人生沒有用不到的經歷

癌細胞經由數十個突變，一旦形成，便會被Natural killer cell(NK cell)或Cytotoxic T lymphocyte(CTL)殺死。如果NK cell與CTL都無法立刻殺死癌細胞，複雜的T cell immunity會啟動去包圍數十個、數百個或數千個癌細胞，如下圖A：


圖一、A：乳癌細胞被免疫細胞團團包圍，腫瘤中間缺氧處有大量死亡的癌細胞殘渣。B:乳癌細胞被纖維組織包圍，周圍免疫細胞不多。

圖一A的抗癌免疫反應(Anti-tumor immunity)如下圖：
  
圖二、Anti-tumor immunity
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)01975-8
1.M1 macrophage 分泌多種Cytokines吸引(recruit)各種免疫細胞過來。
2.NK cell 與CTL隨時偵察癌細胞出沒，發現不對的細胞，立刻殲滅 。
3.T cell immunity 會吸引Fibroblast產生Collagen fiber包圍腫瘤，讓癌細胞缺乏養分及氧氣供應而死亡，最後形成0.5公分以下的纖維化組織(Fibrotic tissue)。

隨著醫學影像的進步，低輻射電腦斷層(LDCT)篩檢肺癌成為趨勢，只要活得夠老(大於60歲)，做LDCT都能看到小於0.5公分的結節，這種結節99.6%是癌細胞被T cell immunity殲滅的纖維化組織，下面是「肺結節大小」與「內含癌細胞」的比例關係：
0.5 cm ---- 0.4%
0.5-1.0 cm ---- 1.3%
1.0-2.0 cm ---- 15.2%
https://publications.ersnet.org/content/errev/26/146/170025

 
圖三、LDCT顯示肺小結節

   
圖四、纖維化的肺小結節組織切片，綠箭頭是分泌Collagen fiber(粉紅色)的Fibroblast，紅箭頭是NK cell、T cell或B cell。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1936523321000449
許許多多的圖一A都會變成小於0.5公分的纖維化組織(圖四)，圖一B的形成是偶然的例外，某個癌細胞在纖維化缺氧惡劣的環境中靠自噬作用(Autophagy)存活下來，它必須具備以下的特性：
1. NK cell 及CTL在某種情況下無法辨識它是癌細胞。
2. 它能分泌Matrix metaloproteinase(如MMP-9)分解纖維化組織，讓組織液滲進來才能獲得氧氣及養分。

   
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6747260/
圖五、癌細胞在纖維化組織中慢慢分裂，由於內部缺乏養分及氧氣，外面又有T cell immunity吸引Fibroblast對它進行纖維組織包圍，部分癌細胞死亡，部分癌細胞繼續在缺氧中分裂，無氧呼吸在纖維組織中產生乳酸(Lactate)，pH下降，它們慢慢突變而進化，最後居然進化到能分泌免疫細胞專屬的Cytokines如IL-4。IL-4使CD4⁺ T cell朝Th2方向分化，Th2會促使M2 macrophage分化，結果導致Th2 > Th1，M2 macrophage > M1 macrophage。

M2 macrophage 分為M2a,M2b,M2c,M2d，正常情況下扮演組織修復功能：
 
https://www.nature.com/articles/s41419-020-03127-z
圖六、M2a吸引Fibroblast過來分泌適合的Collagen fiber；M2b從事對T cell的Antigen presentation，分泌Cytokine調節免疫反應；M2c吞食外來抗原或死亡的細胞；M2d macrophage的Marker是VEGF(Vascular endothelial cell growth factor)，促進微血管及小血管的新生。在腫瘤組織中，M2d會吸引Treg cell過來，在Treg cell的指揮下成為Tumor-associated macrophage(TAM)，促進腫瘤血管新生。

癌細胞在缺氧(Hypoxia)中坐大，在掙扎中突變，不斷有癌細胞死亡，最後篩選出的癌細胞能分泌特殊Cytokines、Chemokines、Growth factors，及其它蛋白(如Osteopontin)或物質(如Prostaglandin E)，經由多個機轉促使CD4⁺ T cell朝Treg 分化。Fibroblast也在這樣的環境下轉變成Cancer-associated fibroblast(CAF)。舉例而言，Tryptophen在缺氧情況下會被IDO( Indoleamine-2,3-dioxygenase) 及TDO(Tryptophen-2,3-dioxygenas)代謝成Kynurenine(Kyn)。Kyn與CD4⁺ T cell內AhR(Aryl hydrocarbon receptor)結合後會促使Fox3P基因轉錄，朝Treg分化。
 
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352345X21001120
圖七、Tryptophen(Trp)---> Kynurenine(Kyn)--->Treg 分化。

人體每個器官都有自成一格的免疫系統，每個器官都有Resident macrophage扮演不同的角色，在皮膚叫Langerhans cell，在肝臟叫Kupffer cell，在骨骼有Osteoclast，在大腦有Microglia。每個器官的Fibroblast會依該器官的需求，經多方(Treg)調控(靠Cytokines、Chemokines、Growth factors, and others)分泌不同的Collagens (Type I—XXVIII，共28種)。所以心臟、肺臟、肝臟、腎臟看起來形狀不同，功能也不同。

