灸治肿瘤——基于肿瘤微环境的考察

文献来源（引用本文）

李星星, 冒金锋, 朱子龙, 等. 灸治肿瘤——基于肿瘤微环境的考察. 上海针灸杂志, 2023, 42(4): 409-414.

作者信息

李星星¹, 冒金锋², 朱子龙¹, 吴奂汐¹, 陈美云¹, 赵裕沛¹, 邹兰亭¹, 张建斌¹

1 南京中医药大学第二附属医院(江苏省第二中医院), 南京 210172

2 上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院, 上海 200437

文献摘要

    艾灸疗法在肿瘤治疗中的应用已得到国内外研究者的关注,尤其在抗肿瘤治疗中的减毒、提高生活质量等辅助作用是主要研究方向,但艾灸尤其是麦粒灸等直接灸的效应不止于此。现代基础研究表明艾灸可以抑制瘤体生长,也提示应增加对“艾灸-瘤体”直接关联性的考察。该文基于肿瘤微环境的视角,探讨了艾灸在瘤体生长过程中对肿瘤微环境的关键成分产生的效应,包括调节免疫、促使肿瘤细胞凋亡和抑制肿瘤血管生长。

    肿瘤起源于调节细胞功能基本途径的基因突变,导致组织细胞不受控制地生长。由此产生的瘤体是由恶性肿瘤细胞组成的肿瘤实质,血管、淋巴管和结缔组织组成的动态的肿瘤间质构成的复杂结构。肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)是一个复杂的、不断进化的实体,由多种基质细胞和细胞外基质组成,包括内皮细胞、成纤维细胞、脂肪细胞、免疫细胞、肿瘤干细胞和血管系统等,为肿瘤细胞的持续增殖、肿瘤进展、肿瘤细胞扩散、肿瘤转移提供了环境。目前靶向TME的治疗策略,主要包括靶向肿瘤血管,免疫激活,改变免疫细胞的招募、扩张和损耗,复极化和重塑TME。TME已经成为肿瘤基础及转化研究的热点。

    艾灸对人体免疫功能的影响、对肿瘤局部免疫细胞的影响、对肿瘤分泌的细胞因子的影响等研究,实际上与TME密切相关。笔者尝试总结了灸治肿瘤的研究现状,以肿瘤微环境为视角,分析艾灸调节TME免疫、促使肿瘤细胞凋亡和抑制肿瘤血管生长3个方面,并预测可能的研究趋势。

1  艾灸调节TME免疫

    肿瘤的免疫微环境一般分为炎症型和豁免型。炎症型TME中有大量的活化的T细胞和髓系细胞;免疫豁免型TME中,只存在少量免疫细胞或抑制性亚群,如调节性T细胞(regulatory T cells, Tregs)和肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages, TAMs)。艾灸对TME的免疫调节,目前主要有影响TAMs由M2型向M1型极化、调节Tregs的免疫抑制作用、增强自然杀伤细胞(natural killer, NK)抗肿瘤免疫作用、抑制肿瘤细胞中程序性死亡受体1(programmed cell death protein 1, PD-1)及其配体(programmed death ligand 1, PD-L1)表达。

1.1  艾灸影响TAMs由M2型向M1型极化

    TAMs是肿瘤发生的重要调节因子,是免疫防御过程中的关键效应细胞,研究已经证明TAMs在支持肿瘤发生和恶性进展方面具有明确的作用。M1巨噬细胞产生Ⅰ型促炎细胞因子,参与抗原呈递,并发挥抗肿瘤作用。相反,M2巨噬细胞产生Ⅱ型细胞因子,促进抗炎反应,并具有促肿瘤功能。在瘤体生长过程中, TAMs在缺氧区积聚,该过程最初的缺氧反应可能包括巨噬细胞极化的转换。

    艾灸可改善TME缺氧环境,激活JAK1/STAT5通路,促使TAMs由M2型向M1极化,发挥抗肿瘤作用。艾灸对胃癌患者穴位的局部刺激,可通过调节远端靶器官胃癌组织中T细胞免疫球蛋白及黏蛋白-3(T cell immunoglobulin and mucin domain-3, Tim-3)的异常表达,影响TAMs由M2型向M1型极化,发挥抗肿瘤作用。小艾炷直接灸大椎穴能显著提高胃癌小鼠信号分子JAK1、STAT5的表达,激活JAK1/STAT5通路,增强免疫应答,并调节肿瘤诱导的免疫抑制效应。STAT5的活化可驱动miR-155的表达,而miR-155是TAMs由M2型向M1型极化的关键因子,推测艾灸可能通过激活JAK1/STAT5通路,驱动miR-155活化,促进TAMs由M2型向M1型极化,改善缺氧环境来抑制瘤体生长。

