综述：利用中性粒细胞可塑性：从机制见解到肿瘤治疗学

《Cancer Letters》：Harnessing Neutrophil Plasticity: From Mechanistic Insights to Oncology Therapeutics

　　

摘要：中性粒细胞是癌症进展的动态调节因子，而非短暂的旁观者。在肿瘤微环境（TME）中，肿瘤相关中性粒细胞（TANs）呈现出异质性的、依赖于环境的表型，远远超出了传统的N1/N2二分法。近年来的单细胞和空间转录组学见解揭示，细胞因子、基质、代谢和表观遗传学信号共同调控了这种显著的TAN可塑性。一旦被激活，TAN衍生的蛋白酶、活性氧（ROS）和中性粒细胞胞外陷阱（NETs）驱动血管生成、免疫逃逸、转移和治疗抵抗。相反，特定的TAN亚群可以直接杀伤肿瘤细胞、呈递抗原并与适应性免疫协同作用。本综述综合了TAN招募、异质性、代谢和表观遗传重编程以及细胞间串扰的最新突破。此外，研究人员评估了靶向分子信号和NET形成的治疗策略，以及新兴的重编程或工程化中性粒细胞的方法，例如嵌合抗原受体工程化中性粒细胞（CAR-Ns）。最后，研究人员讨论了当前临床转化的障碍，并概述了如何实现中性粒细胞状态的环境依赖性调节，以在TAN靶向肿瘤治疗中保留必要的宿主防御。

2. TANs的招募（Recruitment of TANs）
肿瘤微环境（TME）通过多种机制有效招募中性粒细胞。临床中，高外周血中性粒细胞与淋巴细胞比率（NLR）与多种癌症的不良预后相关，包括肝癌、肺癌和结直肠癌（CRC）。肿瘤来源的趋化因子是TAN招募的主要介质，其中C-X-C趋化因子受体1和2（CXCR1和CXCR2）在中性粒细胞表面高表达，可结合TME中的CXCL1、CXCL2、CXCL5、CXCL6、CXCL7和CXCL8/白细胞介素-8（IL-8）等配体。缺氧环境进一步诱导CXCR2特异性配体的表达。肿瘤来源的细胞因子如IL-1α、IL-17、IL-1β和肿瘤坏死因子（TNF）也驱动中性粒细胞动员和积累。此外，肿瘤分泌的粒细胞集落刺激因子（G-CSF）促进骨髓中中性粒细胞的产生和释放。其他替代招募机制包括代谢重编程，例如Pannexin 1（PANX1）通道介导的ATP输出、脂质代谢紊乱（如低密度脂蛋白（LDL）和氧化LDL（ox-LDL）积累）以及肿瘤衍生细胞外囊泡（EVs）的作用。组氨酸富集糖蛋白（HRG）在肝细胞癌（HCC）中可通过结合Fc gamma受体I（FCγRI）抑制中性粒细胞招募。

3. TANs的亚型和表型极化（Subtypes and phenotypic polarization of TANs）
3.1 单细胞技术揭示的功能异质性（Functional Heterogeneity Unveiled by Single-Cell Technologies）
TANs表现出广泛的表型可塑性，超越了经典的N1/N2二分法。单细胞RNA测序（scRNA-seq）揭示了多种转录上不同的亚群，例如在非小细胞肺癌（NSCLC）中发现的HLA-DR⁺CD74⁺ TANs具有抗原呈递能力，以及SiglecF^lowCD74^high TANs。在结直肠癌（CRC）中，CD177⁺亚群抑制肿瘤发生。RNA速度分析表明，中性粒细胞最初在SMAD3（mothers against decapentaplegic homolog 3）激活下呈现N2表型，而SMAD3敲除后转向N1状态。代谢重编程也参与其中，如缺氧驱动的CD71⁺中性粒细胞通过组蛋白乳酰化（Kla）上调精氨酸酶1（ARG1）表达，增强免疫抑制功能。空间转录组学进一步揭示了TAN亚群在肿瘤区域的特异性分布。

