第一节 免疫学基础
免疫系统是由不同细胞和分子组成的动态网络，包括固有免疫系统和适应性免疫系统。固有免疫系统包括粒细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞以及细胞因子、趋化因子等，适应性免疫系统包括B淋巴细胞（简称B细胞）和T淋巴细胞（简称T细胞）。固有免疫系统组成机体防护的第一道防线，适应性免疫系统则负责细胞和体液免疫，二者互相协同，共同抵御外源物质。
一、固有免疫系统
固有免疫系统是抵抗病原体入侵的第一道防线，反应迅速。其功能主要是清除病原体、限制感染蔓延、启动适应性免疫系统并开始组织修复等。固有免疫系统包含的成分众多，每种成分发挥其特定功能。
（一）自然杀伤细胞
自然杀伤（natural killer，NK）细胞具有淋巴样细胞的特征。细胞表面表达CD56/CD16。CD56brightCD16-免疫细胞可产生高水平细胞因子；CD56dimCD16+细胞代表成熟的NK细胞，具有高的细胞毒性；CD56-CD16+细胞被认为是功能异常的NK细胞群。NK细胞具有很高的异质性，大致可分为两个亚群：以CD94和NKG2A为特征的欠成熟亚群和以CD16和CD57为标志物的成熟亚群。外周血NK亚型的发育分化关系尚未完全建立，现有证据支持NK细胞为线性模型分化或分支（非线性）模型分化。
NK细胞被认为是固有免疫系统中功能最强大的免疫细胞。其具有淋巴细胞的形态特征，但缺少特异性抗原受体。NK细胞通过两种途径识别异常细胞：第一种是通过细胞表面的Fc受体（Fc receptor，FcR）结合抗体包被的靶分子，导致抗体依赖的细胞毒性作用。第二种是通过细胞表面的主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）Ⅰ型分子受体。如果与细胞相互作用时受体不被结合，NK细胞将启动裂解靶细胞的程序。通过释放穿孔素在靶细胞表面打孔，并释放颗粒酶进入孔洞，导致靶细胞发生凋亡。正常宿主细胞都表达MHCⅠ型分子，其与NK细胞表面受体结合，抑制细胞死亡。肿瘤细胞和病毒通常导致Ⅰ型分子表达下降，尽管这可能会使病原体损害细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocytes，CTLs）的识别能力，但会使其容易受到NK细胞的攻击。
NK细胞对靶细胞的识别和杀伤作用取决于其表面配体与NK细胞抑制受体和活化受体结合的平衡调节。人NK细胞的功能主要由与自身人类白细胞抗原（human leucocyte antigen，HLA）Ⅰ类分子相互作用的杀伤细胞免疫球蛋白样受体（killer cell immunoglobulinlike receptors，KIR）和NKG2A抑制受体调节。这些受体是NK细胞活化的主要检查点，尽管研究人员已经在NK细胞上鉴定出了其他非HLAⅠ类特异性抑制受体，并且证实这些受体也影响NK细胞细胞毒性平衡的调节。NK细胞表面激活受体协调NK细胞的触发和细胞毒性的活性，NKG2D、NCRs、NKp44和DNAM-1被认为针对肿瘤细胞表面的配体，负责NK细胞的激活。MICA/B（NKG2D配体）、CD112和CD155（DNAM-1配体）常在肿瘤细胞表面表达，有助于激活NK细胞。
NK细胞还具有一定的免疫记忆功能，在病原二次暴露时能够产生快速、强大的免疫反应。这种记忆功能在初次暴露后可持续数个月，并且是抗原特异性的。目前，基于NK细胞表面蛋白的抗肿瘤治疗的研究正在进行当中。
（二）树突状细胞
树突状细胞（dendritic cell，DC）是稀疏分布的迁移性骨髓源性白细胞群，连接固有免疫和适应性免疫。它是免疫系统的主要组成部分，是专职且强大的抗原呈递细胞（antigen presenting cell，APC），能够高效增强免疫应答，激活幼稚T细胞。DC能够识别、加工并呈递抗原给T细胞，并在抗原和病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）或损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）下产生细胞因子。DC不但能够诱导细胞和体液免疫，也能激活NK细胞和自然杀伤T（natural killer T，NKT）细胞。
DC是抗肿瘤免疫力中最重要和最关键的部分。免疫治疗也正朝着DC参与的方向发展，以提高细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）和NK细胞的能力，增强其对肿瘤细胞的根除能力。未成熟的DC汲取周围组织中的抗原（antigen，Ag）并对其进行处理，然后迁移至次级淋巴组织（如淋巴结）的T细胞区，与T细胞接触。通过这种迁移，DC发展成熟并表达共刺激分子，如CD80和CD86。成熟的DC在次级淋巴结分泌白介素（interleukin，IL）-12、IL-15和IL-18以帮助有效地启动T细胞。DC通过MHCⅠ型分子将抗原呈递给CTLs，通过MHCⅡ型分子呈递至幼稚辅助性T细胞（helper T cell，Th cell），以激活适当的免疫应答。尽管成熟的DC在没有固有免疫参与的情况下向周围组织活化的T细胞呈递抗原来触发免疫反应，但它们也参与诱导T细胞无能。