1.2  艾灸调节Tregs的免疫抑制作用

    早期肿瘤恶性进展的一个关键步骤是肿瘤细胞逃避和抑制宿主免疫系统,这可以通过抑制各种免疫细胞或刺激免疫抑制细胞来实现。Tregs是一种免疫抑制细胞,能分泌促进肿瘤发生和进展的分子。在正常生理条件下,Tregs调节T和B细胞的增殖和激活,并在维持固有的细胞毒性淋巴细胞的动态平衡中起关键作用。在肿瘤免疫方面,Tregs逃避免疫监视,并削弱宿主的抗肿瘤免疫反应,加速了肿瘤细胞的免疫逃逸,从而导致肿瘤进展。

    艾灸足三里可下调Tregs的表达,减弱免疫抑制作用。麦粒灸足三里穴可以使Lewis荷瘤小鼠Tregs的表达下调,发挥调节肿瘤相关免疫的作用。足三里穴化脓灸使消化道恶性肿瘤患者Tregs水平降低,而有效改善患者临床症状、生活质量、贫血等。热敏艾条灸S180荷瘤小鼠移植瘤,可抑制Treg基因的表达,减少Tregs的数目,抑制肉瘤生长。实验研究提示STAT3、RAS/RAF/MAPK、COX2、IDO等多种信号通路与Tregs表达高度相关,可为艾灸调节Tregs的免疫抑制作用相关效应机制研究提供启示。

1.3  艾灸增强NK细胞抗肿瘤免疫作用

    NK细胞是一种先天的细胞毒性淋巴细胞,是免疫监视的重要组成,针对“异己”成分能迅速反应并发挥强大的抗肿瘤免疫作用。NK细胞配备有许多受体,这些受体严格调控它们的活化,使其能够区分“敌我”,迅速消除恶性肿瘤细胞,是肿瘤免疫治疗的理想靶点。NK细胞通过直接与肿瘤细胞相互作用或影响TME中其他固有免疫和获得性免疫群体的功能来抑制瘤体的生长。

    临床研究及实验研究均证明艾灸可促进NK细胞增殖,增强抗肿瘤免疫作用。艾灸能够提高恶性肿瘤患者外周血NK细胞计数,对机体免疫功能具有保护作用。麦粒灸足三里穴通过增加NK细胞比例、浸润和活化,抑制肾上腺素能信号转导,增强NK细胞的抗肿瘤免疫作用,抑制肿瘤生长。KRAS/MYC通路的激活可抑制NK细胞增殖,VEGFR信号通路可破坏NK细胞的免疫监视功能,二者均可做为艾灸治疗肿瘤的机制研究方向之一。

1.4  艾灸抑制肿瘤细胞中PD-1和PD-L1表达

    PD-1与PD-L1的相互作用抑制了T细胞反应,阻断这种相互作用已被证明是治疗乳腺癌、泌尿道上皮癌等癌症的有效免疫疗法。PD-1通过调节T细胞的活性,激活抗原特异性T细胞的凋亡,抑制Tregs的凋亡,在抑制免疫反应和促进自身耐受中发挥重要作用。PD-L1可以在肿瘤细胞、免疫细胞和TME中的其他细胞表面表达,它可以减弱宿主对肿瘤细胞的免疫反应。

    麦粒灸或可通过阻断多种信号通路抑制肿瘤细胞中PD-1和PD-L1表达。麦粒灸足三里穴联合紫杉醇化疗可以抑制乳腺癌小鼠肿瘤细胞中PD-1和PD-L1的表达,从而阻止肿瘤的免疫逃逸,结果实验组小鼠肿瘤体积明显缩小。PD-1、PD-L1的表达与多种信号通路有关,RAS/RAF/MAPK通路的激活诱导PD-L1的表达,而PI3K/PTEN/AKT/mTOR通路的激活通过调节PD-L1表达来诱导T细胞功能障碍,麦粒灸可能通过阻断RAS/RAF/MAPK、PI3K/PTEN/AKT/ mTOR通路来抑制肿瘤细胞中PD-1和PD-L1的表达,进而抑制瘤体生长。

2  艾灸促使肿瘤细胞凋亡

    肿瘤细胞凋亡与多种信号通路及相关基因、蛋白表达相关,通路包括线粒体凋亡途径、Notch途径,以及STAT3、Wnt/b-catenin、PI3K/Akt等,相关基因、蛋白包括Caspase家族、Bcl-2家族、p53蛋白家族、Ki-67等。目前艾灸对肿瘤细胞凋亡的影响,主要是通过调控相关凋亡基因表达诱导肿瘤细胞凋亡以及可能通过FGF2-FGFR1通路削弱肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)的抗凋亡作用。

2.1  艾灸通过调控相关凋亡基因表达诱导肿瘤细胞凋亡

    p53抑癌基因是p53信号通路的核心部分,p53抑癌基因可以通过触发细胞自主性的细胞周期阻滞或凋亡程序来抑制瘤体生长。p53的突变是肿瘤细胞逃脱凋亡和衰老的重要机制,是肿瘤发生的免疫学驱动因素。Livin是细胞凋亡抑制因子家族的成员,在细胞凋亡、细胞增殖和细胞周期调控中发挥重要作用。Livin可抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase),而肿瘤细胞中的PI3K/Akt信号通路的激活,可保护肿瘤细胞免受caspase诱导的凋亡。

