炎症与肿瘤

1. 炎症与肿瘤

3. 炎症的基本特征 炎症是具有血管系统的活体组织对损伤因子所发生的防御反应。外源性和内源性损伤因子均可引起机体细胞和组织各种各样的损伤性变化，与此同时机体的局部和全身也发生一系列复杂的反应，以局限和消灭损伤因子，清除和吸收坏死组织和细胞，并通过实质和间质细胞的再生修复损伤，这种机体的损伤和对损伤的复杂反应构成炎症过程。 引起炎症的因素： 物理性因素如高温、低温、机械性创伤、紫外线和放射线等； 化学性因素如强酸、强碱和强氧化剂等； 生物性因素如细菌、病毒、立克次体、原虫、真菌、螺旋体和寄生虫等； 宿主因素如组织坏死、变态反应和异常免疫反应等。 炎症因素“无所不在”。

4. 炎症的基本病理变化 变质 渗出 增生 炎症局部组织血管内的液体和细胞成分，通过血管壁进入组织间质、体腔、粘膜表面和体表的过程，将炎症细胞和炎症介质运送至炎症部位。 炎症局部实质和间质细胞增殖的过程，具有限制炎症扩散的修复作用。 致炎因子引起的损伤过程，局部组织发生的变性和坏死。 白细胞从循环系统游出至炎症部位是炎症反应最重要的指征。 炎症细胞在炎症局部的聚积涉及一系列的病理生理过程。 炎症细胞包括：中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、单核/巨噬细胞、肥大细胞、NK细胞、淋巴细胞和树突状细胞。 浸润的细胞在炎症局部发挥呑噬和免疫作用，成为炎症防御反应中的重要一环。过度浸润的炎症细胞也可以引起组织损伤。

5. 炎症介质 炎症过程中的血管扩张、通透性增加和白细胞渗出是由一系列化学因子即炎症介质介导完成的。炎症介质可来源于血浆和细胞。 来源于血浆的炎症介质以前体的形式存在，经蛋白酶裂解后活化，这类介质包括有缓激肽、补体成分和凝血因子。 来源于细胞的炎症介质或以颗粒的形式储存于细胞内，或在致炎因子的刺激下合成分泌。

7. 流行病学调查：15%的肿瘤发生与微生物感染相关流行病学调查：15%的肿瘤发生与微生物感染相关 慢性感染和肿瘤发生密切相关 慢性肝炎和原发性肝癌密切相关 HHV8感染和卡波斯肉瘤密切相关 幽门螺旋杆菌感染和胃癌密切相关 EBV感染和鼻咽癌密切相关 长期的吸烟、石棉、矽肺和肺癌密切相关 病理学发现：肿瘤组织中炎症细胞浸润十分常见 鼻咽癌组织附近，总是可见大量的淋巴细胞浸润 结肠癌组织附近常可见巨噬细胞和成纤维细胞浸润

8. 口腔肿瘤组织中有大量淋巴细胞浸润 非小细胞肺癌组织中有大量淋巴细胞浸润 乳腺癌组织中也有大量淋巴细胞浸润

9. 基因表达谱分析：肿瘤组织的基因表达谱和炎症细胞的表达谱具有相似的特征基因表达谱分析：肿瘤组织的基因表达谱和炎症细胞的表达谱具有相似的特征 伤口愈合、炎症的表达谱特征往往和肿瘤不良预后密切相关 转化医学：抗炎药物在肿瘤防治中发挥作用 非甾体类抗炎药物在具有肿瘤家族史的患者中具有预防作用。

10. 炎症与肿瘤—基础知识 • 慢性炎症增加患癌的风险。 • 亚临床的、无法检测到的炎症也是重要的癌症风险（如肥胖诱导的炎症）。 • 免疫细胞通过分泌细胞因子、趋化因子、生长因子、前列腺素、活性氧、含氮物质等来影响肿瘤细胞。 • 炎症影响肿瘤发生发展的每一步，从initiation到promotion，直到metastasis。 • 在肿瘤发生的过程中，免疫和炎症机制即有可能是抗肿瘤，也有可能是促进肿瘤，或者两者共存；如果肿瘤没有被剔除，则促进肿瘤的机制占主导。 • 炎症所介导的促进肿瘤的信号通路往往存在正反馈环路。如免疫细胞中NF-kB 活化之后，产生大量细胞因子，这些细胞因子可以激活肿瘤细胞中的NF-kB通路，从而诱导更多的趋化因子生成，从而招募更多的炎症细胞到肿瘤附近。 • 在肿瘤发生发展的每一步中，免疫和炎症成分可能在某一步无关紧要，但是在另外一步却十分关键。

