腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在腫瘤進(jìn)展中的作用及治療策略研究進(jìn)展

丁洪基，李龍龍，張 迪，王 燦，王貴珍

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages, TAM)是腫瘤組織中浸潤的巨噬細(xì)胞，是腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment, TME)中重要的細(xì)胞成分。TAM具有高度的異質(zhì)性和可塑性，能在不同組織環(huán)境的影響下發(fā)生形態(tài)和功能的變化。目前普遍認(rèn)為，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中，TAM通過釋放多種細(xì)胞因子，影響腫瘤組織的多個方面，包括干細(xì)胞、代謝、血管生成、淋巴管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移[1]。從腫瘤起始到加速進(jìn)展和轉(zhuǎn)移，TAM均起關(guān)鍵作用，其數(shù)量與多種腫瘤的惡性程度和不良預(yù)后有關(guān)[2]。當(dāng)今，在研究TAM極化相關(guān)的信號分子、轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳學(xué)變化和小分子核糖核酸方面，已經(jīng)取得了很大進(jìn)展[1]。TAM在腫瘤發(fā)生、發(fā)展進(jìn)程中的動態(tài)變化、表型、信號通路和功能狀態(tài)等已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點，可為腫瘤發(fā)病機(jī)制和治療策略的研究提供有益的啟示和方法。

1 TAM的起源和類型

巨噬細(xì)胞最早在19世紀(jì)末由Metchnikofff發(fā)現(xiàn)的，是存在于大多數(shù)動物中由單核吞噬細(xì)胞系分化的免疫細(xì)胞，在所有實體腫瘤中均有分布。有關(guān)巨噬細(xì)胞的確切起源問題至今仍存有爭議，目前的共識是：它們既可能來源于早期胚胎前體祖細(xì)胞，在其發(fā)育過程中，播種到組織，形成獨立的種群；也可能來自成人造血干細(xì)胞派生的循環(huán)單核細(xì)胞。Franklin等[3]近年提出，TAM在腫瘤組織中有兩種發(fā)展途徑：(1)在癌變過程中，來自胚胎或單核細(xì)胞來源的組織駐留巨噬細(xì)胞，這些巨噬細(xì)胞可能發(fā)生表型/激活狀態(tài)的變化，稱為組織駐留的TAM；(2)在腫瘤生長過程中，經(jīng)歷了一個明顯分化階段的單核細(xì)胞，最終成為巨噬細(xì)胞，稱為腫瘤誘導(dǎo)的TAM。這兩個細(xì)胞種群可能同時存在于一個特定的腫瘤中，或者組織駐留的TAM在腫瘤生長的早期階段為主，而腫瘤誘導(dǎo)的TAM則在腫瘤后期顯著。此外，進(jìn)入腫瘤組織中的單核細(xì)胞可能會對TME產(chǎn)生表型的變化，而不分化為巨噬細(xì)胞，此種細(xì)胞稱為腫瘤誘導(dǎo)的效應(yīng)單核細(xì)胞[3]。根據(jù)TAM的活化類型及其在TME中的不同作用，常將其分為經(jīng)典活化的M1型和交替活化的M2型兩種類型。M1型TAM具有抗菌和免疫刺激特性；而M2型TAM卻具有抑制T細(xì)胞反應(yīng)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長、侵襲和轉(zhuǎn)移的功能。通常用CD163作為M2型TAM細(xì)胞的特異性標(biāo)志物。近10年來，研究結(jié)果表明，組織駐留的TAM并非均一的亞群，而是一組功能和表型相似的細(xì)胞群，這些細(xì)胞中有許多非終末分化的，不能被歸類為簡單的極化類型[4]。目前已經(jīng)證明，組織環(huán)境本身是TAM表型的主要調(diào)控者，不管起源如何，均能影響許多基因的表達(dá)[4]。在腫瘤組織中，M1型和M2型極化的TAM是一個連續(xù)功能狀態(tài)下的兩個極端。目前，M1型與M2型極化模型可以擴(kuò)展到至少具有9個不同TAM激活程序的譜系模型[5]。TAM表型動態(tài)變化發(fā)生在腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程中，而TAM亞群對不同的腫瘤具有促進(jìn)活動，在腫瘤組織的不同區(qū)域，TAM的分布和功能也存在較大差異。大規(guī)模轉(zhuǎn)錄組分析顯示，TAM具有M1樣和M2樣標(biāo)志物混合表型表達(dá)[5]。最新研究發(fā)現(xiàn)，個體發(fā)育可能是TAM異質(zhì)性的來源之一，巨噬細(xì)胞的發(fā)生及其解剖部位決定其生態(tài)位，指示其向特定的表型和功能極化[6]。

