综述：肿瘤相关中性粒细胞的可视化与靶向：面向精准肿瘤学的先进成像、治疗性重编程与基于细胞的递送策略

《Cancer Letters》：Visualizing and Targeting Tumor-Associated Neutrophils: Advanced Imaging, Therapeutic Reprogramming, and Cell-Based Delivery for Precision Oncology

　　

**摘要**

肿瘤相关中性粒细胞（TANs）正日益被认为是癌症进展和治疗反应的异质性和情境依赖性调节因子。中性粒细胞通过细胞因子分泌、蛋白酶释放、氧化活性以及中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）的形成，重塑肿瘤微环境（TME），并影响免疫调节、血管生成、侵袭和转移。分子成像技术的最新进展使得可以选择性地在体内监测与中性粒细胞相关的分子过程，包括光学成像、光声成像、化学发光成像和磁共振成像等方法。这些方法包括中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）活性响应成像、NETosis相关成像以及髓过氧化物酶（MPO）活性响应成像。这些检测信号提供了关于中性粒细胞相关分子活性的空间和时间分辨信息，当与互补的细胞学、组织学和功能性分析相结合时，有助于更稳健地表征其潜在的细胞来源和生物学功能。与此同时，针对中性粒细胞的疗法旨在限制其募集、抑制或重编程促肿瘤功能，并抑制NET形成或促进NET清除。中性粒细胞及中性粒细胞衍生材料也被开发为药物递送平台，包括活的或工程化中性粒细胞、中性粒细胞膜包被纳米载体以及细胞外囊泡。本综述总结了这些领域的最新进展，并讨论了成像检测信号与生物学解释、候选干预措施、确认性评估、治疗效果及安全性的关系。尽管目前的证据仍以临床前研究为主且具有情境依赖性，但将分子成像与细胞表型分析、功能验证和纵向预后评估相结合，可能支持更加精准和自适应的以中性粒细胞为中心的策略用于精准肿瘤学。

**引言**

越来越多的证据表明，癌细胞并非孤立存在，而是与细胞外基质（ECM）、基质细胞和浸润的免疫细胞群动态互动，这些成分共同构成了TME。这些细胞之间的相互作用，连同ECM来源的信号和可溶性介质，建立了慢性炎症、免疫抑制和促血管生成的环境，支持肿瘤生长和免疫逃逸[1], [2]。肿瘤细胞及其周围基质还释放趋化因子和细胞因子，将循环中的中性粒细胞募集到肿瘤组织中[3]。

中性粒细胞是循环中最丰富的白细胞，传统上被认为是参与急性炎症的短寿命固有免疫细胞。如今，它们已被认识到是肿瘤起始、进展、转移和抗肿瘤免疫的重要调节因子[3], [4]。大量证据表明，肿瘤组织中经常富含TANs[5]。在TME内，TANs表现出显著的表型和功能可塑性。尽管它们的活动传统上被描述为抗肿瘤N1型和促肿瘤N2型表型，但这些类别代表的是启发性的功能终点而非稳定的中性粒细胞谱系。N1样状态与直接杀伤肿瘤细胞和促进抗肿瘤免疫反应相关，而N2样状态则可支持血管生成、免疫抑制、上皮-间质转化（EMT）、ECM重塑和转移前生态位形成[6], [7]。单细胞研究进一步揭示了N1/N2框架之外的多种转录状态和分化轨迹，中性粒细胞状态组成在不同癌症类型和组织区室间存在差异，并受治疗重塑[8], [9]。

除分泌细胞因子调节TME外，TANs还可释放由染色质脱氧核糖核酸（DNA）、组蛋白和颗粒蛋白组成的网状结构，即NETs[10]。NETs的释放通常称为NETosis；然而，它并不总是代表活性氧（ROS）依赖的裂解性细胞死亡形式。裂解性和非裂解性NET释放，以及ROS依赖性和非ROS依赖性途径均已被描述[11], [12], [13]。多种肿瘤来源因子已被证明可诱导NET形成[14], [15], [16], [17]。NETs被证实参与多种促肿瘤活动：促进肿瘤细胞增殖[14], [15], [16]，增强肿瘤细胞黏附、侵袭和远处转移[18], [19]，刺激血管生成和血栓形成，以及促进肿瘤免疫逃逸[20], [21]。相反，在某些条件下，NETs也可通过诱导恶性细胞凋亡而表现出抗肿瘤效应[22], [23], [24]。数十年来，中性粒细胞对肿瘤免疫的贡献被严重低估，这很大程度上是因为它们传统上被视为短寿命免疫细胞[25]。随着单细胞转录组学和活体成像技术的出现，TANs和NETs的异质性和情境依赖性功能日益明显，尽管将特定中性粒细胞状态与肿瘤进展和治疗反应联系起来的大量机制仍不完全清楚。因此在空间和时间上界定这些过程，对于开发更具选择性的以中性粒细胞为导向的诊断和治疗策略具有重要意义。

在精准肿瘤学时代，实时监测TAN和NET动态对癌症诊断和治疗具有重要意义。越来越多的临床证据表明，部分患者对免疫治疗反应不佳或出现免疫相关不良事件，凸显了评估肿瘤免疫状态和治疗结果的迫切需求[26]。常规临床计算机断层扫描（CT）、超声（US）和常规磁共振成像（MRI）主要用于解剖和结构评估，尽管这些模态的功能和分子应用，尤其是MRI，也已被应用[27]。靶向性和可激活的分子探针可通过在体内报告与中性粒细胞积累、颗粒酶活性和细胞外DNA释放相关的特定特征来补充这些方法[28], [29]。