11. 炎症和肿瘤起动（initiation） • 多种肿瘤的起始需要至少4-5个突变。 • 炎症微环境增加突变频率。 • 炎症细胞释放的活性氧(ROS)和活性氮 (RNI)能有诱发DNA 损伤和基因组不稳定性。 • 活性氧ROS能灭活错配修复酶类。 • 炎症细胞能利用细胞因子（如TNF-a）促进活性氧ROS累积。 • 炎症导致粘膜损伤，失去了保护作用，增强了环境毒物的渗透性，可能会诱发干细胞突变。 • 炎症诱导的表观遗传修饰：抑制抑癌基因。 • P53突变（主要是由活性氧诱发）在肿瘤细胞和炎症上皮中均可见。 • 炎症细胞分泌的细胞因子和生长因子诱导上皮细胞具有干细胞样的表型。

12. 炎症和肿瘤促进（Promotion） Tumor promotion: from a single initiated cell into a fully developed primary tumor.

13. 炎症和肿瘤促进（Promotion） • 炎症因子（如IL-6和TNF-a）可以作分裂原和存活因子。 • 炎症可诱导血管新生。 • 炎症细胞和癌细胞之间的生长刺激信号cross-talk是被细胞因子介导的，这些细胞因子能够活化NF-kB和STAT3通路。炎症细胞→细胞因子→活化NF-kB, STAT3, AP-1 → 靶基因转录→ 刺激细胞增殖，抑制凋亡。 • NF-kB和STAT3的靶基因包括抗凋亡基因(c-IAP, Bcl-xL, Bcl-2, c-FLIP)、 促进增殖基因(Cyclins, c-Myc)、应激反应基因(SOD2, ferritin heavy chains, HSP70)、趋化因子、促进血管新生的基因(VEGF, bFGF, CXCL12). • 免疫细胞中，NF-kB和STAT3是导致促炎因子（IL-1, TNF, IL-6，IL-23）释放的主力军。

14. 炎症和肿瘤促进（Promotion） • 一种细胞因子能活化几个转录因子，但是它促进肿瘤的作用可能仅由其中一个转录因子介导。 • NF-kB和STAT3在大部分的肿瘤中都被激活，被认为是非典型的癌基因。其活化机制不是突变，而是由它周围的细胞的信号所激活的。 • 细菌和病毒感染也可以通过模式识别受体（如TLR）来活化NF-kB, STAT3, AP-1 。

15. 炎症和肿瘤转移（metastasis） • 免疫细胞存在于所有进展其肿瘤细胞中，特别是在肿瘤组织的侵袭“锋面”。 • 炎症微环境影响了转移过程中几个关键的步骤。 • 几个细胞因子(TGF-b, IL-1, TNF-a, IL-6)能够诱导上皮-间质转换EMT。 • NF-kB和STAT3能够激活转录因子Snail, ZEB, Twist, 它们均能够诱导EMT。 • 炎症信号可调节多种MMP（基质金属蛋白酶）的合成。 • 趋化因子促进肿瘤细胞向血管方向的迁移，增加血管的渗透性。 • 细胞因子对于转移细胞的存活、招募、殖民、再生长非常重要。

16. 正常组织中，上皮细胞的增殖与淋巴细胞的穿梭都受到自分泌和旁分泌细胞因子的严格调控，维持稳态。正常组织中，上皮细胞的增殖与淋巴细胞的穿梭都受到自分泌和旁分泌细胞因子的严格调控，维持稳态。 原位癌中，外源性（炎症）和内源性（癌基因）通路诱发产生大量的细胞因子和趋化因子，招募肿瘤相关巨噬细胞（TAM）和调节性T细胞，它们能进一步促进肿瘤细胞增殖和血管新生。

