。其可以通过刺激肿瘤中的单核细胞释放Ⅰ型干扰素,进而激活宿主自身的免疫系统,杀伤抗原丢失的肿瘤细胞,实现对肿瘤的彻底根除。目前,这种能够激活强大自身免疫系统杀伤能力的T细胞仅在Th9细胞治疗中被发现
[31]。
1.4 Th22细胞对MPE的影响
在TNF-α、IL-6和IL-1β的刺激下,初始 CD4+T细胞可分化为Th22细胞。尽管IL-22是Th22细胞的标志性细胞因子,Th22细胞也能分泌IL-13
[32]。IL-22已被证实与多种疾病有关,包括皮肤、肠道和关节的黏膜相关感染及炎症性疾病
[33]。Th22细胞分泌的IL-22参与调控上皮细胞的稳态,促进上皮细胞的再生和修复,维持肠道、肺和皮肤屏障的完整性。IL-22广泛参与细胞增殖和细胞周期的多种信号通路
[34]。在非小细胞肺癌并发MPE的病例中,血清中IL-22的表达水平较高,表明IL-22的过表达可能与肺癌的发生发展有关
[34]。肺癌患者MPE中的Th22细胞数量增加,IL-1β、IL-6和TNF-α均可明显增强Th22细胞的分化
[35],而2种或3种上述细胞因子的组合对Th22细胞分化的促进作用更为明显。同时,γ干扰素(interferon-gamma,IFN-γ)通过抑制分化减少Th22细胞的数量,并减少由其他细胞因子刺激的Th22细胞数量增加。多数MPE中的Th22细胞表现出效应记忆T细胞的特征,其高表达CD45RO及低表达CD45RA和CD62L
[36]。Th22细胞可能通过CCL20-CCR6、CCL22-CCR4和/或CCL27-CCR10轴被募集到MPE中
[37]。研究
[38]显示:IL-22的缺失会加重葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结直肠癌。然而,IL-22对癌症发生发展的调控机制尚未完全阐明。研究者利用乳腺癌和肺癌MPE模型小鼠,探究IL-22/IL-22R1信号轴对MPE进展的影响,结果表明:IL-22不影响乳腺癌和肺癌模型小鼠原发肿瘤的生长,但IL-22
-/-小鼠癌细胞转移减少,MPE量也减少。
综上,Th22细胞在与癌症相关的MPE中扮演着关键的调节角色,其释放的IL-22分子与疾病的进展有着密切的联系。
2 Th细胞互作在MPE中的调控机制
2.1 Treg细胞在MPE中对Th17细胞生成和分化的抑制作用
在肺癌患者的MPE中,Treg细胞和Th17细胞数量均有所增加,MPE中Treg细胞如何调节Th17细胞的生成和分化已成为研究的热点。TGF-β能够刺激初始CD4+T细胞中的FOXP3表达,从而促进其转化为Treg细胞
[39],表明Treg细胞可能以TGF-β依赖性方式影响Th17细胞的发育。OIDA等
[40]研究发现:较高的Treg/Th17比率与肺癌MPE患者的中位生存时间较短有关。尽管MPE中Treg和Th17细胞的数量均增加,但Treg细胞的增加幅度大于Th17细胞
[41]。与肺癌患者比较,MPE患者血液中Treg/Th17比率更低,表明Th17与Treg细胞之间可能存在动态的相互作用
[42]。胸膜Treg细胞表达Src样衔接蛋白(Src-like adaptor protein,SLAP),与初始CD4+T和Treg细胞共培养导致Th17细胞数量减少,而Treg细胞数量增加;抗SLAP单克隆抗体的应用可使Treg细胞数量减少
[43]。因此,MPE中Treg细胞可能以SLAP依赖性方式抑制Th17细胞的产生和分化。
2.2 Th17与Th1细胞的相互作用及其在MPE中的调控作用
在肺癌MPE中,Th17细胞数量与Th1细胞数量呈正相关关系
[41]。在MPE小鼠模型中,与野生型小鼠比较,IFN-γ
-/-小鼠MPE中Th17细胞数量明显增加,存活率升高。而IL-17
-/-小鼠MPE中Th1细胞数量增加,存活率降低。体外实验
[42]表明:IFN-γ缺陷通过抑制STAT3途径促进Th17细胞分化,而IL-17缺陷通过抑制STAT1途径促进Th1细胞分化。上述研究结果表明:在MPE小鼠模型中,IFN-γ抑制Th17细胞的分化,而IL-17抑制Th1细胞的分化。IL-17抑制MPE形成并提高小鼠存活率,而IFN-γ促进MPE形成并导致小鼠死亡
[44]。Toll样受体2和Toll样受体4可以通过调节Th细胞的产生、分化及功能来促进或抑制MPE的发展
[45]。
2.3 Th9细胞在MPE中对Treg细胞功能的增强及对Th17细胞分化的诱导作用
IL-9通过激活STAT3和STAT5,增强Treg细胞的功能并诱导Th17细胞分化
[46]。IL-17促进MPE中Th9和Th2细胞分化,抑制MPE形成,并以IL-9依赖的方式提高小鼠存活率
[47]。Th9细胞数量与Th17细胞数量呈负相关关系,而Th9细胞数量与Treg细胞数量呈正相关关系,Th9细胞的分化是Treg细胞通过上调转录因子PU.1的表达以SLAP依赖方式促进的。上述研究结果表明:TGF-β是Th9和Th17细胞的关键调节因子。
