TILS细胞免疫的作用机制建立在人体T细胞介导的细胞免疫基础之上，其核心是借助体外扩增的肿瘤浸润淋巴细胞来增强对肿瘤的清除能力。当这些在体外被充分激活的T细胞回输到患者体内后，会重新分布到全身各处的肿瘤病灶，在肿瘤组织内部与肿瘤细胞近距离接触并发动攻击。TILS细胞群体中包含的多种T细胞克隆各司其职，通过直接杀伤、免疫调节等多种途径共同实现对肿瘤的抑制和清除。
直接杀伤作用途径
TILS细胞中最主要的杀伤力量来自CD8阳性的细胞毒性T淋巴细胞。它们通过T细胞受体精准识别肿瘤细胞表面由MHC-I分子呈递的抗原肽片段，一旦确认目标后会迅速形成免疫突触结构，并在突触间隙中释放含有穿孔素和颗粒酶的细胞毒性颗粒。穿孔素分子嵌入肿瘤细胞膜后会在膜上形成亲水性通道，使颗粒酶得以进入细胞内部。颗粒酶进入肿瘤细胞后会激活细胞内的凋亡级联反应，最终导致肿瘤细胞死亡。一个细胞毒性T细胞能够连续杀伤多个肿瘤细胞，其杀伤效率在体外扩增后得到显著增强。
间接杀伤与免疫调节机制
除了直接杀伤途径外，TILS细胞还通过多种间接机制发挥抗肿瘤作用。活化的TILS细胞会分泌干扰素等细胞因子，这些因子能够抑制肿瘤细胞的增殖并上调肿瘤细胞表面MHC分子的表达，使肿瘤细胞更容易被免疫系统识别。同时，部分TILS细胞分泌的细胞因子还能激活周围的巨噬细胞和自然杀伤细胞，增强它们的抗肿瘤活性。这种多重机制的协同作用使得TILS细胞免疫在面对复杂的肿瘤微环境时具有更强的适应能力和攻击效率，为肿瘤患者提供了一种从根本上调动自身免疫力量来对抗癌症的治疗选择。
