巨噬細胞極化與腫瘤發(fā)生

張法達，高喜丹，莊慶春，何棣，蘇衍萍，趙上*

(1.山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東醫(yī)學(xué)科學(xué)院)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，山東 濟南；2.山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東醫(yī)學(xué)科學(xué)院)組胚教研室，山東 泰安)

0 引言

巨噬細胞形態(tài)多樣，分布廣泛，是人體免疫系統(tǒng)中重要的細胞群體，既參與固有免疫又參與特異性免疫，具有殺菌，吞噬，抗原呈遞，分泌細胞因子等多種免疫功能。多樣性和可塑性是單核巨噬細胞譜系細胞的標(biāo)志。巨噬細胞的可塑性通過獲得由特定組織(例如，肺泡巨噬細胞)和免疫微環(huán)境定向的獨特形態(tài)和功能特性來證明。巨噬細胞受到IFNs，Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)影響與或IL-4/IL-13信號傳導(dǎo)，巨噬細胞經(jīng)歷M1(經(jīng)典)或M2(替代)激活，這代表了激活狀態(tài)范圍內(nèi)連續(xù)的極端情況[1,2]。在機體內(nèi)單核吞噬細胞的功能性偏斜發(fā)生在生理條件下(例如，個體形成和妊娠)或者在病理條件下(過敏性和慢性炎癥，組織修復(fù)，感染和癌癥)時發(fā)生。但是，在某些臨床前和臨床條件下，已觀察到處于不同激活狀態(tài)的巨噬細胞獨特型或混合表型的共存，反應(yīng)了巨噬細胞的動態(tài)變化和復(fù)雜的組織衍生信號[4]。本文就巨噬細胞極化和表型，巨噬細胞極化的分子機制，腫瘤相關(guān)巨噬細胞進行綜述，為以巨噬細胞為中心的診斷和治療策略提供基礎(chǔ)[7]。

1 巨噬細胞的極化與表型

巨噬細胞良好的可塑性保證了其可以在不同的病理生理微環(huán)境中，受不同的細胞因子和微生物產(chǎn)物誘導(dǎo)下向不同的方向進行極化，巨噬細胞的極化是一個連續(xù)的狀態(tài)，M1型和M2型巨噬細胞是這一極化狀態(tài)的兩端[1,2]。且可以在不同的極化狀態(tài)下進行轉(zhuǎn)換。遺傳學(xué)認為，不同極化方向的巨噬細胞在轉(zhuǎn)錄作用上也有不同，并且發(fā)現(xiàn)了Fizz 和YM-1兩個極化相關(guān)基因[2]。

前期研究發(fā)現(xiàn)，在γ干擾素，脂多糖和TNF-α等細胞因子的共同作用下，巨噬細胞可以極化為具有宿主防御功能的經(jīng)典活化型(Classically activated macrophages，M1)巨噬細胞。M1細胞具有IL-12hiIL-23hiIL-10lo表型；產(chǎn)生效應(yīng)分子(活性氧和氮中間體)和炎性細胞因子(IL-1β，TNF，IL-6)；作為誘導(dǎo)細胞和效應(yīng)細胞參與Th1極化反應(yīng)；并介導(dǎo)抗細胞內(nèi)寄生蟲和抗腫瘤反應(yīng)。組織基質(zhì)中的信號分子IL-10，IL-4，IL-13，TGF-β，糖皮質(zhì)激素，凋亡細胞釋放的分子和免疫復(fù)合物等也對單核巨噬細胞的極化起到非常重要的影響，但這些信號誘導(dǎo)功能性表型與M2細胞具有分選特性的功能(例如，高甘露糖和清道夫受體表達)相似，但在趨化因子庫方面與它們不同，我們稱之為M2樣細胞[5]。M2型巨噬細胞由Stein等人于1992年首次描述，則被認為參與抑制寄生蟲和促進組織重塑和腫瘤進展。各種形式的M2巨噬細胞具有IL-12loIL-10hiIL-1decoyRhiIL-1RAhi表型[1,4]，M2型巨噬細胞的這些變化是通過精氨酸酶途徑實現(xiàn)的。M1-M2巨噬細胞的趨化因子表達譜也不同。M2細胞通常具有高水平的清道夫，甘露糖，半乳糖型受體和精氨酸代謝，即通過精氨酸酶轉(zhuǎn)變?yōu)轼B氨酸和多胺的能力。分泌IL-4，TGF-β和M-CSF等細胞因子。通常，M2細胞參與極化的Th2反應(yīng)。促進殺死和包裹寄生蟲；分布在腫瘤組織， 促進腫瘤的發(fā)展，組織修復(fù)和重塑；并具有免疫調(diào)節(jié)功能。未成熟的骨髓抑制細胞具有與M2細胞相關(guān)的功能特性和轉(zhuǎn)錄譜。