2.4 Th9细胞在MPE中对Treg细胞功能的提升及Th17细胞分化的影响
IL-9通过与其受体相互作用,在肺腺癌细胞系A549和SK-MES-1细胞中促进STAT3的丝氨酸727位(Ser727)磷酸化,而IFN-γ则倾向于在STAT1的酪氨酸701(Tyr701)处磷酸化
[48]。IL-9可通过STAT3信号激活促进肺癌细胞增殖,而STAT3信号激活可被IFN-γ抑制。IFN-γ还可通过激活STAT1信号传导诱导A549细胞凋亡
[47]。IL-9和IL-17可通过STAT3信号激活促进A549细胞迁移,而IFN-γ可通过STAT1信号激活抑制A549细胞迁移
[47]。总之,Th9和Th17细胞与癌细胞迁移到胸膜间隙有关。在腹部恶性肿瘤中,肿瘤细胞黏附于间皮,该过程由细胞黏附分子[细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)和血管细胞黏附因子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)]介导。IL-9和IFN-γ上调胸膜间皮细胞(pleural mesenchymal cells,PMCs)和癌细胞上黏附分子的表达,增强肺癌细胞对PMCs的黏附。STAT抑制剂可以消除对肺癌细胞的上述作用,表明IL-9-STAT3或IFN-γ/ STAT1途径可以介导肺癌胸膜转移
[48]。体外迁移实验
[49]证实:MPE和培养的干细胞培养上清液都可以诱导Th9细胞的迁移,并且抗CCL20 mAb可明显抑制MPE或上清液刺激Th9细胞趋化的能力。
总之,Th9细胞及其分泌的IL-9在调节MPE中的细胞增殖、迁移和黏附方面发挥关键作用。上述细胞通过激活特定的信号通路,影响肺癌细胞的生物学行为,进而可能在肿瘤的胸膜转移过程中扮演重要角色。
2.5 Th22细胞及其细胞因子IL-22在MPE中的调控作用
A549细胞高表达IL-22R,MPE IL-22可明显促进A549细胞增殖。而IFN-γ抑制A549细胞增殖,并抑制IL-22介导的A549细胞增殖的增强。IL-22过表达保护肺癌细胞免于凋亡,这是通过STAT3激活和细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)1/2失活实现的
[48]。在另一项研究
[47]中未观察到IL-22对A549细胞凋亡存在影响,但IL-22完全阻止IFN-γ诱导的A549细胞凋亡。MPE IL-22在PMCs上清液的激活下增强A549细胞迁移,支持了胸膜Th22细胞可能在癌细胞迁移到MPE中起作用的结论。而IFN-γ能显著抑制A549细胞的迁移。恶性胸膜转移过程中的一个重要步骤是癌细胞黏附于PMCs。
在腹部恶性肿瘤中,肿瘤细胞黏附于间皮是通过细胞黏附分子实现的。ICAM-1和VCAM-1在PMCs及A549细胞上高表达,IL-22和IFN-γ可以通过上调ICAM-1、VCAM-1和白细胞功能相关抗原1(Leukocyte function associated antigen-1,LFA-1)的表达,明显增强A549细胞与PMCs的黏附。上述研究显示:Th22细胞和IL-22上调在人类胸膜恶性环境的癌细胞免疫调节中起重要作用。
2.6 B细胞在MPE中对Th1和Th17细胞的调控作用
MPE中初始B细胞是主要的B细胞亚群,并且其在MPE中的表达水平明显高于外周血液和脾脏中的同类细胞,特别是在CD80、CD86、CD44、CD69和PD-L1等分子的表达上。初始B细胞的活化状态与CD4+T细胞的分化和增殖紧密相关,而CD4+T细胞在MPE的发展中扮演着关键角色。MPE的形成机制涉及到初始B细胞对Th1和Th17细胞反应的调节作用
[47],这一点在疾病的进程中尤为重要。
2.7 IL-10在MPE中对Th1和Th17细胞的调控作用
除Th17细胞外,γδT17细胞在MPE发展中也表现出抑制作用,IL-10可以抑制MPE中γδT17细胞的积聚。IL-10抑制Th1细胞分化,并通过CXCR3-CXCL10信号抑制Th1和Th17细胞向胸膜间隙的运输,从而促进小鼠MPE的发展并加速MPE相关死亡
[44]。上述研究结果表明:IL-10以miR-7116-5p依赖的方式积极促进G蛋白偶联受体55(G protein-coupled receptor 55,GPR55)的表达。此外,IL-10以ERK信号通路依赖的方式抑制GPR55介导的Th1细胞扩增,导致MPE加重
[42]。
3 MPE的免疫治疗策略
随着肿瘤免疫疗法的兴起,肿瘤被分为“热”肿瘤和“冷”肿瘤两类。“热”肿瘤对免疫治疗有更好的反应性,而“冷”肿瘤由于存在大量免疫抑制细胞和细胞因子,对免疫疗法的反应较差。MPE属于“冷”肿瘤的范畴,因此,将“冷”肿瘤转变为“热”肿瘤成为肿瘤免疫治疗的新策略