17. 在肿瘤侵袭发生过程中，细胞因子和趋化因子促进肿瘤细胞的渗透，促进血管新生，改变基底膜结构。在肿瘤侵袭发生过程中，细胞因子和趋化因子促进肿瘤细胞的渗透，促进血管新生，改变基底膜结构。 在远处转移灶中，自分泌和旁分泌的细胞因子以及趋化因子促进癌细胞的存活，抑制凋亡，吸引炎性细胞，刺激血管新生。

18. 4类炎症与肿瘤发生相关 治疗诱导的炎症 环境饮食因素诱导的炎症 感染性炎症、自身免疫疾病 肿瘤相关的炎症

19. Type 1.感染性炎症 • 持续存在的幽门螺旋杆菌感染和胃癌以及粘膜相关的淋巴组织淋巴瘤相关。 • 乙肝病毒和丙肝病毒感染增加肝细胞性感染的发生几率。 • 血吸虫和杆菌与膀胱癌和结肠癌相关。 • EBV感染和鼻咽癌相关。

20. Type 2. 环境-饮食-相关性炎症 • 烟草中的某些特殊物质能够在肺部沉积，引起慢性阻塞性肺气肿，是肺癌的患病因素。 • 吸入石棉或二氧化硅颗粒，导致IL-1b分泌增加，诱发炎症，是肺癌的患病因素。 • 肥胖导致的慢性炎症使患肝癌的风险增加1.6倍。

21. Type 3. 肿瘤治疗过程中诱发的炎症 • 肿瘤治疗过程中可诱发强烈的肿瘤相关的炎症反应。 • 放疗和化疗导致大量的癌细胞和周围组织的坏死，引发炎症反应、伤口修复反应。 • 治疗诱发的炎症产生的后果：一方面是促进肿瘤；另一方面是增强肿瘤抗原的免疫原性，诱发更强的抗肿瘤免疫反应。

22. 化疗和放疗导致肿瘤细胞坏死，是否坏死产物，对于免疫细胞起到刺激作用。后者是否细胞因子，促进肿瘤生长。但是某些情况下，也能够激活T细胞，促进抗肿瘤免疫反应。化疗和放疗导致肿瘤细胞坏死，是否坏死产物，对于免疫细胞起到刺激作用。后者是否细胞因子，促进肿瘤生长。但是某些情况下，也能够激活T细胞，促进抗肿瘤免疫反应。

23. Type 4. 肿瘤本身可诱发炎症 • 实体肿瘤触发内源性的炎症反应，建立一个促进肿瘤的环境。 • 某些癌基因（如RAS和MYC家族成员）,启动一个转录程序，导致对肿瘤微环境的重构，招募淋巴细胞，表达促进肿瘤的细胞因子和趋化因子，促进血管新生。 • 肿瘤内部的坏死细胞可是否促进炎症的介质，如IL-1和HMGB1。 • 肺癌能促进炎症，机制：分泌一些活性分子，如细胞外基质成分versican,能通过TLR-2途径激活巨噬细胞。 • 肿瘤相关性炎症导致的不断的细胞更新和扩增，因此肿瘤被称为“永不愈合的伤口”。

24. 伤口愈合 肿瘤生成 肿瘤生成与伤口愈合生理过程具有相似性，被称为“永不愈合的创伤”。肿瘤生成过程中巧妙地借用了机体本身就具有的愈合伤口的程序和微环境。

25. 连接炎症与肿瘤的 外源性和内源性通路

26. 参与肿瘤发生发展的免疫细胞及其功能

27. T cells • CD8+ cytotoxic T cells (CTLs) • CD4+ helper T cells: Th1, Th2, Th17, Treg, Nature Killer T cells • T细胞同时具有促进肿瘤和抑制肿瘤的效应。 • Th1 cells, Th2 cells, Th17 cells：能够分泌IFN-r, 具有促进肿瘤的功能。 • Treg cells：主要是促进肿瘤的功能，因为它抑制抗肿瘤免疫反应。 • 不同的细胞因子同时具有促进肿瘤和抑制肿瘤的功能。细胞因子控制炎症反应的倾向性，抗肿瘤的倾向 (IL-12, TRAIL, IFNg) 或促进肿瘤的倾向(IL-6, IL-17, IL-23)，有些直接影响肿瘤细胞的生长和凋亡 (TRAIL, FasL, TNF-a, EGFR ligands, TGF-b, IL-6).

