中性粒细胞是人体循环中最丰富的白细胞群，在保护宿主免受微生物感染以及炎症过程中起着关键作用。近年来，人们发现中性粒细胞在肿瘤的生长和进展中也扮演着重要角色，中性粒细胞以及各种免疫细胞构成了肿瘤免疫微环境的很大一部分。研究发现不同亚群的中性粒细胞可能促进或限制肿瘤生长，这提示人们更加关注中性粒细胞作为癌症治疗目标的潜能。主要综述了中性粒细胞在癌症进展与治疗中发挥的各种功能，以及将这些功能作为一种新型免疫治疗模式的可能性。
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中性粒细胞是人类血液中最丰富的白细胞类型，因其能够被碱性和酸性染料的混合物染色而得名[1]。成熟的中性粒细胞通过粒细胞生成的过程从骨髓中的造血干细胞分化而来，是抵抗病原体的第一道防线，因此，中性粒细胞减少症患者对感染类疾病具有高度易感性[2]。中性粒细胞一直被认为是在先天免疫中具有特定功能的同质群体，然而随着科学技术的进步，越来越多的研究报道了中性粒细胞功能上的异质性。在癌症中，中性粒细胞的作用是多样且异质的。癌症进展期间，血液中中性粒细胞水平增加[3]，这一现象在荷瘤小鼠和晚期癌症患者中被观测到。循环中中性粒细胞增多与许多癌症的不良预后相关[4]，因此，中性粒细胞与淋巴细胞比值被引入为许多类型癌症的预后指标，且与许多实体瘤患者的低生存率相关，一般来说，晚期或侵袭性癌症患者的血液该比值很高。除此之外，肿瘤部位的中性粒细胞数量也会增加，这种肿瘤组织对中性粒细胞的募集作用源于肿瘤微环境中趋化因子（主要是CC家族和CXC家族趋化因子）水平的上升。CXC趋化因子受体2（CXC chemokine receptor 2，CXCR2）是一种七跨膜域G蛋白偶联受体，CXCR2信号通路在介导中性粒细胞从骨髓进入血液并随后进入外周肿瘤组织的过程中起着关键作用[5]。手术造成的组织损伤也会导致大量中性粒细胞在肿瘤组织聚集，在伤口中，受损和坏死的细胞会表达炎症因子和损伤相关分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs），DAMPs可以刺激周围组织产生趋化因子和脂质介质以促进中性粒细胞趋化[6]。除了量的变化外，癌症时中性粒细胞形态和功能也会发生改变。肿瘤相关中性粒细胞（tumor-associated neutrophils，TANs）会产生中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs），提示中性粒细胞在肿瘤微环境中可能发挥着作用[7]。NETs是由颗粒蛋白装饰的中性粒细胞遗传物质的网状结构，被证明能够参与癌症转移[8]。除了NETs之外，中性粒细胞在被招募到肿瘤微环境后，可以获得抗肿瘤（N1）或促肿瘤（N2）表型[9]。除了这种分类，癌症患者体内大部分中性粒细胞密度较低，为低密度中性粒细胞（low-density neutrophil，LDN），并表现出一些免疫抑制功能[10]。中性粒细胞和肿瘤之间的相互作用提示人们关注基于中性粒细胞的抗癌疗法，如嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor，CAR）-中性粒细胞等[11]。本文总结了目前在癌症中观察到的不同中性粒细胞群体，回顾了肿瘤微环境里中性粒细胞与癌细胞之间的相互作用，并重点介绍了基于中性粒细胞的新型癌症疗法。