2 TAM在TME中的作用

TME主要由免疫細(xì)胞構(gòu)成，如巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)、樹突狀細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞等，TAM作為一種主要免疫抑制細(xì)胞，通過合成和分泌多種細(xì)胞因子，對TME產(chǎn)生廣泛的影響。

2.1 TAM具有免疫抑制作用正常組織的巨噬細(xì)胞能裂解腫瘤細(xì)胞，呈遞腫瘤相關(guān)抗原給T細(xì)胞，刺激T細(xì)胞和NK細(xì)胞的抗腫瘤功能。而TAM無此活性，不能產(chǎn)生有效的抗腫瘤免疫反應(yīng)。TAM分泌的趨化因子和細(xì)胞因子可以抑制腫瘤浸潤的T細(xì)胞和NK細(xì)胞的抗腫瘤作用，并與骨髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)、腫瘤相關(guān)樹突狀細(xì)胞和中性粒細(xì)胞協(xié)同作用，促進(jìn)免疫抑制TME的形成[7]。TAM還可通過分泌一些特殊酶，如一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase, NOS)和精氨酸酶(arginase, ARGI)來抑制T細(xì)胞功能。此外，TAM表達(dá)PD-1、CTLA-4受體配體(如PD-1、B7-H1配體)，激活后能抑制T細(xì)胞和NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用。

2.2 TAM促進(jìn)血管生成和淋巴管生成血管生成涉及多種因素，如缺氧、高滲透壓及促血管生成因子，如VEGF、TGF-β、COX-2、PDGF、EGF、Ang和趨化因子等。TAM不僅可以釋放促血管生成因子，還可以合成Wnt蛋白家族7B抗體(Wnt7b)，通過刺激血管內(nèi)皮生長因子產(chǎn)物，產(chǎn)生血管生成開關(guān)，從而靶向血管內(nèi)皮細(xì)胞[8]。由TAM提供給TME的前基質(zhì)金屬蛋白酶-9(proMMP-9)是一種主要的血管生成誘導(dǎo)因子，在腫瘤血管生成和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

TAM表達(dá)VEGF-C和VEGF-D，表明TAM與腫瘤的淋巴管生成也密切相關(guān)，M2極化的TAM與淋巴結(jié)中的淋巴管生成有明顯相關(guān)性，可通過VEGF-C產(chǎn)物，促進(jìn)淋巴結(jié)的淋巴管生成[2]。

2.3 TAM調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞的表型和功能腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cell, CSC)被界定為腫瘤組織中具有自我更新能力，并能產(chǎn)生該腫瘤中一系列異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞。TAM可調(diào)節(jié)CSC表型和功能的可塑性。近年來，一些TAM-CSC相互關(guān)系得到了實驗證實。TAM可釋放乳脂球蛋白(EGF-Ⅷ)，其可激活CSC特異性路徑-STAT3、Hedgehog和Sonic，并強(qiáng)烈增強(qiáng)CSC的耐藥性和致瘤性。TAM產(chǎn)生的乳脂球表皮生長因子-8(MFG-E8)和白介素-6(IL-6)也能協(xié)同調(diào)解CSC亞群的致瘤性和耐藥性。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞和腦的TAM充當(dāng)著膠質(zhì)瘤干細(xì)胞調(diào)解者的作用，能釋放高水平的轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)，使CD133陽性的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞更具侵襲性[9]。