不成熟表型的DC、髓源性抑制细胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）和肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophages，TAMs）可抑制DC功能并阻止其抗肿瘤免疫。肿瘤细胞上的MHCⅠ型分子可将肿瘤抗原提呈给CTLs，但效率低下，且肿瘤细胞表面没有共刺激分子来激活T细胞。因此，肿瘤细胞被认为是CTLs弱刺激物。肿瘤细胞分泌免疫抑制细胞因子，如转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β和IL-10，导致免疫耐受并降低CTLs浸润。特异性抗肿瘤免疫应答是治疗恶性肿瘤的首选方法，在肿瘤治疗中发挥重要作用。肿瘤免疫治疗主要分为主动疗法和被动疗法两大类。主动细胞免疫治疗是将宿主免疫系统引导至肿瘤表面的肿瘤相关抗原。装载抗原的DC在主动免疫治疗中是最重要的方式之一。通过使用抗癌疫苗来增强免疫系统，即将肿瘤裂解物或合成肽与佐剂组合脉冲到DC，以诱导肿瘤特异性效应T细胞来消除肿瘤块并增强免疫记忆以抵抗肿瘤复发。被动免疫治疗是采用抗体或免疫细胞（T细胞或NK细胞）治疗肿瘤。这种策略尽管增加了免疫细胞激活阶段的持续时间，但因为不是抗原特异性免疫反应，可能会导致不利的自身免疫和毒性。
（三）巨噬细胞
巨噬细胞是构成免疫系统的重要组成部分，对病原体有先天防御能力，能够激活适应性免疫应答。这些细胞包括不同亚群，每个亚群在个体发育、体内平衡和康复中均具有不同作用。起源不同、在组织中功能不同的巨噬细胞具有不同的表型。驻留在组织中的巨噬细胞是异质性种群，在其各自的起源组织中执行不同功能，从细胞碎片清除到免疫监视。巨噬细胞在离开骨髓、脾脏或血液后会与单核细胞区分开。然而，这不是巨噬细胞的唯一来源。巨噬细胞也可能源于胚胎发育过程中通过胚外卵黄囊中类红细胞-髓系前体细胞分化而播种的组织驻留巨噬细胞。巨噬细胞在不同组织内有不同身份，如脑部的小胶质细胞、肺脏的肺泡巨噬细胞和肝脏的库普弗细胞（Kupffer cell）。此外，不同来源的巨噬细胞群体也参与疾病状态。
巨噬细胞可分为促炎症型（M1型巨噬细胞）和抗炎症型（M2型巨噬细胞）两大亚群。随着研究的进展，人们发现在M1、M2两个极端类型之间还可能存在其他类型。新分类方式将巨噬细胞分成激活型、调控型和损伤修复型。也有研究将M1型巨噬细胞分成脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的巨噬细胞、脂多糖 /干扰素（interferon-gamma，IFN）-γ诱导的巨噬细胞和IFN-γ诱导的巨噬细胞，将M2型分成IL-4型、IL-10型、免疫复合物（immune complexes，Ic）型、糖皮质激素（glucocorticoids，GC）/TGF-β 型和 GC 型。这些不同类型的巨噬细胞在其固有转录因子、代谢、表面受体和分泌性分子（如细胞因子、趋化因子和生长因子等）上有很大不同。
脂多糖可以驱动巨噬细胞极化为M1型，而IL-4可以诱导巨噬细胞极化为M2型。M1型巨噬细胞能够促进炎症反应并产生促炎相关因子，如IL-6、IL-12和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）。相反，M2型巨噬细胞具有抗炎反应和修复受损组织的能力。在被感染的组织中，巨噬细胞首先被极化成促炎性M1型，以帮助宿主抵抗病原体。随后，巨噬细胞被极化成抗炎的M2型并修复受损的组织。巨噬细胞极化的关键是细胞表面标志物表达的改变。M1型巨噬细胞过表达CD80、CD86和CD16/32，并能够分泌促炎性细胞因子。相反，M2 型巨噬细胞中精氨酸酶 -1（arginase-1，Arg-1）、甘露糖受体（CD206）、IL-10、CC 基序趋化因子配体（C-C motif chemokine ligand，CCL）17和CCL22的表达升高。它们在组织修复、血管生成和代谢中起重要作用。巨噬细胞在调节人体免疫反应和新陈代谢中起重要作用，因此巨噬细胞极化障碍可能引起某些疾病。分析巨噬细胞极化障碍的原因有助于治疗疾病。而且，患病组织中巨噬细胞极化的方向可以通过药物干扰来调节，以促使其极化为所需表型。
肿瘤细胞和巨噬细胞的交流驱动其细胞表型和功能的动态变化。肿瘤细胞的内在和外在分子模式通过多种机制影响巨噬细胞的浸润和激活：①肿瘤细胞将M1型TAMs激活的转录程序转移到M2型TAMs。肿瘤细胞衍生的集落刺激因子1（colony stimulating factor 1，CSF1）和CCL2导致肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）中巨噬细胞浸润的增加，随后通过刺激血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的分泌而促进血管生成。②肿瘤细胞的凋亡诱导M2型TAMs的激活或抑制M1型TAMs的激活。③坏死性肿瘤细胞对巨噬细胞表型和功能的改变仍不清楚。④缺氧肿瘤微环境增加单核细胞/巨噬细胞的募集，然后分化和产生缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）1α和HIF2α，继而控制促肿瘤相关基因的转录。⑤肿瘤细胞介导巨噬细胞表型代谢转变激活TME中的M2型TAMs。⑥TAM通过接收来自肿瘤细胞的极化信号来维持免疫抑制表型。