28. Tumor associated macrophages (TAM) 肿瘤相关的巨噬细胞

29. 巨噬细胞促进肿瘤的发生发展全过程 A 慢性炎症制造了一个有利于发生突变和细胞增殖的微环境，其中巨噬细胞发挥关键作用，产生大量的活性氧和氮、以及众多生长因子。 B 自发或遗传突变也可诱发肿瘤发生。 C 异型增生演进为上皮内瘤，分泌趋化因子，招募单核细胞，后者分化成巨噬细胞。 D 上皮内瘤演进为早期癌。巨噬细胞分泌VEGF和其它刺激血管新生的因子，导致大量的血管新生，此外巨噬细胞还分泌生长因子和蛋白酶，利于肿瘤细胞突破基底膜。

30. E 肿瘤演进到晚期之后，巨噬细胞在微环境中分化成3个亚型，发挥3个方面的作用：刺激血管新生，促进肿瘤细胞侵袭和渗入血管，免疫抑制。 F 肿瘤侵袭的微环境中，在CXCL12和CSF-1的刺激下，巨噬细胞 通过分泌VEGF,SPARC, CATHEPSIN,EGF等分子，促进更多的肿瘤细胞进入血液循环，向远处转移。

31. 肿瘤相关的巨噬细胞具有双刃剑的作用 肿瘤相关的巨噬细胞

32. 炎症和血管新生 • 缺氧可促进血管新生. 肿瘤相关性巨噬细胞可感受缺氧信号，产生相应的趋化因子和促进血管新生的因子 (Ang 2, VEGF) 。 • 在肿瘤相关性巨噬细胞和MDSC (myeloid-derived suppressor cells)中，一些重要的促进血管新生的因子（IL-8, CXCL1, CXCL8, VEGF，HIF1a）直接受NF-kB, STAT3，AP-1通路调节。 • 缺氧条件下，HIF1a促进CXCL12表达, 后者活化和招募内皮细胞（in a CXCR4-dependent manner）。 • 实体肿瘤组织内部总是会有缺氧区域，目前尚不清楚，缺氧直接驱动肿瘤血管新生，还是通过细胞因子的介导而驱动血管新生。

33. Inflammation and lymphoid malignancies • Mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) lymphomas：感染性炎症引起，如幽门螺杆菌。 • large B cell lymphoma, Burkitt’s lymphoma, Hodgkin’s lymphoma：和EBV感染相关。 • 反复的抗原刺激、自身免疫、炎症是慢淋白血病的重要病因。细胞因子(IL-4，VEGF), 趋化因子(SDF-1)与骨髓基质细胞的交互作用，上调Bcl-2, survivin, MCL-1表达，促进慢淋白血病细胞的扩增，抑制凋亡。 • 在GM-CSF和IFN-r基因剔除鼠中出现的淋巴瘤,一般是由感染引发，采用抗体治疗后可消退。 • 多发性骨髓瘤：基质成分通过分泌IL-6, IGF-1, VEGF, TNF-a, SDF-1, BAFF促进癌细胞的存活和迁移,以及药物耐受。

34. 免疫监视和肿瘤促进性炎症之间的平衡 • 肿瘤促进性细胞因子同时作用于免疫和癌细胞，调节它们之间的平衡。

38. 当炎性因素如感染或组织损伤消除后，炎症反应便终结，之后转变成为一种高度活跃、精细调控的平衡状态，这种炎症被称为“可控性炎症”（resolving inflammation）。 • 如持续的或低强度的不确定因素的刺激、靶组织处于长期或过度反应时，炎症无法从抗感染、组织损伤模式下转变成为平衡稳定的状态，导致炎症反应持续进行，则表现为“非可控性炎症”（nonresolving inflammation）状态。 • 机体内存在一个复杂的网络系统来调控可控性炎症与非可控性炎症之间的平衡。