3 TAM對腫瘤進(jìn)展的影響

TAM作為TME中的主要免疫細(xì)胞，對腫瘤的進(jìn)展有明顯影響。有學(xué)者采用免疫組化法對150例結(jié)直腸癌中的巨噬細(xì)胞進(jìn)行分析，用CD68作為TAM譜系標(biāo)記，CD80作為促炎TAM標(biāo)記，CD163作為抗炎TAM標(biāo)記。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CD163陽性的TAM主要分布在腫瘤侵襲的前沿；而CD80陽性的TAM幾乎完全位于相鄰的正常黏膜。在Ⅲ期腫瘤中，較高的CD68和較低的CD80/CD163比值與總體生存率下降有關(guān)。這項工作表明根據(jù)微環(huán)境的刺激不同，TAM可采用不同的極化方式，表現(xiàn)出對腫瘤進(jìn)展有不同的影響[10]。近年，Nie等[11]發(fā)現(xiàn)，TAM密度的增加與乳腺葉狀腫瘤的惡性進(jìn)展有關(guān)，TAM通過趨化因子CCL-18驅(qū)動肌纖維母細(xì)胞分化，促進(jìn)葉狀腫瘤的增殖和侵襲，CCL-18表達(dá)是葉狀腫瘤獨立的預(yù)后因子。Zhao等[12]對4 541例乳腺癌患者進(jìn)行了16項分析，發(fā)現(xiàn)TAM高密度與乳腺癌的低生存率有關(guān)，而且，TAM浸潤程度與激素受體陰性及惡性表型有顯著相關(guān)性，TAM浸潤可作為乳腺癌患者判斷預(yù)后的新指標(biāo)。Yuan等[13]對794例卵巢癌患者的9項研究指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果顯示，CD163陽性TAM浸潤與卵巢癌的預(yù)后不良相關(guān)，在腫瘤組織中，M1/M2巨噬細(xì)胞比值越高，總體生存率越高。

目前，TAM已被證明是腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素。TAM可通過釋放各種趨化因子、炎性因子和生長因子，促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transitions, EMT)是腫瘤細(xì)胞獲得更大侵襲能力和轉(zhuǎn)移能力的關(guān)鍵步驟，TAM可以表達(dá)多種因子來誘導(dǎo)EMT，如TGF-β和IL-6。TAM還可能分泌EGF樣配體/因子，激活癌細(xì)胞中的表皮生長因子受體(EGFR)通路，從而促進(jìn)EMT。國內(nèi)齊蕾等[14]研究發(fā)現(xiàn)，TAM可能通過TGF-β1信號通路參與胃癌的EMT過程，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。從TAM中釋放的CCL-18可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化，產(chǎn)生不同的分化表型，從而導(dǎo)致細(xì)胞間連接丟失，增強(qiáng)侵襲性和遷移能力。

4 TAM可降低腫瘤化療和放療的療效

4.1 TAM減少化療的效果研究發(fā)現(xiàn)，TAM可降低化療的療效，腫瘤組織中CD68陽性和CD163陽性的TAM浸潤與食管癌患者化療反應(yīng)不佳有關(guān)[2]。TAM可被招募到胰腺腫瘤部位，刺激腺癌細(xì)胞表達(dá)高水平的胞苷脫氧酶，以分解代謝吉西他濱的生物活性形式，降低癌細(xì)胞對化療的敏感性[2]。Yang等[15]發(fā)現(xiàn)，TAM通過IL-10/STAT3/BCL-2信號通路，可誘導(dǎo)乳腺腫瘤的化療耐藥性。另有研究表明，TAM與用于絕經(jīng)后乳腺癌患者內(nèi)分泌治療的它莫昔芬的耐藥性有關(guān)[16]。表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑(epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors, EGFR-TKI)是治療晚期非小細(xì)胞肺癌的一種新方法。Chung等[17]用EGFR-TKI對206例非小細(xì)胞肺癌患者進(jìn)行了治療，發(fā)現(xiàn)疾病進(jìn)展性患者TAM計數(shù)明顯高于非進(jìn)展期患者，TAM計數(shù)高與無進(jìn)展生存率和總生存率較低顯著相關(guān)，表明TAM與EGFR-TKI的治療反應(yīng)能力下降有關(guān)。

4.2 TAM引起放療的不利結(jié)果TAM在放療后，大量被招募到腫瘤中，可以調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞對治療的反應(yīng)。研究表明，在小鼠模型中，高TAM值與腫瘤對照射的不良反應(yīng)之間存在相關(guān)性[2]。Pinto等[18]發(fā)現(xiàn)，受照射的巨噬細(xì)胞可以促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲性和腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的血管生成。TAM能釋放二次旁觀者信號，并在光子照射的二次旁觀者效應(yīng)中起關(guān)鍵作用。靶向TAM或TAM相關(guān)信號，能增強(qiáng)放療的效力。通過中和集落刺激因子-1(CSF-1)或阻斷集落刺激因子-1受體(CSF-1R)激酶活性，抑制放療后TAM的補(bǔ)充，可以顯著延緩腫瘤的再生長[2]。

