小膠質(zhì)細胞與腫瘤腦轉(zhuǎn)移

陳朋，喻志源，駱翔

實體惡性腫瘤中，轉(zhuǎn)移性傳播和全身性疾病導致大約90%的癌癥相關(guān)死亡。腦轉(zhuǎn)移瘤是最常見的顱內(nèi)腫瘤，發(fā)病率明顯高于腦部原發(fā)腫瘤，最常轉(zhuǎn)移到腦的原發(fā)癌是肺癌、乳腺癌、黑色素瘤[1-3]。腫瘤細胞首先從原發(fā)部位脫離，通過血液循環(huán)運輸，穿越血-腦屏障，到腦中定植生長[4]。小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫細胞，具有腦內(nèi)的腫瘤相關(guān)巨噬細胞（tumor-associated macrophages，TAM）的作用：小膠質(zhì)細胞可移動到腫瘤轉(zhuǎn)移前位點，誘導局部和全身免疫抑制，促進腫瘤血管形成，重組周圍組織，促進基質(zhì)的重塑和腫瘤的侵襲，在腫瘤腦轉(zhuǎn)移中起著重要的作用[5]。

1 小膠質(zhì)細胞在腫瘤腦轉(zhuǎn)移過程中的變化和作用

1.1 小膠質(zhì)細胞的活化

在正常大腦中，靜息的小膠質(zhì)細胞分布于整個腦組織，受到刺激后小膠質(zhì)細胞細胞突起數(shù)目減少，由高度分枝狀態(tài)向變形蟲樣的細胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變，細胞移動能力增強，能迅速向損傷部位移動，并表現(xiàn)出不同基因表達和功能上的變化[6,7]。

研究顯示腦轉(zhuǎn)移瘤相關(guān)的小膠質(zhì)細胞既有典型星狀外觀的小膠質(zhì)細胞，也有變形蟲細胞形態(tài)的反應(yīng)性小膠質(zhì)細胞[8]。在肺癌的中樞神經(jīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移灶中Iba1+細胞靠近癌細胞，呈變形蟲樣活化形態(tài)[9]。在乳腺癌腦轉(zhuǎn)移瘤模型中發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞能在腫瘤邊界直接與腫瘤細胞接觸甚至是浸入轉(zhuǎn)移灶內(nèi)；不同于遠處分枝型細胞，腫瘤周圍或者內(nèi)部的小膠質(zhì)細胞表現(xiàn)出變形蟲樣外觀[10]。在腦轉(zhuǎn)移瘤誘導的各階段都發(fā)現(xiàn)有小膠質(zhì)細胞的促炎標志物和抗炎標志物的表達。當選擇性地消除抗炎型小膠質(zhì)細胞后，腫瘤體積顯著減小[11]?，F(xiàn)有研究提示在腫瘤腦轉(zhuǎn)移中，小膠質(zhì)細胞可以分化為經(jīng)典的促炎表型：促炎因子表達增加，誘導誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）合成，促進T細胞免疫反應(yīng)對抗腫瘤細胞；或是分化為抗炎表型促進血管形成和腫瘤生長[11]。然而現(xiàn)在人們逐漸認識到巨噬細胞/小膠質(zhì)細胞功能表型多樣，用雙極表型劃分腦轉(zhuǎn)移瘤中小膠質(zhì)細胞細胞功能可能過于簡單。