39. 非可控性炎症 • 炎症的发生频率很高。普通情况下炎症的“结局” ——保护机体，阻止感染扩散，受损组织恢复其正常的结构和功能。 • 炎症的问题不是它如何“开始”，而是它如何“结束”。 • 如果慢性和急性炎症同时出现，持续时间较长； 如果炎症由急性转为慢性，持续处于慢性状态。 说明机体内在反复地启动炎症过程

40. 非可控性炎症 经久不息的慢性炎症的”结局” 炎症后的组织修复需要将多种不同细胞非常协调地进行结构重建，血管的重建非常关键。 炎症后如果没有正确的血管重建，组织供氧必然会出现问题，可能会阻碍正常的修复、导致萎缩或者纤维化。 对于以下疾患，非可控性炎症不是最根本的病因，但是对它们的发病过程确实是非常重要：动脉粥样硬化、肥胖、慢性阻塞性肺气肿、哮喘、炎性肠病、神经退化性病、多发性硬化症, 类风湿性关节炎、肿瘤等。 没有哪种临床症状象非可控性炎症这样，会给整个医疗体系带来如此沉重的负担。

41. 非可控性炎症的形成和转归 从何处来？ 向何处去？

42. 非可控性炎症的实例 (A) 动脉粥样硬化.一名患者的冠状动脉中出现的斑块上面的巨噬细胞（CD 68标记，蓝色）。 (B) 肥胖.肥胖小鼠的腹部脂肪组织, 带星号的脂肪细胞周围被巨噬细胞环绕。染成褐色的是T细胞（Foxp3标记）。 (C) 类风湿性关节炎.患者的膝关节滑膜腔充满了淋巴细胞、单核细胞、激活的成纤维细胞。 (D) 肺纤维化.由TGF-beta诱导生成的肺纤维化小鼠模型。胶原被染成蓝色，平滑肌染成褐色。

43. 可溶性分子促进炎症的解决 (Resolution) 分泌到细胞外的分子以及细胞外基质成分的表达降低或延迟，可导致炎症无法及时终结。

44. 这些刺激因素的持续存在可导致非可控性炎症 导致非可控性炎症最直接的因素就是持续存在的炎症刺激，如结核杆菌、幽门螺旋杆菌、肝炎病毒、血吸虫感染等。 外源性的脂结合蛋白（类似于脂多糖LPS）。 外源性食物携带的致敏性抗原。 反复暴露于有毒物质，如吸烟。 肥胖：针对脂肪组织产生的自身免疫反应。 肿瘤细胞本身也可以通过分泌趋化因子来招惹炎症细胞。

45. 抗炎药物用于肿瘤治疗 • 一些抗炎药物能降低肿瘤的发生率。如COX2抑制剂阿司匹林、抗炎激素-地塞米松。 • 炎症-肿瘤链可以成为治疗的靶点： • (1) 抑制那些介导细胞存活和癌细胞生长的信号传递分子和转录因子。 • (2) 中和细胞因子和趋化因子，阻止它们招募炎症细胞。 • (3) 降低抗癌治疗所引发的炎症反应。 • (4) 剔除那些促进肿瘤发生发展的免疫和炎症细胞，保留那些抑制肿瘤发生发展的免疫细胞。 • (5) 选择性地抑制促进肿瘤的细胞因子而不影响那些抗肿瘤的细胞因子。

46. 抗炎症药物的作用靶点

48. 肿瘤二阶段学说： 1 激发阶段 致癌物 （carcinogen, initiator） 2 促进阶段 促癌物 （promoter) 炎症与肿瘤的关系 炎症过程是initiator, 还是promoter？ 抑或既是initiator 也是promoter？ 本文用“吸烟-慢性炎症-肺癌” 动物模型来回答这个问题。

49. In this studying, the authors developed mouse models in which tobacco smoke exposure acts as a tumor promoter in addition to its established tumor initiator activity. First model: NNK (尼古丁产生亚硝胺酮) as a tumor initiator, tobacco smoke as a tumor promoter. Second model: K-ras mutation (G12D) as a tumor initiator, tobacco smoke as a tumor promoter.

50. Experimental protocol for promotion of NNK-induced lung cancer. initiator 腹腔注射，7周龄A/J鼠 promotor