3.2 细胞因子驱动的极化（Cytokine-driven polarization）
细胞因子在TAN极化中起关键作用。转化生长因子-β（TGF-β）信号驱动中性粒细胞向促肿瘤表型极化，其特征为高表达ARG1、C-C趋化因子配体2（CCL2）、血管内皮生长因子（VEGF）和CD206，低表达Fas、细胞间黏附分子1（ICAM-1）、TNF-α和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）。干扰素-γ（IFN-γ）则诱导抗肿瘤极化。G-CSF和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）也调控中性粒细胞成熟和分化。肿瘤细胞凋亡可释放IL-8，促进TAN向促肿瘤表型转变。

3.3 其他TME组分驱动的极化（Polarization driving by other TME components）
代谢改变（如缺氧、葡萄糖缺乏、酸性pH和脂质富集）调控TAN代谢重编程。缺氧条件下，活性氧（ROS）和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）驱动TAN积累，而缓解缺氧可增强其肿瘤杀伤表型。脂质丰富环境中，中性粒细胞通过信号转导和转录激活因子3/5（STAT3/STAT5）信号上调脂质转运受体，向促肿瘤表型倾斜。肿瘤来源的外泌体（如CRC干细胞分泌的三磷酸RNA）可重编程中性粒细胞。程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）阳性的癌细胞可直接结合中性粒细胞表面的PD-L1，抑制其细胞毒性。微生物影响，如系统性β-葡聚糖暴露可诱导训练性粒细胞生成，产生具有增强抗肿瘤活性的中性粒细胞。

4. TANs的促肿瘤功能（Pro-tumor functions of TANs）
4.1 促进慢性炎症（Promotion of Chronic Inflammation）
中性粒细胞通过持续释放细胞毒性氧化剂（如ROS和活性氮（RNS））诱导DNA损伤和基因组不稳定性。IL-8和IL-6可促进微卫星不稳定性（MSI）。中性粒细胞分泌的生长因子包括肝细胞生长因子（HGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）、表皮生长因子（EGF）和ARG1，促进肿瘤生长。此外，脂质运载蛋白2（LCN2）增强乳腺癌干细胞的自我更新能力，中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）通过降解胰岛素受体底物-1（IRS-1）加速肺癌细胞生长。

4.2 促进肿瘤血管生成（Promotion of Tumor Angiogenesis）
TANs通过产生髓过氧化物酶（MPO）、VEGF、BV8和HGF等促血管生成因子促进肿瘤血管生成。dcTRAIL-R1⁺ TANs定位于肿瘤核心的糖酵解和缺氧区域，发挥强促血管生成作用。中性粒细胞胞外陷阱（NETs）在胃癌和胆管癌中促进血管增殖。基质金属蛋白酶-9（MMP9）和NE通过降解细胞外基质（ECM）释放VEGF，进一步促进血管生成。

4.3 抑制抗肿瘤免疫（Suppression of Antitumor Immunity）
TANs通过多种机制抑制T细胞功能。中性粒细胞衍生的ARG1耗竭细胞外L-精氨酸，ROS（特别是过氧化氢H₂O₂）损害T细胞活化。IL-1β增强促肿瘤炎症环境，前列腺素E2（PGE2）通过诱导肿瘤细胞中吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）表达抑制CD8⁺ T细胞免疫。TANs上调PD-L1，通过PD-1/PD-L1轴抑制T细胞，同时表达Fas配体（FasL）和PD-L2。TANs还可招募调节性T细胞（Tregs），形成免疫抑制微环境。NETs通过代谢重编程增强Treg分化。γδ-T17细胞分泌IL-8、TNF-α和GM-CSF，促进多形核髓源性抑制细胞（PMN-MDSCs）的招募。中性粒细胞还抑制自然杀伤（NK）细胞功能，并释放CCL2、CCL3和CCL4吸引单核细胞和树突状细胞。NET来源的组织蛋白酶G（CTSG）可截短CCL15，放大单核细胞迁移。癌症相关成纤维细胞（CAFs）通过IL-6-STAT3轴招募PD-L1⁺中性粒细胞，延长其寿命。

4.4 促进肿瘤侵袭和转移（Promotion of Tumor Invasion and Metastasis）
4.4.1 ECM重塑（ECM Remodeling）
中性粒细胞释放多种基质降解蛋白酶，如NE通过ERK信号促进CRC迁移。组织蛋白酶C（CTSC）间接重塑ECM，CTSG促进肿瘤细胞播散。Mac-1和L-选择素的相互作用促进转移。IL-8增强TAN浸润并调节内皮屏障，促进肿瘤细胞外渗。CAFs衍生的淀粉样β蛋白促进NETs形成，形成正反馈环。