Fridlender等[12]于2009年首次提出TANs的N1/N2功能分类。类似于M1/M2巨噬细胞分类，N1为具有促炎特性和抗肿瘤功能的中性粒细胞，N2为具有抗炎和促肿瘤功能的中性粒细胞。N1型中性粒细胞可通过产生肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、细胞间黏附分子（intercellular cell adhesion molecule，ICAM）、活性氧和降低精氨酸酶的表达来增强细胞毒性，或间接趋化肿瘤特异性T细胞抑制肿瘤生长；相反，N2型中性粒细胞可通过表达精氨酸酶、基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和多种趋化因子（包括CCL2、CCL5和CXCL4）来促进肿瘤转移[12]。N1型与N2型中性粒细胞可以相互转化，影响中性粒细胞表型极化的因素有多种。其中，干扰素-β（interferon-β，IFN-β）被确定为癌症患者和荷瘤小鼠中性粒细胞向N1表型极化的关键因素[13]。在与肿瘤细胞的共同培养时，来自IFN-β缺陷小鼠的TANs的细胞毒性和TNF-α的表达显著低于来自野生型小鼠的TANs。然而，在共培养中加入外源性IFN-β后，TANs的抗肿瘤细胞毒性恢复[14]。另一方面，N1型中性粒细胞可在转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）的介导下转化至N2表型[15]。因此，TGF-β和IFN-β信号通路可以调节中性粒细胞的表型转换[16]。
此外，中性粒细胞的作用取决于肿瘤发展的不同阶段。与从晚期肿瘤分离的TANs相比，从早期肿瘤中分离的TANs产生更高水平的一氧化氮、过氧化氢和TNF-α，并对肿瘤细胞显示出更强的细胞毒性[17]。在肿瘤发展的早期阶段，肿瘤生长不受中性粒细胞耗竭的影响。相反，在肿瘤发展后期，中性粒细胞耗竭会导致肿瘤生长显著减缓，表明中性粒细胞在肿瘤生长后期发挥促肿瘤作用。中性粒细胞的迁移特性在肿瘤发展的不同阶段也有差异[18]。早期阶段中性粒细胞表现出较强的迁移和代谢能力，但没有免疫抑制功能。然而在后期，中性粒细胞失去了其较高的迁移和代谢特性，并获得了免疫抑制表型。
在差速密度离心法中，健康供体血液里的中性粒细胞会以白细胞层的形式沉积在管底部的红细胞沉淀上，白细胞层包括所有类型的粒细胞（其中大于95%为中性粒细胞），称为正常密度中性粒细胞（normal-density neutrophils，NDNs）。外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）包括淋巴样细胞、单核细胞和树突状细胞，则沉积于梯度密度较低的位于管上部的位置。然而，在受癌症和炎症性疾病影响的患者血液中，部分比例的中性粒细胞会与低密度PBMC层共纯化，被称为LDN。在PBMC中发现的中性粒细胞样细胞包括成熟的中性粒细胞和未成熟细胞的混合物（主要是带状细胞和中幼粒细胞，也有少数骨髓细胞和早幼粒细胞[19]）。在小鼠中，LDN的来源有2种[10]，一种是癌症或炎症环境中不成熟的Ly6G+细胞从骨髓迁出成为LDN，另一种是成熟的NDN转变为LDN，这个过程是由TGF-β介导的。在人体，LDN的标志物为CD33+CD15+CD66b+CD16low，许多研究显示LDN与多种疾病有密切关系。与NDN相比，LDN表达更高水平的细胞程序性死亡-配体1（programmed cell death-ligand 1，PD-L1），并能抑制细胞毒性T细胞和自然杀伤细胞的功能[20]。Arasanz等[21]报道了循环LDN在非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者对程序性死亡受体1（programmed cell death-1，PD-1）/PD-L1免疫治疗耐药的形成中可能起到作用。在乳腺癌患者中，转移性癌症患者的LDN水平显著高于非转移性患者[22]。
