肿瘤是“种子”(癌细胞)在适宜“土壤”(间质)中生长的结果；间质在肿瘤的发生和发展过程中均起着关键作用。髓系(来源)细胞，包括单核/巨噬细胞、树突状细胞和粒细胞等，是肿瘤间质细胞的重要组分(占一半以上)。髓系细胞虽然在外周血或正常组织中均具有抗肿瘤功能；但在大多数实体瘤中，它们非但不能清除肿瘤，反而主动抑制免疫应答并促进肿瘤进展。这些现象说明：肿瘤微环境可通过“教育”髓系细胞来改变其功能表型，进而诱导免疫耐受和帮助肿瘤进展；但确切机制目前尚不清楚，尤其是关于人体肿瘤的研究就更少。因此，本课题以临床肿瘤样本为基础，结合体外实验和动物模型，系统地研究了肿瘤微环境对髓系细胞表型和功能的影响和调控机制，及其潜在临床意义。获得以下主要结果： 1.肿瘤细胞产生的可溶性分子通过诱导单核细胞的短暂预活化，来诱导产生免疫抑制表型的巨噬细胞(macrophages，Mψ)。多种不同类型的实体瘤细胞培养上清(tumor culture supernatants，TSN)在与单核细胞培养6天后，均能使其分化成为免疫抑制表型的Mψ。但是，动态实验的结果表明，单核细胞在接触TSN的早期首先发生短暂的“预活化”，随后转入“抑制/耐受”状态。一些不能引起单核细胞“预活化”的TSN，并不能产生免疫抑制表型Mψ。与此相应，Mψ在临床肿瘤样本的不同区域呈现出独特表型。Mψ在癌旁间质中的体积较小并高表达HLA-DR；而在癌巢中则多呈免疫抑制表型。我们还鉴定出透明质酸(hyaluronan，HA)片段是多种肿瘤产生的一个共同分子，来动态“教育”单核巨噬细胞。该“动态调控”过程很可能代表了一种新型肿瘤免疫编辑的机制：实体瘤细胞分泌可溶性因子，利用正常单核细胞迁移/分化的时空特性，使它们在迁移早期(在肿瘤边缘)就被"预活化"，从而避免了它们对肿瘤的伤害：而等它们到达癌巢时已被"钝化"并抑制局部的抗肿瘤免疫应答，帮助肿瘤生长。 2.肿瘤细胞产生的可溶性分子可诱导单核细胞分化成为耐受表型的半成熟树突状细胞(dendritic cells，DC)，并诱导自体T细胞的CD3ε下调及凋亡。单核细胞在组织中除了能分化成Mψ之外，也可分化成DC。我们发现，肿瘤细胞分泌的可溶性因子可显著抑制单核细胞向DC的分化，并诱导产生耐受表型的半成熟DC(tolerogenic semimature DC，TDC)。TDC与T细胞接触后，能够快速下调T细胞表面的CD3ε和TCRα/β表达，并诱导其凋亡。与体外实验的结果相符，我们在多种实体瘤的癌巢中都观察到免疫抑制表型DC的聚集，并伴随着T细胞CD3ε表达下调和凋亡的现象。该T细胞功能失常是由TDC与淋巴细胞接触后释放的可溶性因子引起的，但是与小鼠模型的结果不同，该过程并不依赖精氨酸酶、IDO、iNOS、和IFN-γ，而与活性氧相关。 3.癌旁间质中活化的单核细胞通过表达PD-L1(B7-H1)来诱导免疫逃逸并促进肿瘤进展。我们在第一部分工作中发现Mψ在癌旁间质中多呈活化状态，本实验室的研究结果证明：这些活化的Mψ与癌巢中的抑制表型Mψ均可促进肿瘤进展。因此，我们以原发性肝癌为模型研究这些活化单核/巨噬细胞的作用，结果发现：癌旁间质中的单核/巨噬细胞能够表达大量的PD-L1(又称B7-H1)分子，但在癌巢中则多为阴性。