另一方面，TAMs建立肿瘤前微环境，以多种方式影响肿瘤细胞的起源、进展、传播和耐药性，包括：①TAMs通过分泌表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、Wnt家族成员 WNT5A、组织蛋白酶 B、信号蛋白 4D和IL-1β促进肿瘤细胞的生长和转移。②TAMs衍生的迁移抑制因子（migration inhibitory factor，MIF）通过抑制肿瘤蛋白 p53（tumor protein p53，TP53）活性，诱导 DNA 损伤和免疫逃逸。③低氧区域的TAMs通过表达HIF1α并分泌VEGF、IL-8、细胞色素C氧化酶组装因子2（cytochrome C oxidase assembly factor 2，COX2）和MMP9来适应低氧张力。TAMs还增加了肿瘤的缺氧和有氧糖酵解。④TAMs通过分泌MMP诱导肿瘤细胞上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），促进肿瘤细胞的侵袭和转移。⑤TAMs通过募集Th2细胞和调节性T细胞来建立促肿瘤的抗炎环境。⑥TAMs在T细胞无能中发挥作用，并抑制幼稚T细胞的活化和生长。⑦TAMs诱导自分泌IL-10信号通路驱动M2型TAMs极化以抑制TME中的抗肿瘤反应。⑧TAMs诱导免疫检查点蛋白程序性死亡蛋白配体-1（PD-L1）的内在活化。PD-L1通过与T细胞表面的程序性死亡蛋白-1（PD-1）结合而导致细胞毒性T淋巴细胞的衰老、耗竭和凋亡。
（四）嗜酸性粒细胞
嗜酸性粒细胞的主要生理作用是保护宿主免受寄生虫感染。此类感染诱导抗原特异性抗体IgE包裹生物体。嗜酸性粒细胞用低亲和力受体（FcεRⅡ）与抗体结合，其内的大颗粒包括碱性蛋白、嗜酸性阳离子蛋白、嗜酸性粒细胞氧化酶和嗜酸性粒细胞衍生的神经毒素等，当释放到生物体表面时具有高度细胞毒性。
嗜酸性粒细胞产生于骨髓，来自表达CD34的髓样祖细胞，受到多种转细胞集落刺激因子、IL-3和IL-5的影响。在血液中完成过渡转变后，嗜酸性粒细胞主要存在于组织中，尤其存在于与环境形成界面的黏膜组织中（如呼吸道、胃肠道或泌尿生殖道）。长期以来，嗜酸性粒细胞一直被认为是变应性疾病和涉及蠕虫的寄生虫感染的最终载体，现在被认为是多功能白细胞。它们通过大量细胞因子和介质的产生和释放，以及涉及固有和适应性免疫反应表面受体的表达，参与炎症反应的启动和传播、免疫反应的调节和组织稳态。
嗜酸性粒细胞将抗原呈递给T细胞并产生和释放免疫调节分子来调节免疫应答。它通过细胞表面MHCⅡ内吞、加工和呈递抗原肽，表达细胞表面分子（如CD80、CD86和CD40）向T细胞提供共刺激信号，与CD4+T细胞发生相互作用。嗜酸性粒细胞产生纤维化和血管生成因子，如VEGF、基质金属蛋白酶、TGF-α和TGF-β以及神经生长因子（nerve growth factor，NGF），参与生理和病理组织重塑。嗜酸性粒细胞释放的细胞因子可使其倾向Th1反应（IL-2、IL-12、IFN-γ）或更常见的 Th2 反应（IL-4、IL-5、IL-9、IL-10、IL-13 和 IL-25）。此外，嗜酸性粒细胞还分泌多种趋化因子，包括激活后可调节的正常T细胞表达和分泌的因子（regulated upon activation，normal T cell expressed and secreted，RANTES；又称 CCL5）、嗜酸性粒细胞趋化因子（CCL11）、单核细胞趋化性蛋白1（CCL2）和巨噬细胞炎症蛋白1（macrophage inflammatory protein，MIP-1；也称CCL3）等参与免疫过程。嗜酸性粒细胞的细胞毒性潜力可能对异物或肿瘤细胞有益，而对正常细胞或组织有害。因此，嗜酸性粒细胞被视为多功能白细胞，参与各种生理和病理过程。
嗜酸性粒细胞在实验模型和人类中均已被发现对肿瘤细胞具有细胞毒性作用。在多种类型肿瘤中观察到表达特定细胞毒性分子的嗜酸性粒细胞浸润。这种浸润称为肿瘤相关组织嗜酸性粒细胞增多（tumor-associated tissue eosinophilia，TATE）。TATE与患者预后的关系因瘤种的不同而不同，在某些肿瘤与预后好相关，在另一些肿瘤则相反。而关于嗜酸性粒细胞如何被招募到肿瘤部位，仍未阐明。
（五）肥大细胞