血管生成使肿瘤更具有侵袭性，肿瘤血管生成这一过程受到VEGF等血管生成因子表达的调节。中性粒细胞与其他基质细胞被证明能够提供促血管生成因子从而促进肿瘤血管生成。在多种肿瘤微环境内，中性粒细胞是促血管生成的生长因子、趋化因子（如VEGF、MMP-9和成纤维细胞生长因子-2）和前动力蛋白2（prokineticin 2，PROK2）的关键来源，激活后可触发慢性血管生成，促进肿瘤进展[23]，反之，抑制后可使血管正常化从而延缓肿瘤生长。消耗中性粒细胞后血管密度和肿瘤质量的降低，进一步验证了中性粒细胞促血管生成以及肿瘤进展的观点[24]。另外，还有研究发现在粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）与白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）协同作用下，细胞毒性中性粒细胞可转变为促血管生成型中性粒细胞。这些结果证明了中性粒细胞在促进肿瘤血管生成中的关键作用，并提示靶向中性粒细胞介导的血管生成，或靶向促血管生成型中性粒细胞亚群可作为新的抗癌治疗方法。
肿瘤细胞转移是癌症进展的晚期和致命阶段，中性粒细胞在这一过程发挥着各种作用。研究表明中性粒细胞在转移部位包裹循环肿瘤细胞，以促进其外渗及转移灶的形成。中性粒细胞各级颗粒的动员或中性粒细胞吸引的趋化因子及其受体在促肿瘤转移中发挥重要作用，中性粒细胞还与T细胞相互作用促进肿瘤的侵袭和转移[25]。此外，肿瘤浸润的中性粒细胞可产生有利于转移起始细胞存活或侵袭的因子，如中性粒细胞来源的白三烯使肿瘤细胞群体获得高度转移能力。最近，中性粒细胞还被证明在休眠肿瘤细胞的唤醒和转移生长的启动中发挥着关键作用[26]。
NETs是由疏松的DNA骨架及附着其上的蛋白颗粒[MMP-9、中性粒细胞弹性蛋白酶（neutrophil elastase，NE）和髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）等]构成的细胞外网状结构。NETs通常受到病原微生物及其产物、手术压力或缺氧的刺激产生。研究表明肿瘤细胞可以诱导NETs形成，从而导致其恶性转移[8]。NETs能够捕获循环中的肿瘤细胞使其锚定在组织中，从而促进转移灶的形成，其中肿瘤细胞与NETs上表达的整合素β1结合[27]。除此之外，NETs还能通过增加血管通透性、促进免疫逃逸和定植，从而促进肿瘤转移[28]。
在癌细胞转移的每个阶段以中性粒细胞为靶点可以显著抑制肿瘤侵袭。Albrengues等[29]研究表明NETs是促进肿瘤转移所必需的，研究提出施用DNAse消除NETs以维持肿瘤细胞休眠并延长其不发生远处转移的生存期。
作为先天免疫的重要组成部分，中性粒细胞与其他先天免疫细胞和适应性免疫细胞相互作用，当受到癌症影响时，这种作用通常会增强。TANs已被证实可损害抗肿瘤先天免疫细胞，如树突状细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞，并通过多种途径抑制CD8+效应T细胞等适应性免疫细胞，从而促进T细胞耐受和肿瘤免疫逃逸，在肿瘤免疫抑制微环境中具有重要作用。
免疫抑制性中性粒细胞含有大量精氨酸酶Ⅰ，它能够通过剥夺L-精氨酸来抑制T细胞增殖[30]。免疫抑制性中性粒细胞还会产生高水平的过氧化氢，从而阻止T细胞增殖[31]。这些观察结果深入了解了中性粒细胞在维持免疫抑制肿瘤微环境中所发挥的作用，并强调了它们通过抑制适应性免疫成分在促进转移扩散中的作用[32]。结果表明，免疫治疗的同时阻断中性粒细胞介导的免疫抑制可能会进一步增强抗肿瘤适应性免疫。如阻断中性粒细胞中的间质表皮转化因子（cellular-mesenchymal to epithelial transition factor，c-MET）可通过限制免疫抑制性中性粒细胞的募集来提高免疫疗法的疗效[33]。Veglia等[34]研究发现脂肪酸转运蛋白2（fatty acid transport protein 2，FATP2）缺陷的中性粒细胞会失去其免疫抑制特性，导致肿瘤进展显着延迟。