4.4.2 NETs形成（NETs formation）
肿瘤细胞通过分泌IL-8和IL-17刺激NETs形成。NETs作为细胞外网状结构，捕获循环肿瘤细胞（CTCs），通过β1-整合素相互作用促进转移。NETs通过TGF-β激活促进胃癌和乳腺癌转移，并通过IL-1β-NETs-TGF-β轴促进上皮-间充质转化（EMT）。NET-DNA通过CCDC25受体激活ILKβ-parvin信号，增强细胞运动。在胰腺导管腺癌（PDAC）中，NETs通过IL-1β/EGFR/ERK通路促进EMT。MMP8和MMP9重塑ECM。NETs还可上调HIF-1α，增强肿瘤干细胞特性。

4.4.3 转移前龛（Pre-metastatic niches）
中性粒细胞可建立转移前龛。HCC中HRG下调促进NETs介导的肺转移。CTSC通过激活蛋白酶3（PR3）和IL-1β加工，促进NETs形成和肺转移。在乳腺癌中，肺间充质细胞通过PGE2促进中性粒细胞脂质积累，增强转移定植。肿瘤来源的IL-26放大转移灶炎症反应。

4.5 TME中的代谢重编程（Metabolic Reprogramming in TME）
间隙连接蛋白β3（GJB3）形成通道，将cAMP从PDAC细胞转移到TANs，诱导极化。乌头酸脱羧酶1（Acod1）通过产生衣康酸维持TAN存活和免疫抑制。脂肪酸转运蛋白2（FATP2）促进花生四烯酸摄取和PGE2合成。肺间充质细胞通过抑制脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）导致中性粒细胞中中性脂质积累。脾脏中性粒细胞向糖酵解代谢重编程，消耗葡萄糖抑制T细胞。在化疗耐药乳腺癌中，抗肿瘤中性粒细胞中酰基转移酶MOAT1表达降低，增加多不饱和脂肪酸（PUFA）摄取，易发生铁死亡。

5. TANs的抗肿瘤活性（Anti-tumor activities of TANs）
5.1 ROS和细胞毒性分子（ROS and Cytotoxic Molecules）
中性粒细胞通过ROS激活TRPM2通道，诱导致命Ca²⁺内流杀伤肿瘤细胞。MET受体激活后产生iNOS，释放一氧化氮（NO）杀伤肿瘤细胞。中性粒细胞释放颗粒酶B（GZMB）和穿孔素，穿孔素形成跨膜孔，GZMB进入细胞质启动凋亡。NE可切割CD95死亡结构域，选择性破坏肿瘤细胞。

5.2 死亡受体信号通路的激活（Activation of Death Receptor Signaling Pathways）
激活的中性粒细胞表达FasL和TNF相关凋亡诱导配体（TRAIL），结合肿瘤细胞表面的Fas（CD95）、DR4和DR5受体，形成死亡诱导信号复合体（DISC），激活caspase-8，启动凋亡。

5.3 吞噬作用（Phagocytosis）
中性粒细胞通过Fc gamma受体（FcγRs）和补体受体（CRs）识别并吞噬调理素化的靶标。完整肿瘤细胞吞噬有限，但可通过trogocytosis摄取抗体调理的膜片段，导致trogoptotic死亡。

5.4 中性粒细胞与免疫细胞的协作（Neutrophil Collaboration with Immune Cells）
中性粒细胞可作为抗原呈递细胞（APCs），表达共刺激分子如OX40配体（OX40L）、4-1BB、CD54和CD86，增强CD8⁺ T细胞活化。TANs通过诱导非常规αβ T细胞（UTCαβ）促进抗肿瘤免疫。NE可触发CD8⁺ T细胞介导的远隔效应。IFN-γ增强中性粒细胞ROS和NO产生。CpG寡核苷酸（CpG-B）瘤内注射可激活中性粒细胞，进而激活树突状细胞（DCs）和T细胞。中性粒细胞分泌乳铁蛋白和α-防御素，促进APC招募和T细胞浸润。IL-12刺激中性粒细胞释放IFN-γ。