肥大细胞（mast cell，MC）是颗粒状的组织驻留细胞，来源于骨髓中的造血细胞前体，参与固有免疫和适应性免疫。人的MC从CD34+/CD117+多能祖细胞分化而来。MC的分化需要c-kit（CD117）的激活，这取决于干细胞因子（stem cell factor，SCF）诱导的kit二聚化和自磷酸化。SCF是c-kit配体，由组织中的MC和结构细胞产生，除了参与MC的分化，在MC的存活、迁移和功能中也起着至关重要的作用。许多细胞因子，如IL-3、IL-4、IL-9、IL-10、IL-33和TGF-β会影响MC的生长和存活。MC表达各种受体，如细胞因子和趋化因子受体、Toll样受体（toll-like receptor，TLR）和血管内皮细胞生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）。此外，MC 表达高亲和力 IgE 受体（FcεRI），该受体通过与配体结合而诱导促炎性和免疫调节介质的释放。MC存在于大多数组织，如所有黏膜组织（包括皮肤黏膜、肺黏膜、消化道黏膜），并紧邻成纤维细胞、上皮细胞、周围血管、淋巴管和神经。MC在炎症和急性过敏反应中起重要作用。MC具有与其颗粒相关的独特功能，并包含许多存储和分泌颗粒，如组胺、5-羟色胺、趋化因子、细胞因子和蛋白酶（类胰蛋白酶、乳糜酶和羧肽酶A3）。所有这些介质均作用于脉管系统、平滑肌、结缔组织、黏液腺和炎症细胞。在MC样细胞（如中性粒细胞、细胞毒性T淋巴细胞、巨噬细胞和内皮细胞等细胞）中，丝氨酸蛋白多糖通过与各种颗粒蛋白酶和生物活性胺形成复合物，在肥大细胞颗粒的组装中起重要作用，从而导致关键炎症介质滞留在储存颗粒和分泌性囊泡中。
活化的MC分泌多种炎症介质。MC通过增强黏附作用、血管通透性和直接的化学吸引作用而引起免疫效应细胞选择性募集到组织部位，如通过分泌CCL3招募NK细胞，通过白三烯B4招募CD8+T细胞等。肿瘤细胞招募MC到达肿瘤微环境，具有促血管生成的作用。MC也可通过调节多种免疫细胞或释放调节因子抑制抗肿瘤免疫应答。肿瘤微环境中富含多种介质，如SCF、IL、VEGF、趋化因子等，这些成分除了激活MC之外，还导致其募集和刺激其发展。而MC被激活后会释放一系列广谱的生长因子、血管生成因子和促炎分子，这些分子促进肿瘤侵袭。肿瘤微环境中大量激活MC的神经肽，也可促进肿瘤生长。
（六）嗜碱性粒细胞
嗜碱性粒细胞是多形核白细胞，与嗜酸性粒细胞一起被认为是变态反应性粒细胞的主要免疫细胞亚群。动物模型显示，嗜碱性粒细胞与MC的功能具有相似性。例如，其膜上表达高亲和力IgE受体（FcεRI）以及参与变态反应和超敏反应，均来自共同的造血前体，而它们的分离、分化是通过特定转录因子的差异表达产生的。信号转导和转录激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）5、P1-RUNX、GATA1、GATA2 和 C/EBPα 参与嗜碱性粒细胞分化，而STAT5、GATA1、GATA2、FOG-1和MITF参与MC的分化。嗜碱性粒细胞在功能上与MC也有区别：嗜碱性粒细胞与其他免疫细胞之间有复杂的交互作用，MC在参与过敏反应方面比嗜碱性粒细胞作用差。嗜碱性粒细胞一旦从骨髓中释放出来，通常存在于外周血和脾脏中，但也可以进入淋巴结和组织炎症部位，在这些部位活化细胞释放丝氨酸蛋白酶（如mMCP-8和mMCP-11）并增加局部微血管通透性，使T细胞和固有免疫细胞到达炎症部位。嗜碱性粒细胞可以通过触发FcεRI依赖性信号来激活，也可通过特异性IgE交联（IgE介导的反应）或非IgE介导的刺激（如细菌甲酰化肽、TLR配体、腺苷、细胞外核苷酸、细胞因子、免疫介质、外源生物和IgG）来激活。活化的嗜碱性粒细胞释放出大量免疫和血管活性介质。嗜碱性粒细胞与MC释放的细胞因子（如COX-1、COX-2、趋化因子）和免疫介质有很大不同。释放介质的模式不一定会随着变态反应或固有免疫反应的发生而改变。但在控制慢性变态反应方面，嗜碱性粒细胞的退化可能会完全不同。嗜碱性粒细胞可以在发炎的组织中迁移，通过上调细胞膜上的趋化因子受体（如CCR1和CCR2）而响应RANTES或MCP-1等炎症趋化因子。
嗜碱性粒细胞不仅增加微血管通透性，使白细胞在炎症组织中迁移，还促进Th2细胞免疫应答。嗜碱性粒细胞与其他固有免疫细胞一起，通过Th2细胞介导的反应积极参与根除感染宿主的蠕虫，其中嗜碱性粒细胞释放IL-4和IL-13，并对与该反应有关的其他细胞因子（如IL-9、IL-5、IL-33和IL-18）做出反应。嗜碱性粒细胞也可释放IL-6，诱导幼稚CD4+T细胞向Th17细胞分化和Th17细胞应答。嗜碱性粒细胞参与记忆性CD4+T细胞中Th17/Th1细胞因子表达的增加。
关于嗜碱性粒细胞与肿瘤关系的研究较少，已知其与慢性粒细胞白血病（chronic myelocytic leukemia，CML）相关。嗜碱性粒细胞表达丰富的干细胞生长因子和CCL3，促进CML细胞扩增。另外，肿瘤浸润的嗜碱性粒细胞也可通过产生CCL3和CCL4招募CD8+T细胞，以达到消除肿瘤的目的。在胰腺导管癌中，引流淋巴结中的嗜碱性粒细胞是患者术后存活的独立负向预后因素。
（七）中性粒细胞
成熟的中性粒细胞占成人外周血白细胞总数的50%～70%，为抵御病原体入侵的第一道防线，是第一个迁移到炎症部位的白细胞，并且在肿瘤微环境中含量丰富。成熟的中性粒细胞无法增殖，但可在骨髓持续大量生成。在此过程中，中性粒细胞的细胞质颗粒及其内含物在不同的分化阶段合成。人类中性粒细胞在被感染/炎症部位感染之前仅在血液中停留数小时，在自发凋亡之前可存活1～2d，在炎症环境下存活时间更长。血液中性粒细胞快速流入表明炎症反应开始，是炎症的标志之一。然而，中性粒细胞引起的炎症也可能是一系列慢性综合征和肿瘤进展的重要原因。以前认为，中性粒细胞仅对外部信号做出反应或被视为旁观者而发挥被动作用；现在认为，中性粒细胞可被触发和激活，不同的中性粒细胞群体可以影响包括癌细胞在内的不同细胞。不同类型肿瘤患者经常出现外周血中性粒细胞数量显著增加。外周血中性粒细胞与淋巴细胞比例升高已成为癌症患者总体生存不良的独立预后指标。这些信息揭示了中性粒细胞在肿瘤中的新作用，以及细胞表型的异质性和功能的多样性。