几篇最近的综述已考察了中性粒细胞异质性和可塑性、NET生物学、中性粒细胞靶向癌症治疗以及中性粒细胞药物递送[30], [31], [32]。以成像为重点的综述总结了直接细胞标记、放射性核素和表面标记方法、中性粒细胞功能活性的选定探针以及潜在的临床应用[33], [34]。然而，由于这些综述的文献覆盖范围主要截止于2021-2022年，它们并未涵盖此后可激活探针在检测与中性粒细胞相关的酶活性和NET相关分子信号方面的扩展。相反，近期关于TAN生物学和中性粒细胞治疗药物的综述主要关注细胞异质性、促肿瘤机制、免疫治疗、表型重编程或载体工程，但并未系统地将这些主题与体内功能成像相结合[32], [35], [36]。

因此，有必要进行更新综合，因为中性粒细胞丰度本身并不能定义其功能状态[37]。中性粒细胞募集、颗粒酶活性、NET形成和治疗诱导的功能变化是相关但不同的生物学过程，不能从单一成像检测信号推断出来[38], [39], [40]。近期，已有越来越多的荧光、光声、化学发光和磁共振成像探针被报道，可检测NE、组织蛋白酶G（CG）和MPO的活性，或细胞外DNA相关信号[41], [42], [43], [44], [45], [46]。与此同时，新方法不断涌现，用于限制中性粒细胞募集、抑制或重编程促肿瘤中性粒细胞功能、抑制NET形成或促进NET清除，以及利用中性粒细胞或中性粒细胞衍生材料进行药物递送[47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54]。在概述TANs和NETs的异质性和情境依赖性功能后，本综述聚焦于三个相关领域：中性粒细胞及NET相关信号的分子成像；TAN募集、表型状态和效应功能的治疗性调节，以及NET形成和清除；基于活或工程化中性粒细胞、中性粒细胞膜和中性粒细胞衍生细胞外囊泡的药物递送系统。对于成像研究，我们将每个探针直接检测到的分子信号与从该信号推断出的中性粒细胞状态或NET相关过程区分开来。通过将这三个领域整合在一起，本综述旨在阐明当前在中性粒细胞为中心的肿瘤学中可以被测量、靶向或利用的内容，以及以临床前证据为主的研究在特异性、安全性和转化局限性方面的问题。综述的总体结构总结于图1。

**章节摘要**

**TANs的功能极化和双重作用**

中性粒细胞占人体所有循环白细胞的50-70%，是最丰富的免疫细胞，作为抵御感染和组织损伤的第一道防线，参与广泛的免疫和炎症反应[55], [56], [57]。近期研究表明，中性粒细胞是TME的关键组成部分，在肿瘤起始、进展和转移中发挥重要作用[58], [59]。TME通过各种细胞因子和信号通路募集TANs。

**中性粒细胞相关酶活性和NETs的分子成像**

中性粒细胞是肿瘤免疫微环境（TME）的动态组成部分，其丰度、空间分布、激活状态、脱颗粒和NET形成的变化可伴随肿瘤进展和治疗干预而发生改变[128], [129]。分子成像通过检测中性粒细胞相关酶、蛋白水解活性和细胞外结构，实现了这些变化的纵向和原位监测，从而以空间分辨的方式补充常规终点分析。

**靶向中性粒细胞的肿瘤治疗**

在TME中，TANs和NETs对肿瘤进展和免疫治疗反应具有重要影响[12]。TANs的积累与肿瘤侵袭、免疫抑制和治疗抵抗密切相关；NETs通过捕获循环肿瘤细胞（CTCs）和重塑基质促进转移和癌细胞"复活"[12], [116]。因此，靶向中性粒细胞的促肿瘤效应、恢复其抗肿瘤功能、破坏或抑制NET形成，可能具有潜在的治疗价值。

**结论与展望**

中性粒细胞在肿瘤内表现出显著的可塑性，不同亚群发挥相反的功能[57]。部分中性粒细胞可直接杀伤癌细胞（即所谓的"N1样"或抗肿瘤中性粒细胞），而另一些（"N2样"或促肿瘤中性粒细胞）则促进血管生成、转移和免疫抑制[6]。这种双重性使治疗策略变得复杂。例如，靶向CXCL8-CXCR1/2轴或耗竭中性粒细胞可缓解促肿瘤炎症，但...

**CRediT作者贡献声明**

Deng-Bin Wang：审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。Aoyu Liu：初稿撰写、可视化、调查研究。Chunting Wang：验证。Cuiying Zhu：验证。Dian Chen：审阅与编辑。Yuelin Huang：审阅与编辑。Youqun Lai：审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。Defan Yao：审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。

**投稿声明**

作者声明：
所描述的工作除预印本、摘要、已发表演讲、学术论文或注册报告外，尚未公开发表。
本文章未在其他地方接受审阅发表。
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**生成式AI使用声明**

作者在撰写本文过程中未使用生成式AI或AI辅助技术。文中提及的GPT-4仅作为研究方法论中的研究工具使用，所有撰写、解释、验证和最终编辑均由作者完成。

**利益冲突声明**

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

本工作得到国家自然科学基金（82471976, 92159203, 82472039）、上海市科委探索者计划（24TS1415300）、上海东方英才计划领衔项目（LJ2024078）以及上海交通大学医学院附属新华医院"攀峰计划"建设项目（XKPF2024C200, XKPF2024C201, XKPF2024C202）的支持。

Aoyu Liu, Dian Chen, Yuelin Huang, Chunting Wang, Cuiying Zhu, Jingjing Hu, Ling Zhan, Youqun Lai, Defan Yao, Dengbin Wang
上海交通大学医学院附属新华医院放射科，上海 200092，中国