極化的M1-M2巨噬細胞的表型在一定程度上可以在體內(nèi)和體外逆轉(zhuǎn)[4,5]。此外，疾病的病理學(xué)變化通常與巨噬細胞激活的動態(tài)變化有關(guān)。尚不清楚這些開關(guān)的機制是否涉及循環(huán)前體的募集或原位細胞的再教育。但是，現(xiàn)在很明顯極化的T細胞(Th1，Th2，Treg)是巨噬細胞極化激活的關(guān)鍵協(xié)調(diào)器[2]。

2 巨噬細胞極化的分子機制

巨噬細胞極化的分子機制詳見圖1所示，信號分子，轉(zhuǎn)錄因子，表觀遺傳機制和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子組成的網(wǎng)絡(luò)是巨噬細胞激活為不同形式的基礎(chǔ)。規(guī)范的IRF / STAT1信號通路被IFNs和TLR信號激活，使巨噬細胞功能偏向M1表型，或者被IL-4，IL-13/STAT6激活M2表型[6]。M1巨噬細胞上調(diào)IRF5，這對于誘導(dǎo)引發(fā)Th1和Th17反應(yīng)的細胞因子(IL-12，IL-23，TNF)至關(guān)重要[7]。IL-4 I型和 II型受體[8]激活Stat6，這反過來又激活了M2極化的典型基因的轉(zhuǎn)錄，例如甘露糖受體(Mrc1)，抵抗素樣α( Retnla， Fizz1)和幾丁質(zhì)酶3-3( Chi3l3， Ym1)[9]。IL-10激活 STAT3介導(dǎo)的與 M2樣表型相關(guān)的基因( Il10， Tgfb1， Mrc1)的表達[10]。STAT介導(dǎo)的巨噬細胞激活受細胞因子信號抑制物(Suppressor of cytokine signaling，SOCS)家族成員的調(diào)節(jié)。IL-4和 IFN-γ(后者與TLR刺激協(xié)同作用)分別上調(diào)SOCS1和SOCS3，從而SOCS1和SOCS3分別抑制STAT1和STAT3的作用[11]。在IRF/STAT/SOCS途徑的下游或與之并行，一組轉(zhuǎn)錄因子協(xié)調(diào)極化的巨噬細胞活化。核受體PPARγ和PPARδ[12]控制與M2巨噬細胞活化和氧化代謝相關(guān)的基因的不同子集。有趣的是，STAT6與兩個PPARγ協(xié)調(diào)并協(xié)同作用[13]和Krüppel樣因子4(KLF4)可促進巨噬細胞功能[14]。KLF4與Stat6協(xié)同作用，通過螯合NF-κB激活所需的共激活因子來誘導(dǎo)M2基因 (Arg-1，Mrc1，F(xiàn)izz1，PPARγ)并抑制 M1基因 (TNFa，Cox-2，CCL5，iNOS)。Krueppel樣轉(zhuǎn)錄因子 2(Krueppel-likefactor2，KLF2)通過抑制NF-κB/HIF-1α的活性來調(diào)節(jié)巨噬細胞的活化[15]。IL-4還可以誘導(dǎo)人巨噬細胞的c-Myc活性，其控制M2激活的基因(SCARB1，ALOX15和Mrc1)以及STAT6和PPARγ激活[16]。

TLR參與導(dǎo)致NF-κB活化并產(chǎn)生與M1巨噬細胞相關(guān)的炎性介質(zhì)[17]。但是，NF-κB的激活也激活了消除炎癥所必需的基因程序[18]以及與腫瘤相關(guān)的巨噬細胞(TAM)的M2極化[19]。此外，誘導(dǎo)p50NF-κB同二聚體對于體內(nèi)外M2極化至關(guān)重要[20]。缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α和HIF-2α在M1和M2極化的巨噬細胞中差異表達[21]并分別調(diào)節(jié)誘導(dǎo)型NOS2(M1)和精氨酸酶ARG1(M2)。表觀遺傳的變化和非編碼RNA也參與了巨噬細胞極化的方向[22]。IL-4誘導(dǎo)小鼠巨噬細胞中組蛋白脫甲基酶JMJD3的上調(diào)，從而改變?nèi)旧|(zhì)修飾以促進M2基因表達并抑制M1基因。miR-155最近被確定為靶向IL-13Rα1亞基，從而減少了人類巨噬細胞中的一組M2基因[23]。低氧誘導(dǎo)因子-1(低氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)。