某些中性粒细胞颗粒成分在细胞活化后暴露于细胞表面或释放到细胞外介质中而与肿瘤进展有关。例如，MMP-9与外渗过程相关，Arg-1与免疫抑制有关。中性粒细胞细胞质颗粒成分参与肿瘤转移和血管生成，并被认为可能是癌症预后的生物标志物。例如，β2整合素CD18和MMP-9通过触发基底膜和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的降解，使肿瘤细胞释放VEGF并促进血管生成来促进肿瘤转移。中性粒细胞及其衍生的分子在前转移灶的产生及整个转移过程中起重要作用。中性粒细胞可以经历一种称为NETosis的独特细胞死亡形式，通过这种细胞死亡，细胞外排含有DNA链和颗粒蛋白的独特网状结构，这种结构已被证明可以捕获循环肿瘤细胞。中性粒细胞通过与肿瘤细胞的直接接触促进肿瘤进展和转移。中性粒细胞Mac-1与肿瘤细胞ICAM-1结合可促进肿瘤细胞转移。
（八）细胞因子
细胞因子形成复杂的网络参与免疫应答调控，是调节免疫系统的重要组成部分。免疫细胞信号转导的第一步是免疫突触两侧的跨膜蛋白直接进行细胞接触，从而启动和控制细胞内信号转导级联，即幼稚T细胞激活过程中的第一和第二信号。第三种信号由细胞因子提供，可进一步调节免疫反应并控制激活的水平和持续时间，并调节效应细胞对靶细胞的影响。细胞因子分为两种类型：Ⅰ型对T细胞具有免疫刺激作用，而Ⅱ型具有免疫抑制作用。例如，IL-2和IFN-γ是Ⅰ型细胞因子，IL-10是Ⅱ型细胞因子。
在细胞因子中，IL-2具有最长的研究历史。在Ⅰ型免疫应答过程中产生的IL-2促进幼稚T细胞生长、成熟和分化为效应T细胞、辅助性T细胞、调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）和NK细胞。早在1992年，IL-2就被批准用于肿瘤治疗，但由于治疗性剂量具有很大不良反应而限制了其使用。经过改造的IL-2可激活CD8和NK细胞而较少激活Tregs，其与免疫检查点抑制剂组合用于肿瘤治疗的临床研究正在进行中。IL-15能够激活NK细胞和记忆性CD8+T细胞的增殖和抗肿瘤活性，而对Tregs的活化能力较弱。IL-15受体在抗原呈递细胞表达，通过响应循环淋巴细胞水平的变化而改变血清浓度和受体利用率，在控制外周血淋巴细胞计数中起关键作用。临床前研究已证明，IL-15对CD8和NK细胞具有促增殖作用。IL-12是一种促炎性异二聚体细胞因子，主要由抗原呈递细胞（APC）在响应病原体相关分子模式时分泌。IL-12可诱导NK细胞产生IFN-γ，并促进免疫效应细胞对Ⅰ型抗肿瘤反应的极化。因此，IL-12被认为是“桥连”细胞因子，介导由促炎因子触发的细胞间交流。IL-7能够促进幼稚和记忆T细胞的生长。IL-10由T细胞和DC产生，是一种多效细胞因子，在较低浓度下能抑制促炎性细胞因子的分泌，在较高浓度下能激活肿瘤微环境中的CD8细胞并诱导其增殖。IL-10还作用于CD4细胞、Tregs、NK细胞和树突状细胞等。粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）募集并激活抗原呈递细胞以促进效应T细胞反应。
干扰素（IFN）是一组信号蛋白，负责调节和激活免疫应答。根据与其结合的受体，INF一般分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。机体中所有细胞都能表达Ⅰ型和Ⅲ型IFN以识别病毒成分，如裸露的DNA或RNA，而IFN是抵抗细胞内病原体的重要防御手段。它们在免疫监视和抗癌防御中也很重要。Ⅱ型IFN，最初被称为“免疫IFN”，因为它们是在从固有免疫应答到适应性免疫应答过渡的过程中由淋巴细胞产生的独特信号，主要由NK、CD4和CD8细胞产生，具有免疫调节作用，并且在肿瘤免疫学研究中得到广泛应用。IFN-α是典型的Ⅰ型干扰素，由细胞响应病原体成分而产生，病原体成分由模式识别受体（如Toll样受体）检测到。IFN-α通过促进被感染细胞的凋亡来干扰病毒复制，并且激活巨噬细胞和NK细胞。IFN-γ是Ⅱ型干扰素。IFN-γ与细胞表面受体IFNGR1/2结合，后者在所有有核细胞中表达，并通过JAK-STAT1途径发出信号转导。受体激活后，STAT1在IFN-γ激活位点（GAS）与DNA结合，并导致相关基因转录。这些基因产物主要介导IFN-γ防御细胞内病原体和肿瘤免疫监视、巨噬细胞极化为M1型，以及增加MHCⅠ型分子的抗原呈递等功能。免疫效应细胞产生IFN-γ时具有直接抗肿瘤作用，最近已证明其信号分子在肿瘤细胞中的突变丢失是抵抗免疫检查点抑制剂治疗的重要机制。IFN-γ导致PD-L1在肿瘤和肿瘤微环境中其他细胞上的表达增加，并且肿瘤内IFN-γ的产生是对免疫检查点阻断反应的关键预测指标，也是免疫治疗激活的标志物。然而，IFN-γ的持续释放与自身性免疫疾病和噬血细胞综合征（又称巨噬细胞活化综合征）有关。