5.5 NETs的环境依赖性抗肿瘤功能（Context-dependent Anti-tumor Functions of NETs）
化疗或BCG诱导的NETs可抑制肿瘤生长，通过增强肿瘤细胞凋亡或直接靶向肿瘤细胞。IFN-γ诱导的NETs增强肿瘤细胞杀伤，并提高抗PD-1免疫治疗疗效。

6. 基于中性粒细胞的抗癌策略：开发与治疗潜力（Neutrophil-based anti-cancer strategies: development and therapeutic potential）
6.1 中性粒细胞激活策略（Strategies for neutrophil activation）
6.1.1 细胞因子类治疗（Cytokine-Based Therapeutics）
G-CSF可上调Fc gamma受体I（FcγRI），增强中性粒细胞抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）。但G-CSF也可能促进肿瘤进展。

6.1.2 抗体类治疗（Antibody-Based Therapeutics）
TNF联合抗CD40单克隆抗体（mAb）和抗gp75抗体，可增强中性粒细胞细胞毒性，实现肿瘤清除。人源化版本（TNF、抗CD40 mAb和抗EGFR mAb）在体外有效诱导肺癌细胞破坏。

6.1.3 纳米颗粒和工程化中性粒细胞（Nanoparticles and Engineered Neutrophils）
纳米材料可精确调控中性粒细胞功能，如多糖酸（PSA）修饰的纳米复合物（AM-PIC）利用中性粒细胞迁移递送药物。中性粒细胞膜包被的纳米颗粒靶向递送Toll样受体7激动剂。嵌合抗原受体工程化中性粒细胞（CAR-Ns）在胶质母细胞瘤模型中展示抗肿瘤活性，可装载纳米药物，通过免疫突触杀伤肿瘤细胞，并在凋亡后释放药物。

6.2 抑制促肿瘤中性粒细胞的策略（Strategies for inhibition of pro-tumor neutrophils）
6.2.1 靶向TGF-β（Targeting TGF-β）
TGF-β驱动TANs向N2极化。抑制策略包括小分子抑制剂（如galunisertib抑制SMAD2磷酸化）、中和抗体（如1D11增强中性粒细胞细胞毒性）和反义寡核苷酸（ASOs）。

6.2.2 靶向CXCR2（Targeting CXCR2）
CXCR2在TAN招募中关键。抑制剂SB225002减少促表型TAN浸润，增强顺铂疗效。阻断CXCR2可抑制PDAC中中性粒细胞动员。PAD4抑制剂JBI-589下调CXCR2表达，抑制中性粒细胞趋化，增强免疫检查点抑制剂疗效。

6.2.3 靶向NETs（Targeting NETs）
PAD4是NETs形成的关键调节因子，抑制剂（如GSK484、Cl-amidine）在实验中抑制NETs形成。天然化合物如表没食子儿茶素-3-没食子酸酯和二氢丹参酮I（DHT）可阻断NETs形成。IL-17中和可抑制NETs并克服PD-1耐药。DNase I（如重组人DNase I）降解NETs，减少血栓体积。纳米技术靶向NETs，如CCDC25展示的脂质体递送DNase I，或阳离子聚天冬氨酸破坏NETs-DNA与CCDC25相互作用，抑制转移。光控递送DNase I的纳米平台增强免疫检查点疗效。

7. 展望与挑战（Perspectives and challenges）
中性粒细胞在癌症中发挥双重作用，但研究面临挑战。TANs异质性和多样性需要精确表征。激活策略和抑制策略均存在潜力，但需注意NETs在抗菌防御中的必要性。人类和小鼠中性粒细胞在标记物和效应功能上存在差异，需验证。CAR-Ns治疗仍处于临床前阶段，面临成熟中性粒细胞终末分化、寿命短、基因转移困难等挑战。体内CAR工程化需要细胞选择性递送和可控表达。未来需结合单细胞技术和空间转录组学，设计生物标志物指导的组合方案，以最大化抗肿瘤疗效同时保留宿主防御。

8. 结论（Conclusions）
中性粒细胞在癌症免疫治疗中既是挑战也是机遇。其双重促肿瘤和抗肿瘤角色需要选择性调控策略。整合单细胞技术、空间转录组学和跨学科合作，将有助于释放中性粒细胞治疗潜力，将其从治疗障碍转化为有效效应细胞。