《Frontiers in Immunology》：Mucosal immunity in cancer metastasis: roles, mechanisms, and therapeutic implications
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这篇前沿综述系统地阐述了粘膜免疫在癌症转移中的核心调控网络。文章整合了最新研究，揭示了“微生物-肿瘤共生体”如何通过劫持共同粘膜免疫系统(CMIS)，重塑肠道-肺、肠道-肝、肠道-脑等关键轴，驱动转移前微环境形成、促进循环肿瘤细胞(CTCs)存活并调控远端器官的肿瘤休眠与再激活。本文不仅阐明了从局部粘膜屏障破坏到系统性免疫重编程的动态过程，还提出了基于重塑粘膜微环境的抗转移干预新框架，为理解转移复发机制和开发靶向疗法提供了全新视角。
1 引言
虽然原发肿瘤的治疗近年来取得了显著进展，但肿瘤转移仍是导致大多数癌症患者死亡的根本原因，约占全球癌症死亡病例的90%以上。在肿瘤发生发展的研究中，肿瘤微环境扮演着关键角色，其概念从对微环境的被动描述，逐渐演变为一个由微生物群落、细胞外基质和免疫调控共同塑造的动态生态系统。在这个不断发展的理论框架中，粘膜组织占据着独特而重要的位置。
粘膜免疫是指位于屏障表面（主要是胃肠道和呼吸道）的特化免疫系统，它在抵御病原体和耐受共生微生物之间维持着微妙的平衡。本综述主要关注起源于这些粘膜上皮的癌症，例如结直肠癌(CRC)、非小细胞肺癌(NSCLC)、胃癌、鼻咽癌(NPC)和唾液腺肿瘤，以及经常利用粘膜免疫轴转移至肺、肝、脑等远处器官的其他系统性恶性肿瘤。源自粘膜上皮的原发肿瘤（如结直肠癌、非小细胞肺癌和鼻咽癌）通常保留了其组织来源的“粘膜印记”特征。这是一种编程过程，细胞通过其原始粘膜微环境获得组织特异性归巢受体和代谢适应，这种特征随后指导了它们的器官特异性播散。这种印记的实现并非仅依赖于肿瘤细胞自身的行动，而是由肿瘤细胞与其胞内微生物群落（“微生物-肿瘤共生体”）组成的功能单元共同实现的，而宿主粘膜免疫系统为该共生体的生存、定植和适应性进化提供了关键的微环境支持。
在传统免疫学中，共同粘膜免疫系统(CMIS)被认为是维持粘膜稳态的重要生理屏障。然而，在肿瘤转移过程中，这个系统可能被肿瘤细胞利用，成为促进肿瘤转移和扩散的媒介。在机制层面，粘膜免疫印记为播散的肿瘤细胞(DTCs)提供了定向归巢信号和微环境许可。例如，循环肿瘤细胞(CTCs)异常表达与淋巴细胞肠道粘膜归巢相同的通路（如整合素α4β7和趋化因子受体CCR9），从而被导向粘膜相关器官。此外，粘膜组织中富含具有免疫抑制功能的调节性T细胞(Tregs)和白细胞介素-10(IL-10)等免疫抑制细胞因子，这在一定程度上为转移性肿瘤细胞及其共生微生物提供了一个免疫豁免微环境。
越来越多的证据表明，肿瘤微生物组是这一动态生态系统中非细胞自主性的调节因子和组成部分。瘤内微生物群通过驱动免疫抑制、促进上皮-间质转化(EMT)和增强循环肿瘤细胞适应性，在远处转移灶的定植中充当关键的辅助因子。研究表明，不仅肿瘤细胞参与了转移过程，原发病灶内的瘤内微生物也作为功能成分伴随肿瘤转移。除了对肿瘤细胞自身的影响，肿瘤相关微生物还在塑造免疫介导的转移前微环境中发挥作用，尤其是在肺和肝等粘膜相关器官。这一过程常伴随髓系细胞的聚集和中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)的形成，这种由染色质和颗粒蛋白组成的网状结构可有效捕获CTCs，促进其在远处器官的滞留和后续增殖。