小膠質(zhì)細胞表型變化是一個動態(tài)變化的過程，與腫瘤腦轉(zhuǎn)移的階段、腫瘤的負荷及腫瘤細胞分泌的信號因子密切相關(guān)。腦轉(zhuǎn)移瘤的占位生長很可能會導致神經(jīng)元的變性甚至死亡進而激活小膠質(zhì)細胞[9]。黑素瘤細胞培養(yǎng)上清使小膠質(zhì)細胞形態(tài)產(chǎn)生改變，細胞增殖增強，基質(zhì)金屬蛋白酶-2（matrix metalloproteinases-2，MMPs-2），細胞遷移增加[12]。乳腺癌細胞外泌體中miR-503能增加小膠質(zhì)細胞信號轉(zhuǎn)導子與轉(zhuǎn)錄活化子3（signal transducer and activator of transcription，STAT3）的磷酸化，對小膠質(zhì)細胞活化通路進行系統(tǒng)的重新編程[13]。同時乳腺癌細胞也能通過分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子-3（neurotrophin-3，NT-3）來抑制小膠質(zhì)細胞激活，促進顱內(nèi)轉(zhuǎn)移性乳腺癌的生長[14]。腫瘤細胞分泌的多種因子如骨橋蛋白、多功能蛋白聚糖和骨膜蛋白是影響小膠質(zhì)細胞功能狀態(tài)、創(chuàng)造腫瘤生長微環(huán)境的重要因素；此外，腫瘤細胞分泌的轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β能抑制小膠質(zhì)細胞增殖，白細胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8 和IL-10 可促進小膠質(zhì)細胞向抗炎表型分化[15,16]。

活化小膠質(zhì)細胞能通過遷移，吞噬及分泌細胞因子等來維護內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，這個過程有多種信號通路、細胞因子及其受體參與，如 TLR 通路，NF-κB 通路，趨化因子配體 2（C-C motif ligand 2，CCL2），C-X-C 趨化因子受體 4（C-X-C chemokine receptor 4，CXCR4）等[7,17]。現(xiàn)有研究顯示這些信號通路的抑制會影響小膠質(zhì)細胞的活化進而影響腦轉(zhuǎn)移進程。將小膠質(zhì)細胞與腫瘤細胞共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)TLR 和Wnt 信號是小膠質(zhì)細胞中受影響最大的通路，TLR4 通路的刺激能夠使小膠質(zhì)細胞向促炎和抗侵襲表型轉(zhuǎn)變，而DKK-2（一種分泌的Wnt蛋白的拮抗劑）能夠完全消除小膠質(zhì)細胞在體外共培養(yǎng)和活體腦切片中誘導的侵襲[18]。另一項研究顯示編碼CXCR4 基因是小膠質(zhì)細胞中上調(diào)最多的基因之一，而CXCR4抑制阻止了轉(zhuǎn)移形成[19]。將人乳腺癌MCF-7 細胞在腦切片培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞支持乳腺癌細胞的侵襲，DKK-2 和 CXCR4 抑制劑 AMD3100，降低 MCF-7 對全腦切片的侵襲程度相似[20]。

1.2 小膠質(zhì)細胞在腫瘤腦轉(zhuǎn)移中的作用

腫瘤腦轉(zhuǎn)移灶周圍的小膠質(zhì)細胞能夠直接與腫瘤細胞接觸，在腫瘤周圍形成一個致密的包膜，作為屏障對腫瘤起保護作用[9,10]。活化的小膠質(zhì)細胞能分泌多種細胞因子，是腦轉(zhuǎn)移微環(huán)境和腦轉(zhuǎn)移瘤細胞生長增殖的重要調(diào)控者。小膠質(zhì)細胞培養(yǎng)基能誘導黑色素瘤細胞表型改變增加其惡性表型，增加黑素瘤細胞增殖和活性、MMP-2活性、細胞遷移及對血腦屏障的穿透力[12]。小膠質(zhì)細胞能夠分泌免疫抑制細胞因子PD-L1，抑制局部免疫，促進乳腺癌腦轉(zhuǎn)移瘤細胞生長[13]。激活的小膠質(zhì)細胞也可通過釋放TGFβ、IL-10參與局部免疫抑制和促進轉(zhuǎn)移瘤發(fā)展，特別是增強腫瘤細胞的增殖及其向周圍正常腦組織的浸潤[9]。此外還有活化小膠質(zhì)細胞分泌的細胞因子如腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）α ，iNOS，IL-1 β ，IL-12，干 擾 素 -γ（interferon-γ，IFN-γ）對腫瘤細胞生長起抑制作用[21]。