尽管大多数研究都集中在中性粒细胞的促肿瘤作用上，但仍有报道强调了中性粒细胞的抗肿瘤作用。
中性粒细胞可通过活性氧和活性氮的产生表现出直接的抗肿瘤活性。在乳腺癌小鼠模型上观察发现，在转移前器官（包括肺）中，中性粒细胞衍生的H2O2介导对肿瘤细胞的杀伤作用[35]。Gershkovitz等[36]证明，中性粒细胞产生的H2O2可使肿瘤细胞中的Ca2+浓度上升至致死水平。中性粒细胞产生的一氧化氮也被证明可以介导肿瘤细胞杀伤。肿瘤衍生因子诱导中性粒细胞上皮细胞-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）受体的表达，MET与其配体肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）相互作用，导致一氧化氮介导的肿瘤细胞杀伤[37]。在小鼠肿瘤模型中，研究表明放射治疗会触发CXCL1、CXCL2和CCL5的分泌，从而导致中性粒细胞募集到肿瘤部位；反过来，中性粒细胞产生活性氧并抑制磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）/Snail同源物1（Snail homologue 1，Snail1）信号传导，抑制EMT[38]。此外，NETs可以参与中性粒细胞介导的抗肿瘤活性。
除此之外，中性粒细胞可以通过抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）破坏癌细胞，在ADCC中，抗体通过Fab与肿瘤细胞上的特异性抗原结合，然后通过Fc与免疫效应细胞上的Fc受体结合，充当肿瘤和效应细胞之间的桥梁。该结合过程会激活效应细胞，然后破坏肿瘤细胞。中性粒细胞在其表面表达FcR，因此可被视为mAb介导的杀伤肿瘤的潜在效应细胞[39]。中性粒细胞ADCC的一种可能机制是中性粒细胞与mAb结合的肿瘤细胞相互作用后释放相关因子包括TNF-α、IL-1β等。Fc介导的质膜摄取被认为是中性粒细胞的一种新机制。Matlung等[40]证明，中性粒细胞可以通过抗体依赖性重复的Fc介导的质膜摄取裂解肿瘤细胞。Fc介导的质膜摄取是一个细胞"咬住"并摄取另一个细胞的小碎片的过程。中性粒细胞大量吞噬肿瘤细胞膜的小碎片，导致细胞膜破坏和坏死细胞死亡。中性粒细胞与其他免疫细胞相互作用可以改变肿瘤微环境中的免疫反应。Ponzetta等[41]发现中性粒细胞对于抵抗3-甲基胆酸诱导的癌变至关重要。中性粒细胞会刺激巨噬细胞产生IL-12，导致CD4−CD8−αβ T细胞极化，该类T细胞会介导IFN-γ依赖性的对3-甲基胆酸的免疫抵抗过程。此外，TANs产生的活性氧会诱导能够分泌IL-17的γδ T细胞（即γδ17 T细胞）产生氧化应激。抑制γδ17 T细胞可阻止富含IL-17的促肿瘤免疫抑制肿瘤微环境的发展[42]。
TGF-β是参与中性粒细胞N2极化的主要细胞因子，在癌细胞中过度表达，对于癌症进展和免疫抑制至关重要。研究发现，在中性粒细胞和结肠腺癌细胞共培养时用单克隆抗体中和TGF-β可抑制肿瘤细胞迁移，并增加中性粒细胞针对肿瘤细胞的细胞毒性。体内实验表明，与对照肿瘤相比，抗TGF-β抗体可延缓荷瘤小鼠的肿瘤生长，而当中性粒细胞耗尽时，这种效应就会消失[43]。LY2109761是一种TGF-β受体Ⅰ和Ⅱ型双重抑制剂，在体内外实验中显示出能够提高癌细胞对放射治疗的敏感性[44]。当LY2109761与常规化疗药物奥沙利铂联合使用，它能通过增强抗肿瘤免疫来抑制肿瘤生长和转移。此外，LY2109761还能抑制骨髓来源抑制性细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）在肿瘤部位的浸润[45]。