综上所述，粘膜免疫系统不仅为转移细胞定植提供了“土壤”，还在转移通路选择、免疫平衡建立和肿瘤休眠维持中发挥重要调节作用。
2 粘膜免疫破坏驱动转移性播散
研究表明，对于发生在胃肠道和呼吸道等粘膜表面的肿瘤，粘膜区域的转移和扩散本质上是局部粘膜免疫平衡被破坏的结果。这一过程可分解为三个关键组成部分：常驻微生物群、粘膜特异性免疫程序和受原发组织调控的肿瘤细胞，它们都在转移中发挥着至关重要的调节作用。首先，粘膜免疫屏障的破坏导致微生物入侵，形成微生物-肿瘤共生体。在乳腺癌和结直肠癌中的研究表明，特定细菌物种（如具核梭杆菌）在原发粘膜肿瘤及其远处转移灶中同时被检测到，表明它们与肿瘤细胞发生了系统性共迁移。这种共生单元的形成加剧了局部和全身性的免疫紊乱。全身性的免疫耐受使得该共生单元能够在循环中存活并逃避清除。进一步，远处的粘膜免疫被重编程，以塑造允许转移细胞定植和生长的转移前生态位，从而创造出有利于肿瘤转移的微环境。
2.1 粘膜免疫屏障失效许可微生物入侵和共生生态位形成
源自粘膜组织的肿瘤转移并非偶然现象，其根源在于机体抵御微生物的生理屏障功能丧失。这些屏障包括粘膜免疫屏障和上皮结构屏障。在肿瘤发展早期，溃疡性结肠炎、结直肠癌和胃癌中观察到的短链脂肪酸(SCFAs)耗竭会破坏上皮免疫稳态，导致紧密连接成分（如闭合蛋白和闭锁小带蛋白-1[ZO-1]）和桥粒蛋白（如桥粒芯蛋白-2[DSG2]）下调，细胞间隙增大。除了破坏粘膜屏障结构，SCFAs的耗竭还可通过表观遗传调控影响上皮防御功能。同时，肿瘤相关粘液层的病理重塑促进了细菌生物膜的形成，使微生物得以在免疫缺陷区域积聚，进一步增强其穿透基底膜的能力。
免疫屏障功能的衰退会进一步加剧这一过程。一些细菌可分泌IgA1蛋白酶，降解粘膜表面的分泌型IgA(SIgA)，从而削弱粘膜免疫的防御功能。随着IgA免疫屏障功能的减弱，微生物发生选择性迁移，使得诸如具核梭杆菌等微生物能够通过凝集素依赖机制穿透基底膜，侵入肿瘤细胞内部。对大规模泛癌数据分析揭示，肿瘤内的细菌群落主要由某些癌症类型特有的细胞内定植菌主导。在胰腺癌和结直肠癌中，这些细菌群落主要分布于恶性细胞及其周围基质的免疫微环境中。当微生物进入肿瘤细胞内部后，会形成一个保护性的胞内微环境，帮助它们抵抗宿主体液免疫的攻击，同时也为肿瘤细胞提供特定的生存优势。入侵的细菌可主动调节宿主细胞的自噬过程和抗凋亡信号通路，从而有效防止自身被溶酶体降解。这种机制确保了微生物能够在细胞内长期稳定共存，为粘膜屏障破坏和肿瘤细胞转移创造了有利条件。
2.2 系统性免疫耐受使微生物-肿瘤共生体在循环中存活
成功建立细胞内定植后，微生物与肿瘤细胞形成共生单元，促进肿瘤转移。这一过程不仅涉及肿瘤细胞自身的内在重编程，还涉及粘膜免疫耐受状态向循环系统的异常延伸。研究表明，与肿瘤相关的细菌可调控宿主miRNAs的表达并激活炎症信号通路，从而启动上皮-间质转化程序。这使得上皮来源的乳腺癌细胞获得更强的迁移潜能和干细胞样特征。空间转录组学分析进一步表明，富含细菌的肿瘤区域形成了一个高度结构化的微环境，它能主动排斥细胞毒性CD8+T细胞，从而建立局部免疫豁免区，帮助肿瘤细胞逃避血管系统的免疫监视。
当共生单元进入循环系统后，异常激活的粘膜免疫程序使其得以存活。通常，在前列腺腺癌和慢性淋巴细胞白血病中，作为粘膜防御前线的IgA浆细胞可在肿瘤微环境中被重编程，转而表达程序性死亡配体1(PD-L1)和IL-10等具有免疫抑制作用的分子，从而削弱抗肿瘤T细胞反应，促进肿瘤细胞全身播散。此外，通过由分泌型IgA构成的“粘膜伪装层”，微生物-肿瘤共生体可模拟良性共生菌，并利用宿主对粘膜抗原的免疫耐受来逃避免疫系统中自然杀伤(NK)细胞的识别。肿瘤相关的糖基化过程进一步增强了这种免疫耐受。如前列腺癌和其他转移性恶性肿瘤的研究所强调，异常的细胞表面唾液酸化修饰可激活NK细胞和其他免疫效应细胞上的抑制性Siglec受体，从而主动抑制细胞毒性反应，将粘膜免疫耐受状态延伸至全身循环系统。上述机制表明，源自粘膜的肿瘤全身转移不仅依赖于经典的免疫逃逸，其更深层的本质在于粘膜免疫耐受的病理重塑，而这种重塑最初旨在维持宿主与微生物群落之间的稳态平衡。