（九）趋化因子
趋化因子是细胞因子家族的特殊成员，在白细胞迁移中起关键作用。其具有实质的趋化功能（诱导细胞的定向运动）。趋化因子通过两个半胱氨酸（C）残基与其他氨基酸（X）相对位置来命名，可分为4种类型：CXC、CX3C、CC和C。大多数细胞在促炎性细胞因子或细菌刺激下产生趋化因子，并且在所有白细胞上都发现趋化因子受体。趋化因子与G蛋白偶联受体结合，触发细胞内信号转导，从而驱动细胞极化、黏附和迁移。趋化因子及其受体高度混杂，大多数趋化因子可结合多个受体，而同一受体也可结合多个趋化因子配体。
趋化因子可招募多种免疫细胞。趋化因子受体CCR4、CCR5、CXCR3、CXCR4、CCR6和CCR7在调节T细胞迁移至炎症部位中起关键作用。T细胞、NK细胞、B细胞和未成熟的DC通过CCL20与CCR6的结合被招募到肿瘤部位。CCL19和CCL21通过与CCR7相互作用将Tregs、CD4+辅助性T细胞、TCM、TRCM、活化的T细胞、单核细胞衍生的树突状细胞和B细胞募集到肿瘤微环境。当抗原特异性CD4+T细胞与DC相互作用时，CCL3和CCL4被释放，引导CCR5阳性的幼稚CD8+T细胞进入组织进行激活。因此，在炎症部位分泌这些受体的配体（CCR5为CCL4/5，CXCR3为CXCL9/10/11），对于启动特异性免疫应答是必要的。在肿瘤微环境中趋化因子也会募集免疫抑制细胞到达肿瘤部位。趋化因子受体CCR1、CCR2、CCR3、CCR5、CCR8、CXCR1、CXCR2 和 CXCR4 的配体可将巨噬细胞募集到肿瘤微环境。中性粒细胞和MDSC通过CCR2、CCR3、CXCR1、CXCR2和CXCR4的配体被募集到肿瘤中。Tregs表达趋化因子受体CCR2/3/4/6/7/8/10、CXCR3和CXCR4，并可通过与其配体结合被招募到肿瘤病灶。CD4+T细胞被DC激活后上调CXCR3和CXCR5，与向Th1细胞方向分化有关，并且CXCR3的上调也可介导CD4+T细胞在淋巴结不同DC群体之间进行迁移。CXCR3对于T细胞募集到肿瘤至关重要，胸腺和Th1细胞产生IFN-γ，从而诱导CXCL9和CXCL10产生，以增强细胞毒性CD8+T细胞募集到肿瘤中。Th2细胞表面表达的CCR4能够与CCL17和CCL22结合。
肿瘤细胞表达多种趋化因子受体，并对趋化因子做出应答以促进其迁移、增殖及基因表达等，并且这些受体也有助于维持肿瘤细胞的干细胞特性。如CXCR1与肿瘤细胞的干性维持有关，CXCR1和CXCR2与肿瘤生长和转移相关，CXCR3和CCR5的配体可将T细胞招募至肿瘤部位，趋化因子CXCL16可将NKT细胞招募至肿瘤病灶。肿瘤细胞通过各种方式减少免疫细胞浸润，这对免疫治疗是一个挑战。通过趋化因子或其受体增加免疫细胞浸润，可能是增强PD-1/PD-L1或其他免疫治疗效果的潜在方法；骨髓细胞CXCR4增强了NK细胞在肿瘤中的招募和激活，从而抑制肿瘤生长。消除CXCR2信号可抑制小鼠模型中胰腺癌的转移并改善对PD-1抑制剂的反应；然而增强免疫疗效靶点的选择和使用方式仍在研究当中。
二、适应性免疫系统
适应性免疫系统是抵抗病原体的第二道防线，反应时间比固有免疫系统长，但特异性更高。适应性免疫系统包括T淋巴细胞和B淋巴细胞。
（一）T淋巴细胞
T细胞的发育始于胸腺，骨髓祖细胞经过严格的正负选择，最终使幼稚CD4和CD8 T细胞群体离开胸腺，并在细胞表面表达独特的T细胞受体（T cell receptors，TCR）。这些TCR能够识别抗原呈递细胞（APC）上MHC分子呈递的非常广泛的外源肽。在稳态条件下，通过TCR对自身MHC分子响应的低水平信号，以及细胞因子IL-7提供的信号，外周幼稚CD4和CD8 T细胞种群的大小和组成相对恒定。为了适当激活外周血T细胞，必须通过TCR（信号1）发出信号，并需要共刺激分子的其他信号（信号2）和细胞因子（信号3）来完全达到效应和记忆CD4和CD8 T细胞群体的扩增。DC是T细胞启动的关键APC，它们在成熟过程中会上调表面MHC分子和共刺激配体，并具有分泌细胞因子的能力。通过整合应答过程中多种信号，T细胞启动后经历克隆扩增和效应细胞功能获得，随后形成长期存活的记忆细胞群。CD4+T细胞有各种功能亚群，包括在B细胞反应中起作用的滤泡辅助性T细胞（follicular helper T cell，Tfh）、与稳态和耐受性相关的Tregs以及具有独特细胞因子分泌模式和功能的辅助性T细胞（Th1、Th2、Th17细胞等）。CD8+T细胞是介导细胞毒性的主要亚群，因此也称为细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）。记忆T细胞根据归巢潜能和其他效应子功能进行分类：中央记忆T细胞（central memory T cells，Tcm）主要位于淋巴器官内，当再次受到攻击时具有扩增潜能；效应记忆T细胞（effector memory T cells，Tem）具有更快速的效应功能，并具有更大的迁移特性，使它们能够通过淋巴外组织循环。