圖一B的一團癌細胞會仿造器官建構有利於自己的免疫系統，若以Treg為中心，構成「Treg--->Th2/M2 macrophage(TAM)--->Fibroblast(CAF)」的Tumor microenvironment(TME)，數不清的Cytokines/Chemokines/Growth factors參與其中：
 
https:// www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2022.903564/full
圖八、以Treg為中心的Tumor microenvironment。
(a). Tumor angiogenesis( 腫瘤血管新生):Tumor cell、TAM、CAF都會分泌VEGF，這是血管新生的關鍵Growth factor。
(b). 促使Fibroblast 轉變成CAF，TGF- b 是關鍵Cytokine。
(c). CD4⁺T cell 朝Treg分化，TGF- b 是關鍵Cytokine。
(d). Treg 分泌TGF-b、IL-10、IL-35，抑制NK cell、Teff(Th1與CTL)、APC(Dendritic cell)。
(e). Treg 分泌Granzyme與Perforin毒殺NK cell、Teff(Th1與CTL)、APC(Dendritic cell)。
(f). Treg 、TAM、MDSC(Myeloid-derived suppressor cell)分泌各種物質抑制APC與Teff。
(g). APC 與Treg之間的Antigen presentation促使APC分泌各種物質抑制Teff。

 
 
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10159947 /   
圖九、正常情況下，只有Basophil,Eosinophil,Mast cell及ILC-2(Innate lymphoid cell-2)會分泌IL-4。大部分被篩選出來的癌細胞會分泌啟動Th2的IL-4，在腫瘤內部形成Th2>Th1的Tumor microenvironment(TME)。TME猶如正常的器官，有自成一格的Treg/Macrophage(TAM)/Fibroblast(CAF)， 三者經由Cytokines/Chemokines/Growth factors相互影響，十分複雜。Treg/TAM/CAF會抑制Teff(NK cell及CTL)攻擊癌細胞，並促進血管新生，使腫瘤重新獲得氧氣與養分。截至2023年的研究認為，CAF主要產生Type I collagen做為癌細胞與新血管的Supporting matrix。腫瘤外部Th1>Th2，Fibroblast主要產生Type III collagen，暫時圍困癌細胞，但癌細胞會再進化，最後能分泌MMP(如MMP-9)，切割Collagen而轉移。有趣的是，癌細胞會與CAF合作分泌Type IV與Type VI Collagen，幫助癌細胞轉移。如果一個癌細胞會分泌誘導Th1分化的IL-12，這個癌細胞會被Anti-tumor Th1 immunity摧毀。在眾多Cytokines與Chemokines之中，會形成TME的癌細胞必然會分泌有利於自己的Cytokines與Chemokines。

 
https://www.spandidos-publications.com/10.3892/ijo.2022.5374
圖十、Tumor microenvironment(TME)被ECM(Extracellular matrix)圍住，ECM主要是Collagen，混雜Fibronectin、Vitronectin、Laminin。在TME內部，(Th2/M2 TAM) > (Th1/M1 TAM)，CAF分泌有利於癌細胞生長與轉移的Collagen；外部仍是Th1>Th2，NK cell與CTL仍在監控癌細胞，並在T cell immunity的作用下，Fibroblast分泌不利癌細胞轉移的Collagen。紅色的血管是替癌組織TME供應氧氣及養分，血管新生要靠TME內的Cytokines、Chemokines、Growth factors(VEGF最重要)促使骨髓釋出Circulating endothelial cell(CEC)，並把CEC吸引至TME製造新血管。

TME也會促使骨髓分化出MDSC(Myeloid-derived suppressor cell)，吸引它進入TME，促使Treg抑制NK cell及Teff cell。TME之外的NK cell及Teff cell會攻擊癌細胞，如果把TME當做一個正常器官，例如當HBV感染的肝細胞被CTL攻擊時，會有一個相對應的Treg去抑制CTL，甚至有一個Treg去抑制過強的Th1，因此不難想像TME會向骨髓要一個MDSC去抑制攻擊癌細胞的NK cell及Teff cell。

Treg是免疫系統的國王，端平一碗水才不會發生內亂(自體免疫疾病)。TME是叛軍，它的坐大猶如國王聽信讒言，傻傻給了叛軍TAM及CAF，又給了MDSC，毀了自己的正規軍(免疫系統)，最後把國家也給毀了(癌細胞蔓延全身)。

Tumor-Th2-TAM-Treg-CAF的關係簡圖如下：
 
IL-4原本不屬於癌細胞，但癌細胞在重重壓力下不斷突變-死亡-篩選，最後存活下來的癌細胞居然能分泌IL-4及數十種Cytokines、Chemokines及Growth factors，促使Th2分化。Th2 cell是最強的IL-4製造者，在十多種Cytokines/Chemokines/Growth factors共同作用下，TAM(M2d macrophage)被分化出來，吸引Treg過來次使CAF分化。CAF又會促進Th2、Treg及M2-TAM分化，並抑制Dendritic cell及Teff(NK cell及Th1 cell)。Tumor microenvironment(TME)是一個Organ-like(擬器官)向外擴散的複雜組織，Treg被誘拐進入TME，助長其坐大。Treg的關鍵Transcription factor FOXP3若被Knockdown(砍掉)，TME及腫瘤轉移會被抑制。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1044532320300336