2.3 粘膜免疫重编程塑造跨器官的转移前生态位形成
虽然异常的粘膜免疫耐受使肿瘤细胞得以在循环中暂时存活，但肿瘤转移的成功取决于远处靶器官是否拥有允许其定植的免疫微环境。对于源自粘膜的肿瘤，转移前微环境的形成是系统性粘膜免疫重编程的结果。通过共同粘膜免疫系统(CMIS)，源自某一粘膜部位的免疫紊乱可传播至彼此解剖学上相距甚远的器官，从而使转移过程倾向于发生在特定部位。
这一过程的核心机制在于粘膜器官基本免疫抑制状态的失衡。原发性粘膜菌群紊乱可导致肠道来源的免疫调节代谢物耗竭，随后通过全身性免疫调节通路，远程改变肺部免疫细胞的功能状态。这种持续性免疫抑制信号的减弱降低了先天免疫反应的激活阈值，从而创造了有利于肿瘤细胞滞留和存活的炎症微环境。临床数据显示，粘膜恶性肿瘤常与粘膜相关淋巴组织(MALT)淋巴瘤共同发生。在乳头状甲状腺癌和结肠腺癌中观察到的这种共病现象，证实了不同粘膜部位免疫状态的系统性关联，进一步证明慢性粘膜免疫紊乱促进了适于肿瘤转移的全身性微环境的形成。此外，微生物-肿瘤共生体可通过免疫检查点通路实现免疫逃逸，例如在结直肠癌中，非发酵杆菌的外膜蛋白Fap2是抑制性受体TIGIT的高亲和力配体，而TIGIT广泛表达于自然杀伤细胞和肿瘤浸润淋巴细胞表面。Fap2的表达可激活TIGIT-ITIM信号轴，抑制免疫细胞的细胞毒性效应，从而保护转移性肿瘤细胞免受免疫介导的清除。
上述免疫抑制微环境可进一步募集并极化先天免疫细胞，促进肿瘤细胞的免疫逃逸。微生物来源的信号，例如来自瘤内微生物群的信号，可触发中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)的形成。例如，在结直肠癌中，具核梭杆菌的成分已被证明可诱导NETosis，从而促进循环肿瘤细胞的捕获并增强局部免疫抑制状态。上述研究结果表明，粘膜器官内转移前微环境的形成受系统性免疫重编程的调控，这表明粘膜免疫在决定肿瘤转移的器官特异性方面起着至关重要的作用。
3 转移前对粘膜免疫监视的抢先拆除
研究表明，在携带细菌的循环肿瘤细胞到达远端器官之前，靶组织中的粘膜免疫监视机制已启动了主动重编程。远端器官的重塑由原发肿瘤部位的微生物-肿瘤共生单元驱动。该单元通过将肿瘤衍生物、微生物代谢物和含有细菌成分的外泌体释放到体循环中，实现对远端器官的免疫调控。粘膜器官并非独立的免疫隔离单元，它们通过共同粘膜免疫系统相互连接。这个系统作为一个分布式信号网络，可以协调不同屏障组织之间的免疫反应。肿瘤细胞劫持了这一网络，利用来自胞内细菌的病原体相关分子成分和肿瘤来源的外泌体，将局部粘膜免疫失调状态转移并转化为远处器官的特定免疫耐受。因此，在肿瘤细胞实际发生转移之前，来自乳腺癌模型和涵盖肺、结直肠、胰腺癌等恶性肿瘤的综合综述证据表明，特定的粘膜免疫系统轴（包括肠道-肺轴、肠道-肝轴和肠道-脑轴）已成为降低靶器官免疫监视能力的通道，为肿瘤转移铺平了道路。因此，转移前已存在的微环境的形成，并非由肿瘤细胞增殖触发的被动反应，而是一个预先建立的免疫重塑过程。在此过程中，粘膜屏障的完整性、免疫系统的效应功能和基质的正常反应逐渐减弱。这种粘膜免疫控制的早期失调，为后续肿瘤细胞的定植、存活和增殖提供了有利的局部环境。
3.1 肠道-肺轴：对肺部粘膜免疫监视的抢先代谢性拆除