CD4+T激活后分化成具有不同效应的亚型，它们通过分泌特定细胞因子介导免疫应答。CD4+T细胞分为经典的Th1和Th2型，以及Th17、Tfh、诱导型调节性T细胞（induced Treg，iTreg）、1型调节性T细胞（type 1 regulatory T cells，Tr1）及独特的Th9细胞。不同谱系的分化取决于特定细胞因子和转录因子的信号转导网络。例如，Th1细胞分化取决于细胞因子IL-12和IFN-γ以及T-bet、STAT1/4等转录因子。Th2细胞分化取决于IL-2/4以及GATA3等。CD4+T细胞具有多种功能，其范围包括激活固有免疫系统细胞、B淋巴细胞、CTLs以及非免疫细胞，并且在抑制免疫反应中也起关键作用。Th1细胞参与细胞内病原体的消除，并与器官特异性自身免疫有关。它们主要分泌IFN-γ、淋巴毒素-α（lymphotoxin-α，LTα）和IL-2。IFN-γ对于激活包括巨噬细胞、小胶质细胞在内的单核吞噬细胞至关重要，从而增强吞噬活性。Th2细胞对包括蠕虫在内的细胞外寄生虫产生免疫反应，并在哮喘和其他变态反应性疾病的诱发和持续中起主要作用。Th17细胞负责增强针对细胞外细菌和真菌的免疫应答，并且也参与自身免疫疾病的发生。Tregs以表达叉头样转录因子3（forkhead box protein 3，FOXP3）为主要特征，经抗原引发后从幼稚CD4+CD25细胞分化产生。Tregs和Tr1在维持对自身和外来抗原的免疫耐受中起重要作用。清除病原体后，它们负向调节免疫反应，防止病理性免疫的发生，主要效应细胞因子包括IL-10、TGF-β和IL-35。IL-10是有效的抑制性细胞因子，具有抑制促炎反应的能力，因此可以限制炎症过程对组织的损害。另外，IL-10和TGF-β可抑制IgE的产生，在减轻过敏性炎症中起重要作用。CXCR5+CD4+Tfh细胞从CXCR5-CCR7+CD4+细胞分化而来，通过与B淋巴细胞相互作用在介导体液免疫方面发挥重要作用。分化后的特异性Tfh细胞进入前生发中心，与抗原引发的B细胞进行初始相互作用，随后将B细胞分化为产生免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）的浆细胞。在生发区域，它们参与长期存活记忆B细胞的发育。
CD8+T细胞根据分化、效应因子及功能不同可分为多种类型。CTLs（也称为Tc1型）是研究最多的亚群。IL-2和IL-12以及转录因子T-bet、Blimp-1、Id2、IRF4等促进幼稚CD8+T细胞分化为Tc1，后者通过分泌IFN-γ、TNF-α、颗粒酶和穿孔素等在清除病原体和抗肿瘤中发挥重要作用。IL-4促进幼稚CD8+T细胞向Tc2细胞分化。Tc2细胞在功能上不同于Tc1细胞，在流行性感冒病毒感染期间、自身免疫和过敏性疾病中起作用。Tc9细胞分泌IL-9/10，抑制CD4+T细胞介导的结肠炎、促进Th2细胞介导的变态反应，并具有抗黑色素瘤作用。Tc17细胞在促进自身免疫性疾病、抗病毒和抗肿瘤中起作用。CD8+Treg亚群调控CD4+T细胞介导的免疫应答。CD8+Tc细胞具有可塑性，不同类型之间可相互转化。Tc1和CD8+Treg相对稳定，而其他亚群可获得不同亚群的特征。
像其他免疫细胞一样，T细胞在肿瘤微环境中也表现出不同的作用。T细胞分为MHC-Ⅱ限制的CD25+T（Th/辅助性 T）细胞和MHC-Ⅰ限制的CD25+T（Tc/细胞毒性T）细胞。Ⅰ型辅助性T细胞（Th1细胞）和Ⅱ型辅助性T细胞（Th2细胞）均可激活CD25+T细胞并激活体液免疫反应。CD25+T细胞具有可塑性，可分为多个谱系。在肿瘤发生过程中，T细胞被DC激活并募集到肿瘤附近，增强了肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL）的免疫监视功能。肿瘤细胞缺乏MHC-Ⅱ抗原，Tc细胞被认为是关键的抗肿瘤成分，并在过继T细胞疗法中被用作针对肿瘤的有效免疫武器。此外，CD25+Th1细胞还可以通过激活Tc和 NK 细胞，并释放细胞因子，如IFN-γ、TNF-α、单核细胞趋化蛋白（MCP-1）或 CCL-2、巨噬细胞炎性蛋白（MIP-1α）消除肿瘤。然而，根据肿瘤发展和微环境的不同，Th2细胞和另一亚型Th17细胞的作用有时是矛盾的。Th17亚型通过募集树突状细胞显示出间接的抗肿瘤反应。在肿瘤中，在TCR和MHC-Ⅰ辅助识别肿瘤抗原后，CD25+细胞毒性T淋巴细胞可以直接杀死肿瘤细胞，而CD25+细胞则支持CD25+细胞并在启动阶段和效应阶段增强针对MHC-Ⅱ阴性肿瘤的主要免疫力。NK细胞或Tc细胞在低水平抑制性细胞因子存在下介导肿瘤杀伤。肿瘤微环境中Tc细胞产生的CCL-2、CCL-3、CCL-4、CCL-5、CXCL-9和CXCL-10也有助于杀伤肿瘤。肿瘤突变产生的新抗原可以进一步激发抗肿瘤Tc细胞反应。