中性粒细胞募集到肿瘤微环境的过程是多种因素介导的。肿瘤细胞产生的CXCR2激动剂广泛参与中性粒细胞向肿瘤微环境的募集[46]。三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）细胞通过产生大量CXCR2配体和TGF-β来募集中性粒细胞，它们还可以将中性粒细胞极化为促肿瘤表型[47]。Ghallab等[48]研究表明，在TNBC培养物中使用小分子抑制剂AZD5069抑制CXCR2可消除阿霉素耐药性，并提高针对PD-L1单克隆抗体的疗效。在对抗PD-1耐药的非酒精性脂肪性肝炎小鼠模型中，AZD5069/抗PD-1联合疗法抑制了肿瘤负荷并延长了生存期[49]。
促使中性粒细胞由促肿瘤的N2表型向抗肿瘤的N1表型转化也是一种有效策略。有研究者分析了中性粒细胞极化在肿瘤对阿霉素耐药性方面的作用，发现阿霉素使早幼粒急性白血病HL-60细胞偏向N2表型，这种转变有助于阿霉素耐药并促进肿瘤生长[50]。小檗碱是黄连中的一种生物碱，具有多种生物活性，包括抗炎和抗肿瘤作用，研究发现它可以抑制阿霉素对中性粒细胞的作用并维持其N1表型，从而维持肿瘤细胞对阿霉素的敏感性，而且小檗碱还被证明可以调节癌症相关巨噬细胞的功能[51]。红景天苷是一种颇具前景的中性粒细胞N2极化抑制剂。红景天苷是一种葡萄糖苷，最初从我国藏族草药红景天中分离出来，具有多种生物效应，包括抗肿瘤特性[52]。红景天苷在体外抑制中性粒细胞N2极化，并显著降低转移性乳腺癌模型中尼古丁介导的肺转移负担。红景天苷在小鼠中没有表现出毒性，并且不影响癌细胞的活力，这表明其对中性粒细胞具有特异性作用[53]。
靶向NETs的主要策略是通过靶向肽酰基精氨酸脱亚氨酶4（peptidylarginine deiminase 4，PAD4）来抑制其形成。其他策略还有抑制不同的NETs成分（NE、MPO）或用DNase消化NETs。Jiang等[27]表明，DNase I介导的消化中性粒细胞形成的NETs会导致中性粒细胞对肝癌HepG2细胞的促迁移活性受到抑制。将存在/不存在DNase I或GSK484（PAD4抑制剂）的情况下用肝癌细胞条件培养基处理的中性粒细胞静脉注射到患有肝内HepG2肿瘤的小鼠中，研究发现，仅用肝癌细胞条件培养基处理的中性粒细胞（无NET抑制）可有效刺激肺转移，而用DNase I或GSK484处理则消除了中性粒细胞的促转移潜力。Chen等[54]构建了一种基于负载DNase I的纳米颗粒的光调节DNase I递送系统，该系统能够在激光照射的情况下释放酶，并且在与抗PD-1疗法的联合治疗中表现出协同增强的抗肿瘤作用。此外，在乳腺癌和肺癌的动物模型中，肿瘤细胞产生的CXCR1/2激动剂与肿瘤中的高NET水平相关，并且CXCR1/2阻断后NET水平会降低。这些结果表明使用CXCR1/2抑制剂有希望预防肿瘤诱导的NETs形成[29]。
中性粒细胞的异质性使中性粒细胞成为癌症治疗中有希望的靶标。总地来看，目前的治疗策略包括抑制中性粒细胞极化为促肿瘤表型，使用TGF-β抑制剂等减弱N2极化中性粒细胞的效应，还有通过DNase抑制NETosis或消化NETs。此外，逆转中性粒细胞的免疫抑制作用以及抑制中性粒细胞募集到肿瘤微环境的方法也在被广泛探索。然而，这些策略仅在检测到促肿瘤中性粒细胞表型时才有用。在中性粒细胞高度浸润的肿瘤中，基于中性粒细胞的药物输送可能是一种可行的方法，未来使用中性粒细胞进行特异性药物输送的疗法是对抗肿瘤的新手段。今后的研究需要更具体和更深入地探究肿瘤与中性粒细胞相互作用的机制，以便提出新的基于中性粒细胞的癌症疗法。
所有作者均声明不存在利益冲突