消除或者抑制小膠質(zhì)細胞功能可抑制腫瘤腦轉(zhuǎn)移，進一步驗證小膠質(zhì)細胞對腫瘤腦轉(zhuǎn)移的重要作用。在使用甘露糖化氯膦酸二鈉脂質(zhì)體消除極化的小膠質(zhì)細胞后，在小鼠腦內(nèi)注射腫瘤細胞，與對照組相比這些小鼠的顱內(nèi)腫瘤負擔明顯減輕[11]。體外研究發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞與乳腺癌細胞共培養(yǎng)可促進癌細胞對腦組織的侵襲和定植，使用氯膦酸二鈉阻斷小膠質(zhì)細胞功能可減少癌細胞侵襲[18]。在黑色素瘤腦轉(zhuǎn)移模型中，使用集落刺激因子1受體的抑制劑PLX3397來消除小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞作用，能夠降低腦轉(zhuǎn)移的腫瘤數(shù)目和大小[22]。

現(xiàn)有研究提示，小膠質(zhì)細胞可對腦轉(zhuǎn)移進程起重要作用，但還有很多亟待解決的問題：小膠質(zhì)細胞對腫瘤的作用是否跟腦轉(zhuǎn)移的階段和腫瘤類型有關(guān)，小膠質(zhì)細胞對腫瘤作用更系統(tǒng)和確切的機制是什么，腦轉(zhuǎn)移微環(huán)境中不同細胞分泌的因子是否起著相同的作用。

2 調(diào)控小膠質(zhì)細胞對腦轉(zhuǎn)移腫瘤進行治療的方法探究

2.1 靶向激活小膠質(zhì)細胞減少腫瘤腦轉(zhuǎn)移

TLR-9表達在神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞上，在健康腦功能和神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用[23]。TLR-9 的激動劑CpG-oligodeoxynucleotides（ODNs）在腦內(nèi)和眶周使用會阻礙膠質(zhì)瘤和黑色素瘤的生長[24,25]。在幾次I/II期復發(fā)性和新生膠質(zhì)母細胞瘤的臨床試驗中，將CpG-ODNs 注射到腫瘤切除病變，獲得了有希望的初步結(jié)果[26]。一項研究運用多種模型評估了CpG-C（一種TLR-9 激動劑）作為預防腦轉(zhuǎn)移的療效，發(fā)現(xiàn)外周給予的CpG-C可以穿過腦實質(zhì)而不影響血腦屏障的通透性，并且可被小膠質(zhì)細胞吸收。CPG-C 激活初級小膠質(zhì)細胞細胞與小膠質(zhì)細胞系，增加了小膠質(zhì)細胞的細胞毒性和吞噬潛能，在體外能通過直接接觸清除腫瘤細胞。同時體內(nèi)證明，在侵入大腦的早期階段，經(jīng)過系統(tǒng)的CpG-C治療后，小膠質(zhì)細胞能接觸、殺死和吞噬腫瘤細胞。阻斷或耗竭小膠質(zhì)細胞，可使CpG-C的有益作用消失。CpG-C 是一種重要的通過直接激活小膠質(zhì)細胞來預防腦轉(zhuǎn)移的治療方法[27]。

現(xiàn)在還有很多靶向激活小膠質(zhì)細胞調(diào)控小膠質(zhì)細胞功能的研究，比如：腺苷酸能通過激活小膠質(zhì)細胞上的A1腺苷酸受體（A1 adenosine receptor，A1AR）促進腫瘤發(fā)展[28]；髓樣細胞觸發(fā) 受 體 2（triggering receptor expressed on myeloid cells-2，TREM2）的激活能增強小膠質(zhì)細胞的吞噬能力；米伐木肽（Mifamurtide）能增強巨噬細胞細胞毒性作用；神經(jīng)酰胺（ceremid）促進小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain derived neurophic factor，BDNF）；神經(jīng)節(jié)苷脂（Ganglioside）能夠通過蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）和NADPH 氧化酶激活小膠質(zhì)細胞，調(diào)節(jié)NF-κB 通路[16]。目前這些研究大多仍處于基礎(chǔ)研究階段，但是為靶向激活小膠質(zhì)細胞治療腫瘤腦轉(zhuǎn)移的臨床運用提供了重要實驗基礎(chǔ)。