尽管T细胞主要介导抗肿瘤活性，但肿瘤能够通过以下途径逃避T细胞的杀伤：①直接或间接抑制T细胞积累；②逃避免疫监视发生扩散；③耐受或避免与T细胞接触。一方面，T细胞向微环境的浸润受到成纤维细胞和胶原蛋白的限制，这些沉积物阻碍了效应细胞与肿瘤细胞的接触。多种抑制因子对T效应细胞产生交互作用，如含黏蛋白结构域蛋白 3（mucin domain-containing protein3，TIM3）、淋巴细胞活化基因 3（lymphocyte activation gene-3，LAG-3）蛋白、PD-1和细胞毒性 T 淋巴细胞抗原 4（cytotoxic T-lymphocyte antigen 4，CTLA4）。CD25+T细胞中的STAT3信号转导抑制CXCL-3（趋化因子CXCL10的受体）表达，消除CD25+T细胞的积累，从而降低IFN-γ水平。肿瘤细胞利用各种机制来帮助其避免T细胞介导的杀伤。例如，β2-微球蛋白（β2-microglobulin，B2M）缺失导致HLA-1表达丧失；肿瘤细胞通过对外周T细胞产生耐受包括Treg和T细胞无反应、疲劳和衰老，进而损害T细胞免疫；肿瘤细胞表达PD-L1，当与PD-1受体形成复合物时，导致CD25+T细胞进入休眠状态。表达PD-L1的肿瘤有时被无能T细胞包围，这些T细胞不能产生免疫应答。
（二）B淋巴细胞
在骨髓中成功完成抗原非依赖性分化后，B细胞迁移至外周淋巴器官，并在血液中循环，在这里它们需要外部信号才能存活。识别其同源抗原的细胞经历免疫应答分化为记忆B细胞或效应细胞，即产生抗体的浆细胞。这一成熟过程取决于发生反应的位置和抗原的类型，且需要不同的信号转导途径来激活。
成熟B细胞的生成和维持取决于细胞膜B细胞受体（B cell receptor，BCR）的表达，BCR不表达则不会产生B细胞，而在成熟B细胞中BCR的缺失会诱导细胞死亡。磷酸肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）信号提供BCR依赖性生存信号，是细胞稳态和生存的保守途径。B细胞存活的另一个关键受体是B细胞活化因子受体（B cellactivating factor receptor，BAFR），作为TNFR家族成员，可以特异性识别可溶性B细胞活化因子（B cell-activating factor，BAF）。DC在骨髓中产生的MIF对维持成熟B细胞的存活至关重要。B细胞存活和增殖的信号在CD74-CD44受体复合物结合后被诱导，伴随的c-MET信号由肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）触发。因此，新产生的B细胞依赖于确保存活和有限细胞分裂的外部信号，以提供足够大的细胞池，能够进行抗原依赖性的免疫反应。B细胞应答的特异性由BCR的可变结构域决定，通过该结构域，B细胞可以特异性识别抗原并接收用于激活的第一个信号，结合抗原后，BCR通过CD19复合物（由CD19、CD21、CD81和CD225组成）进行信号转导。
B细胞第二个信号通常由生发中心（germinal center，GC）中的活化Tfh细胞提供。Tfh细胞是辅助性T细胞，可控制B细胞的成熟和活化。GC中B细胞/Tfh细胞与滤泡DC的相互作用是适应性免疫反应的基础。另外，B细胞和Tfh细胞可以浸润到肿瘤，并影响肿瘤的进展。B细胞不仅通过分泌免疫球蛋白促进T细胞反应，直接杀死癌细胞、抑制肿瘤进展，也可通过释放免疫抑制性细胞因子促进肿瘤活性。
B细胞与Tfh细胞相互作用后，可分化为短期存活浆细胞、记忆B细胞或长期存活浆细胞。Tfh细胞和滤泡DC分泌的CXCL13可使B细胞进入TME。现有证据表明，在TME中发现的不同的B细胞亚群具有不同的作用。首先，肿瘤浸润B细胞产生具有生长抑制特性的功能性抗体，引起肿瘤特异性体液反应。B细胞分泌的免疫球蛋白可通过依赖抗体性细胞介导细胞毒性作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）或补体依赖的细胞毒性（complement dependent cytotoxicity，CDC）来裂解肿瘤。其次，B细胞也发挥APC细胞的作用，促进TME中的T细胞应答。在非小细胞肺癌中，大量T细胞和B细胞浸润与预后好相关。辅助B细胞不依赖抗原呈递而维持B细胞活化，促进CTLs的存活和增殖。第三，活化的B细胞可以直接裂解肿瘤细胞并具有CTLs活性，可增强颗粒酶B和TNF相关凋亡诱导配体（TNF-related apoptosis inducing ligand，TRAIL）的表达，两者对肿瘤细胞都有直接的细胞毒性。然而，B细胞也能诱导癌变和肿瘤进展。动物模型研究发现，B细胞抑制CTLs抗肿瘤反应。这类细胞被认为是调节性B细胞（regulatory B cell，Bregs）。Bregs可能通过抗炎细胞因子IL-10抑制抗肿瘤免疫。这种抑制作用需要来自Toll样受体TLR、CD40和BCR的信号。Bregs也可诱导M2型巨噬细胞极化，以及促进Tregs发挥功能。有证据表明，CTLs和B细胞同时存在的肿瘤相比仅包含CTLs的肿瘤患者存活率更高。在肺癌中较高密度的CD4+和CTLs与三级淋巴结构（tertiary lymphoid structure，TLS）内部的B细胞高密度相关。高TIB与肿瘤较高分期和复发相关。某些肿瘤中B细胞数量随分期增加而增加，与预后不良相关。
考虑到B细胞与患者预后之间的关系，发展基于B细胞的免疫治疗策略可能是有效的，增加抗肿瘤B细胞的活性或抑制Bregs的作用是可选策略。TLS中的肿瘤浸润B淋巴细胞和B细胞会产生抗肿瘤抗体。在肺癌小鼠模型中，天然化合物可通过诱导B细胞激活IgM介导的细胞毒性来抑制肿瘤生长。此外，瘤内注射IL-12可激活B细胞并诱导免疫球蛋白和IFN-γ的产生，与良好预后相关。
（赵 超 张 坤 李雪飞 苏春霞）