3 腫瘤相關(guān)巨噬細胞與腫瘤發(fā)生

與癌癥相關(guān)的炎癥的特征是單核巨噬細胞譜系的細胞募集到腫瘤組織中[24]，這也是條件轉(zhuǎn)移前的利己，有利于癌癥的繼發(fā)定位。經(jīng)典激活的M1極化巨噬細胞具有顯示抗腫瘤活性并引發(fā)腫瘤組織破壞的潛力。至少在小鼠的某些致癌模型中腫瘤進展與從M1到M2的表型轉(zhuǎn)換有關(guān)[25]。M2型巨噬細胞具有顯著的促進腫瘤生長作用，一般被認為是促腫瘤細胞。腫瘤細胞可以分泌IL-10，IL-6 和IL-17等細胞因子，這些細胞因子可以促使巨噬細胞向M2型極化。巨噬細胞向M2型極化后又分泌IL-4，TGF-β和M-CSF等細胞因子，進而又促進腫瘤細胞的浸潤，生長和增殖，形成惡性循環(huán)。另一方面，M2型巨噬細胞分泌的細胞因子IL-10可以抑制T細胞的激活，影響其他免疫細胞對腫瘤的殺傷作用。巨噬細胞向M2型極化減少了了NO的合成和釋放，降低了巨噬細胞對腫瘤的殺傷作用。

圖1 巨噬細胞極化的主要途徑及M1-M2巨噬細胞極化途徑之間的串?dāng)_

在小鼠和人類發(fā)展的后期階段，腫瘤相關(guān)巨噬細胞TAM通常具有類似M2的表型，具有低IL-12表達，高IL-10表達，低殺腫瘤活性并促進組織重塑和血管生成。如霍奇金病，神經(jīng)膠質(zhì)瘤，膽管癌和乳腺癌所示，TAM浸潤通常與預(yù)后不良有關(guān)[26]。但是，具有各種功能狀態(tài)的TAM可以共存于同一腫瘤中[27]。各種途徑可調(diào)節(jié)骨髓單核細胞的腫瘤功能，包括腫瘤來源和宿主來源的信號。淋巴細胞是TAM功能的關(guān)鍵協(xié)調(diào)器，但是在起源于不同器官的腫瘤中的途徑不同。例如，發(fā)現(xiàn)巨噬細胞功能的傾斜是由皮膚中產(chǎn)生IL-4的Th2細胞介導(dǎo)的[28]和通過產(chǎn)生抗體的B細胞在乳癌中的發(fā)生[29]。B1細胞可以促進皮膚癌的發(fā)展，而成纖維細胞也可能有助于驅(qū)動巨噬細胞極化和促進腫瘤的回路[30]。

腫瘤細胞產(chǎn)物，包括細胞外基質(zhì)成分，IL-10，CSF-1和趨化因子(CCL2，CCL18，CCL17和CXCL4)，將巨噬細胞置于M2樣促進癌癥的模式中[24]。TAM還可以通過激活STAT3和聲波刺猬通路來產(chǎn)生乳脂球-表皮生長因子VIII(milk-fat globule-epidermal growth factor-VIII ，MFG-E8) ，從而與癌癥干細胞(CSCs)相互作用并促進其致癌性[31]。需要鑒定參與不同人類癌癥中炎癥的各種細胞和分子途徑，以將我們對癌癥相關(guān)炎癥的理解轉(zhuǎn)化為有意義的治療進展。

4 展望

巨噬細胞極化在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，一方面可以極化為M1型巨噬細胞攻擊腫瘤起到抗腫瘤作用，另一方面也可以極化為M2型巨噬細胞起到促腫瘤作用。人工誘導(dǎo)巨噬細胞極化為M1型巨噬細胞，可以在腫瘤的臨床治療中起到顯著作用，具有良好的發(fā)展前景。