5 針對TAM的治療策略

由于TAM具有抗化療的作用，因而成為治療腫瘤的靶點，通常采用的治療策略是：(1)特異性干擾M2型TAM的存活或抑制其信號傳遞；(2)抑制巨噬細(xì)胞向腫瘤聚集；(3)將促腫瘤的M2型TAM轉(zhuǎn)化為抗腫瘤的M1型表型[19]。Yu等[20]表明，β-泛酸鈉(β-elemene)能調(diào)節(jié)TAM從M2型→M1型的極化，也能抑制肺癌細(xì)胞的增生、遷移和浸潤，并可增強(qiáng)放療的敏感性，是一種很有前途的可與化療和放療相結(jié)合的藥物。Zhou等[21]發(fā)現(xiàn)，TAM在調(diào)節(jié)鐵的平衡中扮演著重要的角色，細(xì)胞內(nèi)鐵超載可導(dǎo)致TAM向M1型表型轉(zhuǎn)化。Mitchem等[22]發(fā)現(xiàn)，抑制CSF-1R或趨化因子(C-Cmotif)受體2(CCR2)，靶向TAM，可以減少腫瘤啟動細(xì)胞的數(shù)量，提高化療的療效，增強(qiáng)抗腫瘤的T細(xì)胞反應(yīng)。通過抑制CSF-1/CSF-1R信號通路的靶向治療結(jié)合傳統(tǒng)的化療，在乳腺癌和胰腺癌中已顯示出治療的效果。近年Mu等[23]報道，在乳腺癌中，乳酸鹽可以通過激活ERK/STAT3信號通路，誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞極化，促進(jìn)乳腺癌的進(jìn)展。天然化合物WithaD能抑制ERK/STAT3信號通路，可以有效地阻止M2型巨噬細(xì)胞極化，從而抑制乳腺癌的進(jìn)展。Binnemars-Postma等[24]對乳腺癌的研究發(fā)現(xiàn)，抑制TAM中的轉(zhuǎn)錄激活因子6(Stat6)通路是抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的重要治療手段，靶向TAM中的Stat6通路，可降低乳腺癌生長和轉(zhuǎn)移生態(tài)位形成。此外，多羥基化富勒烯醇可以通過調(diào)節(jié)TAM的極化來進(jìn)行腫瘤免疫治療，并能抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，為重新燃起的免疫療法指明一條新的道路。在抗腫瘤活性的藥物中，靶向TAM的藥物起關(guān)鍵作用。由于TME中的營養(yǎng)物質(zhì)，如乳酸或脂肪酸，會影響TAM的代謝和功能，因此，抑制TAM對這些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收可能是一種潛在的未來策略。此外，降低TAM中的糖酵解是另一種有前途的方法[25]。了解調(diào)控腫瘤細(xì)胞和TAM代謝變化的復(fù)雜關(guān)系，是朝著開發(fā)新的治療方法邁出的重要一步，這些治療方法的目標(biāo)是對免疫細(xì)胞進(jìn)行代謝重編程序，以增強(qiáng)其殺傷腫瘤細(xì)胞的潛能，克服治療的阻力。近年來，TAM作為納米藥物治療腫瘤的選擇目標(biāo)，已引起廣泛的關(guān)注，納米材料可以通過改變TAM的種群，從而提高抗癌化療藥物的療效[26]。

6 小結(jié)與展望

當(dāng)前，越來越多的研究揭示了TME對腫瘤發(fā)生、發(fā)展的影響。TME是由具有多種表型和功能的免疫細(xì)胞組成，其中，顯示明顯異質(zhì)性和表型可塑性的TAM是實體瘤微環(huán)境的主要組成部分。TAM是一個復(fù)雜的異質(zhì)性細(xì)胞群，在許多腫瘤類型中，有助于腫瘤的惡性化，因而是一個有趣的治療靶點，并成為癌癥免疫治療的遠(yuǎn)景目標(biāo)。TAM在腫瘤內(nèi)的異質(zhì)性及特異性表型特征，為開發(fā)立足于TAM的個性化治療方法打下了基礎(chǔ)。TAM靶向/復(fù)極被認(rèn)為是一種很有前途的新型治療方式，可為未來腫瘤的生物治療提供新的途徑。關(guān)于TAM的代謝重編程序還存在許多懸而未絕的問題，進(jìn)一步了解TAM中細(xì)胞代謝的調(diào)控，找到這些問題的答案，對于開發(fā)新的巨噬細(xì)胞代謝重編程序治療策略至關(guān)重要，這將是未來幾年的挑戰(zhàn)[25]?？傊?，針對TAM的靶向治療，結(jié)合傳統(tǒng)治療方法，可能為腫瘤的治療帶來新的曙光。