2.2 阻斷小膠質(zhì)細胞信號通路抑制腦轉(zhuǎn)移

Wnt/β-連環(huán)蛋白、CXCR4-SDF1、CCL2-CCR2、STAT3 等信號通路是腦轉(zhuǎn)移中小膠質(zhì)細胞發(fā)揮功能的重要信號通路，信號通路阻斷也是現(xiàn)在腦轉(zhuǎn)移治療的一個重要突破點[15]。如前所說使用Wnt 和CXCR4 抑制劑能阻礙腫瘤細胞侵襲，抑制腦轉(zhuǎn)移[18-20]。腹腔注射抗CCL2 單克隆抗體降低了攜帶腫瘤的BALB/c小鼠的CD11b+細胞百分比和S100A8、S100A9和SAA3的表達[29]。CCL2-CCR2 信號通路的抑制可阻斷活化單核細胞的募集，抑制體內(nèi)轉(zhuǎn)移，延長小鼠的生存期[30]。WP1066 阻滯STAT3 信號通路能夠減少小膠質(zhì)細胞分泌免疫抑制因子如IL-10和IL-6，促進促炎因子TNFα的產(chǎn)生[15]。CSF-1R的抑制劑能夠減少小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞向促腫瘤表型轉(zhuǎn)化，進而阻斷腫瘤細胞增殖促進其凋亡[31]。在腫瘤在腦內(nèi)定植的過程中，PI3K信號通路是巨噬細胞/小膠質(zhì)細胞功能的重要調(diào)控者，當使用BKM120（a pan-PI3K Class I inhibitor）抑制PI3K通路，能減少小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞對轉(zhuǎn)移的促進能力[32]。

目前腦轉(zhuǎn)移的發(fā)展仍然是晚期癌癥患者整體癌癥死亡率高的一個重要因素，現(xiàn)在有多種治療方式和系統(tǒng)治療的進展，包括手術(shù)、放療、化療、免疫治療和靶向治療的組合[2]，但患者的預后依然很差[33,34]。小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫細胞，從小膠質(zhì)細胞的角度入手調(diào)控其功能表達，促進小膠質(zhì)細胞的抗腫瘤作用抑制其對腫瘤的促進作用，可能有希望找出腫瘤腦轉(zhuǎn)移治療的突破。

3 問題與展望

小膠質(zhì)細胞在腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生中有重要的作用，是腫瘤在腦中定植生長的重要因素。小膠質(zhì)細胞的作用與小膠質(zhì)細胞化狀態(tài)有關(guān)，當前迫切需要闡明幾個問題：小膠質(zhì)細胞的狀態(tài)是由什么因素所決定，這種因素是如何到達腦中并且作用到小膠質(zhì)細胞上？腦轉(zhuǎn)移的不同階段小膠質(zhì)細胞所起的作用是否會有變化？同時對于不同原發(fā)腫瘤的腦轉(zhuǎn)移，小膠質(zhì)細胞在其中所起的作用是否一致，是否存在腫瘤特異性？小膠質(zhì)細胞及其信號分子與轉(zhuǎn)移瘤細胞之間更具體的作用機制是什么？這些問題的解決是我們從小膠質(zhì)細胞角度尋求腦轉(zhuǎn)移治療的一個突破點，對小膠質(zhì)細胞進行特異調(diào)控是否能夠影響腫瘤腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展需要進一步研究。