作为粘膜肿瘤转移的主要靶器官，肺在共同粘膜免疫系统中扮演着关键角色。由于长期受肠-肺轴信号的调控，肺部的粘膜免疫系统对远处肠道菌群的破坏具有高度敏感性。在源自粘膜的恶性肿瘤中，微生物-肿瘤共生体可通过肠-肺轴破坏肺部的免疫监视功能，正如在慢性阻塞性肺疾病(COPD)研究中所示，为后续的转移定植创造了有利条件。
肠-肺免疫沟通的基本机制主要是在慢性阻塞性肺疾病等慢性炎症性疾病模型中建立的，揭示出丁酸等短链脂肪酸可通过激活GPR43信号通路和抑制组蛋白去乙酰化酶的活性，促进调节性T细胞的激活，同时抑制树突状细胞的成熟，从而使肺部形成更强的免疫耐受状态。肿瘤相关微生物群的失调可导致上述代谢物减少，从而破坏由这些代谢物维持的免疫抑制状态。肺组织中的巨噬细胞和成纤维细胞被激活，发挥促炎和促纤维化作用。同时，来自色氨酸代谢的芳香烃受体(AhR)数量也会减少。正如在过敏性气道炎症和呼吸道抗病毒免疫研究中观察到的，这不仅破坏了肺粘膜屏障的完整性，还干扰了由先天淋巴细胞(ILCs)维持的免疫平衡。当肠道屏障功能受损时，短链脂肪酸介导的免疫调节功能减弱和依赖AhR的粘膜屏障功能丧失会进一步加剧，从而导致全身性免疫失衡。这些代谢紊乱的共同作用干扰了肺部的粘膜免疫监视功能，使其更容易受到细菌和抗原的侵袭。
在发生代谢性免疫崩溃的同时，肺血管的微环境也发生了重塑。由于肠道通透性增加，脂多糖等微生物产物可进入体循环，引发持续的慢性炎症，正如急性肺损伤研究所示。这种炎症反应导致血管内皮粘附分子（如VCAM-1、ICAM-1和E-选择素）表达水平增加，使肺微血管内壁具有高粘附性。这为肿瘤细胞的定植创造了条件，这一现象在结直肠癌和COVID-19中均有观察到。此外，血液循环中支链氨基酸水平的升高，将进一步增强血管内壁的粘附性。
同时，肿瘤细胞的重编程导致肺血管微环境的免疫监视能力下降。来自原发肿瘤粘膜部位的微生物产物通过血流输送，驱动中性粒细胞在肺部聚集。正如真菌菌群失调和过敏性气道疾病研究所示，肠道菌群的破坏激活了CX3CR1+单核吞噬细胞，进一步加速了中性粒细胞的富集。在肺转移模型中，这些被募集到肺的中性粒细胞通常会形成中性粒细胞胞外诱捕网。这种结构不仅像网一样捕获肿瘤细胞，还阻断了自然杀伤细胞和CD8+T细胞的杀伤行动，建立起一个局部免疫屏障区。
与此同时，适应性免疫监视功能也遭到破坏。来自中性粒细胞和髓系细胞因子的细胞外信号可促进调节性B细胞(Bregs)的扩增，而B细胞分泌的IL-10可有效抑制效应T细胞的免疫反应。同时，由菌群失调引起的全身信号紊乱损害了在肺粘膜中起关键监视作用的免疫细胞（如粘膜相关恒定T细胞[MAIT]和γδT细胞），并破坏了促炎性Th17细胞与抑制免疫的调节性T细胞之间的平衡。这些变化共同削弱了肺部的抗肿瘤免疫能力，创造了利于肿瘤转移的局部微环境。
3.2 肠道-肝轴：肝脏免疫耐受与纤维化重塑
作为门静脉回流的主要免疫和代谢过滤器官，在转移性肿瘤细胞到达之前，肝脏的免疫监视能力就已经被削弱了。通过肠-肝轴通路，粘膜免疫失调产生的信号经由门静脉循环传递，从而在转移发生之前系统性地重编程了肝脏的免疫力。
在结肠癌中，肠道血管屏障的破坏导致肠道细菌、微生物代谢物和肿瘤来源的外泌体持续进入门静脉，从而引发并维持慢性的门静脉炎症状态。在持续慢性炎症刺激下，肝脏固有的库普弗细胞进入内毒素耐受状态，从负责抗菌监视的模式转变为以高表达转化生长因子-β和白细胞介素-10为特征的免疫抑制性M2样表型。这种变化主动降低了肝脏的免疫监视功能，使其从一个过滤异常细胞的器官转变为循环肿瘤细胞可以存活并停留的早期场所。肠道菌群失衡产生的代谢信号进一步强化了这种免疫耐受状态。具体而