    麦粒灸可影响肿瘤相关凋亡基因表达,诱导肿瘤细胞凋亡。对原发性肝癌(hepatic cell carcinoma, HCC)癌前病变大鼠麦粒灸“肝俞”,观察凋亡抑制因子Livin的变化,发现麦粒灸“肝俞”穴通过增强肝细胞自我修复功能、降低凋亡抑制因子Livin的表达,从而促进肝癌细胞凋亡,在一定程度上缓解HCC癌前病变。对小鼠足三里穴进行麦粒灸,能显著抑制p53的突变和p53 mRNA、p21及CDK2的过度表达,减缓HCC癌前病变;明显减少相关凋亡基因C-myc、N-ras、突变型p53的蛋白表达;抑制相关细胞周期调控基因 cyclinD1、CDK4过度表达和细胞周期调控基因p16的突变。以上研究证实了麦粒灸可调控肿瘤相关凋亡基因的表达来诱导肿瘤细胞凋亡,主要是抑制p53基因突变、降低Livin基因表达,并且对其他癌基因、抑癌基因也发挥一定作用。

2.2  艾灸或通过阻断FGF2-FGFR1通路削弱CAFs的抗凋亡作用

    在TME中,CAFs数量异常多,是一种与正常成纤维细胞完全不同的细胞类型,CAFs通过生长因子和细胞外基质(extracellular matrix, ECM)重构等促进瘤体的生长,在构建有利于肿瘤启动、血管生成、扩散和转移的微环境中发挥重要作用,还能影响对化疗的适应性耐药和产生免疫排斥。近年来,越来越多的证据表明在不同癌种中,CAFs还可通过多种信号通路抑制肿瘤细胞凋亡。

    艾灸可能通过阻断FGF2-FGFR1通路削弱CAFs的抗凋亡作用。在TME中,FGF2-FGFR1信号通路对于肿瘤细胞与CAFs之间的串扰作用举足轻重,CAFs产生的FGF2通过成纤维细胞生长因子受体1(fibroblast growth factor receptor 1, FGFR1)信号抑制肿瘤细胞凋亡。免疫荧光原位杂交技术检测结果表明,对小鼠肉瘤行热敏艾条灸,可显著下调肿瘤微环境中FGFR1和血管内皮细胞生长因子受体2(vascuoar endothelial cell growth factor receptor 2, VEGFR2)的基因表达,降低血清中FGFR1含量,控制软组织肉瘤的生长。推测艾灸能控制肉瘤生长,机制在于下调FGFR1含量,阻断FGF2-FGFR1通路,削弱CAFs的抗凋亡作用,这也提示阻断FGF2-FGFR1通路是艾灸治疗肿瘤的作用机制之一。

3  艾灸抑制肿瘤血管生长

    血管生成被认为是肿瘤的一个特征,以响应肿瘤对血液中氧气和营养物质日益增长的需求。肿瘤血管化需要多种类型的TME细胞的合作,除了组成实体血管的细胞类型外,涵括TAMs和CAFs在内的辅助细胞也通过向TME释放过多的促血管生成信号而促进肿瘤血管的形成。VEGF已被证实在肿瘤生长和转移过程中起重要作用,是导致肿瘤进展的最关键的血管生成因子。

    对于同一个穴位,不同灸法抑制肿瘤血管生长的机制有所不同。对恶性肿瘤患者麦粒灸足三里辅助化疗,观察血清IL-17和VEGF水平的变化,发现麦粒灸通过降低血清IL-17水平,下调VEGF的表达,抑制IL-17/VEGF信号通路持续活化,在一定程度上抑制瘤体的生长。温和灸足三里联合顺铂化疗可以降低肿瘤组织中VEGF的表达,通过促进血管的正常化和CD8﹢T细胞浸润,增强抗肿瘤作用。温和灸足三里等穴抑制瘤体生长的机制可能是通过机体调节EGF和VEGF的分泌量,加速恶性组织缺血坏死。

4 小结与展望

    TME中各成分形成了复杂的信息网络,协同促进瘤体生长。目前研究已经部分证明,艾灸可以针对TME,通过调节免疫、促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤血管生长3个方面来抑制瘤体生长,未来灸治肿瘤的机制研究可从这3个方面开展。

    随着肿瘤微环境、艾灸治疗肿瘤的机制研究逐渐增多,未来应针对肿瘤微环境开展灸治肿瘤的机制研究,对艾灸与肿瘤类型、肿瘤部位、TNM分期等进行临床相关性研究,同时对艾灸时效性、穴位、灸材、灸法、灸量的选择进行系统的规范化研究,还可借助表观基因组学技术、免疫谱系分析等现代研究手段对TME进行研究,以进一步阐明灸治肿瘤的生物学机制。