[3]。过继性免疫细胞疗法(adoptive cell therapy,ACT)是一种从患者体内采集肿瘤反应性淋巴细胞,在体外扩增培养后,再输回患者体内进行治疗的方法;通过该方式,反应性T细胞能够通过识别和靶向肿瘤相关抗原(tumor-associated antigen,TAA)来根除肿瘤,从而产生强烈的肿瘤免疫反应。ACT是临床应用最成熟的治疗方式之一,而嵌合抗原受体T细胞疗法(chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy,CAR-T)的应用取得了令人满意的治疗效果。目前的第4代嵌合抗原受体含有核因子活化T细胞(nuclear factor of activated T cells,NFATs),能够诱导大量细胞因子(IL-12、IL-9和IL-22)的产生,以调节MPE肿瘤微环境
[32]。胸膜腔肿瘤特异性免疫应答具有激发潜力,因此胸腔免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors,ICIs)、免疫细胞治疗和免疫基因疗法也备受关注。ICI治疗涉及程序性死亡受体1(programmed cell death protein 1,PD-1)/程序性死亡配体1(programmed cell death-ligand 1,PD-L1)和细胞毒性T淋巴细胞相关抗原-4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4,CTLA-4)的药物
[43]。胸膜腔内注射抗PD-1单克隆抗体可能在MPE及原发瘤治疗中有效,可增强局部细胞毒性T细胞活性。研究
[44]显示:通过胸膜腔内注射抗PD-1药物,对一些病例有积极的治疗效果。在胸腔内应用树突状细胞疫苗和肿瘤浸润淋巴细胞可能有效控制MPE。胸腔内应用含有腺病毒介导的单纯疱疹病毒胸苷激酶(adenovirus-mediated herpes simplex virus thymidine kinase,ADV/TK)基因疗法表现出良好的效果和耐受性,MPE患者中疾病控制率达71%
[45]。CTLA-4是一种抑制性受体,可下调T细胞活化的初始阶段。在MPE中,当CTLA-4从细胞质动员到T细胞表面时,其与抗原呈递细胞(antigen-presenting cells,APCs)上的受体CD80和CD86结合
[46]。目前,伊匹木单抗(Ipilimumab)是美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准的唯一一种抗CTLA-4抗肿瘤药物。当PD-1与其配体PD-L1和PD-L2结合时,会特异性地将T细胞受体(T cell receptor,TCR)移出中央超分子活化簇,减少T细胞存活并抑制T细胞增殖和IFN-γ、TNF-α及IL-2的产生
[47]。PD-1抗体(nivolumab和pembrolizumab)和2种PD-L1抗体(atezolizumab和durvalumab)已用于治疗非小细胞肺癌MPE。
总之,免疫治疗正在成为MPE治疗中重要的治疗手段,包括ACT和胸腔内免疫治疗在内的多种研究方法,正在为MPE患者带来新的治疗希望和选择。上述治疗方法可通过激活和增强机体的抗肿瘤免疫反应,为改善MPE患者的预后提供了新的可能性。
4 结语和展望
ICIs通过恢复T细胞的功能,对免疫抑制肿瘤微环境产生影响,为癌症治疗开辟了新途径。在MPE的治疗中,ICIs的应用正逐渐成为研究的热点。本文综述了Treg、Th17、Th9和Th22等不同Th细胞亚群之间的相互作用,并探讨了其在MPE中的作用,为ICIs治疗MPE提供了新的思路。尽管已有研究对MPE中的免疫抑制性肿瘤微环境进行了探索,但仍有许多未知领域有待深入研究。特别是CD8+T细胞在MPE中的作用尚未得到充分研究,其在抗肿瘤免疫反应中扮演着重要角色。此外,B细胞在MPE形成中的潜在机制也值得进一步探索。B细胞不仅能够产生抗体,还能通过分泌细胞因子和呈递抗原等方式影响其他免疫细胞的功能,从而在肿瘤免疫中发挥作用。调节性B细胞对MPE发病机制中Th细胞功能和分化的影响,以及巨噬细胞M1和M2亚群与Th细胞之间的作用与MPE预后的相关性,都是未来研究的重要方向。对MPE亚细胞群的全面了解对于未来MPE的诊断和治疗至关重要。随着对MPE微环境中免疫细胞和细胞因子相互作用的深入理解,有望开发出更有效的治疗策略,如靶向特定免疫细胞或细胞因子的免疫疗法。结合局部治疗(胸腔内注射药物)等和全身治疗(ICIs)的联合疗法也可能为MPE患者提供更好的治疗效果。MPE的免疫微环境与多种因素有关,包括肿瘤类型、肿瘤负担和先前治疗历史等。因此,未来MPE的治疗策略需要个体化,以适应不同患者的具体需求。随着免疫治疗和抗血管生成治疗的不断发展,MPE患者的治疗前景将更加光明。