肿瘤浸润PD-L1+单核细胞的数量与肝癌患者的临床分期、转移复发以及患者死亡率成正相关。体内和体外实验的结果均证实：肿瘤通过刺激活化单核细胞，使其自分泌产生TNF-α和IL-10等细胞因子来诱导PD-L1的表达，进而有效的抑制肿瘤特异性T细胞应答并促进肿瘤生长。这些结果表明：肿瘤可在单核细胞向肿瘤组织迁移的早期，通过诱导其活化产生的细胞因子来上调其PD-L1分子，从而在肿瘤组织中起着介导"免疫活化"向"免疫耐受"转变的桥梁作用。 4.癌旁间质中活化的单核细胞能促进记忆表型Th17细胞增殖。本实验室早前已发现：Th17细胞在肝癌组织中聚集并可通过促进血管生成来加速肿瘤进展。组织中的T细胞免疫应答主要受APC调控，而单核巨噬细胞是肿瘤组织中数量最多的APC。我们首先发现肝癌组织中的IL-17+细胞主要分布于癌旁间质区域，其数量与该区域的单核/巨噬细胞的数量呈正相关。在体内，癌旁间质的单核巨噬细胞多呈活化的表型；与此相应，我们在体外实验发现：与抑制表型的M(φ)相比，肿瘤活化的单核细胞具有更强的诱导记忆表型Th17细胞增殖的能力，而且这些扩增的Th17细胞在表型上更接近于肿瘤组织中分离的Th17细胞(约半数同时表达IFN—γ)。此外，我们还鉴定出其中的主要调节因子。这些结果揭示了在肿瘤微环境中，多种免疫细胞通过其精密的相互协调作用，来调控Th17细胞在局部的增殖和表型。 5.Th17细胞诱导粒细胞向肿瘤组织的趋化，并促进肿瘤侵袭边缘的血管生成。除了单核/巨噬细胞外，粒细胞也是间质髓系细胞的重要成分。我们发现：肝癌组织中的粒细胞也主要聚集于癌旁间质区域，其数量与患者预后呈负相关，并受到该区域IL-17+细胞(Th17细胞)的调控。在肝癌的间质细胞中，粒细胞分泌MMP9的功能最强。体外实验发现：粒细胞来源的MMP9能刺激肿瘤细胞产生促血管因子，并加快血管生成。与此相符，我们观察到邻近间质的肿瘤区域微血管极为丰富，而远离间质的区域血管较少；间质中粒细胞的密度与肿瘤侵袭边缘VEGF的表达和局部微血管进展呈正相关。选择性地去除荷瘤小鼠体内的粒细胞能有效抑制肿瘤的生长及癌巢边缘的微血管生成。 主要结论和意义：以往关于肿瘤免疫的研究大多集中于免疫抑制，并通常将肿瘤组织作为一个整体来考虑。但是，与小鼠模型不同，人类实体肿瘤常可分为多个不同的区域，包括癌巢、侵袭边缘和癌旁间质等，各自具有独特的组成和功能特性。我们的研究结果发现：1)肿瘤可利用单核巨噬细胞迁移和分化的时空特性，来对其进行“动态的教育”；换言之，在同一肿瘤中的单核巨噬细胞可根据其所在的独特区域(微环境)而呈现出不同的功能/表型。2)除了我们熟悉的免疫抑制之外，肿瘤还会诱导单核巨噬细胞的“活化”来帮助肿瘤进展；这些活化的单核巨噬细胞一方面通过诱导Th17细胞增殖和粒细胞浸润等来促进炎症反应和血管生成，同时还通过表达PD—L1等来抑制抗肿瘤免疫应答，从而将局部的炎症反应“化剑(抗肿瘤免疫)为犁(血管生成和组织重塑)”，最终促进肿瘤的生长。这些结果将有助于我们以新的思路(不恰当免疫活化)来探讨免疫应答在肿瘤进展过程中的作用，并为将选择性调控“炎症反应的内容”发展成为新型临床肿瘤干预手段奠定理论基础。