腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞起源的研究進(jìn)展

白帥綜述，趙鋼審校

（天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院胃腸腫瘤生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300060）

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移以及免疫抑制微環(huán)境和血管的生成等方面發(fā)揮重要作用[1]。多年來(lái)，人們一直認(rèn)為TAMs僅起源于單核細(xì)胞，即外周循環(huán)的單核細(xì)胞經(jīng)血管內(nèi)皮細(xì)胞浸潤(rùn)到腫瘤組織內(nèi)，隨后在腫瘤微環(huán)境的作用下發(fā)育為TAMs。近年來(lái)對(duì)TAMs起源的深入研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤微環(huán)境中，除單核細(xì)胞源性的TAMs外，還存在胚胎起源的TAMs。但在不同腫瘤中，其起源、表型與功能仍存在爭(zhēng)議。本文對(duì)TAMs的起源及其與M1/M2型巨噬細(xì)胞的關(guān)系和TAMs作為治療靶點(diǎn)的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述。

1 TAMs的起源

TAMs是腫瘤微環(huán)境中數(shù)量最多的免疫細(xì)胞之一[2]，并被認(rèn)為僅是骨髓單核細(xì)胞起源。在外周單核細(xì)胞進(jìn)入腫瘤組織的過(guò)程中，趨化因子CCL2及其受體CCR2發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并且阻斷CCL2/CCR2信號(hào)會(huì)導(dǎo)致TAMs的數(shù)量大幅減少，這支持了單核細(xì)胞起源的觀點(diǎn)。但是刪除CCR2并不能完全清除巨噬細(xì)胞，提示可能存在TAMs起源的異質(zhì)性，即非單核細(xì)胞起源。

1.1 肺TAMs的起源 肺癌相關(guān)巨噬細(xì)胞同時(shí)存在單核細(xì)胞來(lái)源和胚胎來(lái)源。過(guò)去的研究認(rèn)為，肺癌相關(guān)巨噬細(xì)胞僅起源于單核細(xì)胞。因?yàn)樵诜切〖?xì)胞肺癌的Lewis肺癌模型中發(fā)現(xiàn)被標(biāo)記的單核細(xì)胞分化為TAMs。如在KrasLSL-G12D/+p53fl/fl遺傳小鼠模型中，熒光標(biāo)記的單核細(xì)胞前體細(xì)胞在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中分化為巨噬細(xì)胞。但后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，除單核細(xì)胞來(lái)源外，也存在胚胎起源[3]。正常肺組織常駐巨噬細(xì)胞包括間質(zhì)巨噬細(xì)胞（IMs）和肺泡巨噬細(xì)胞（AMs）。在腫瘤微環(huán)境中，AMs隨腫瘤進(jìn)展逐漸減少，并最終局限于癌旁的正常組織中；但I(xiàn)Ms（Ly6ChighCD64+FLT1+VCAM1+）以不依賴CCR2的方式，在腫瘤組織中逐漸增多。除腫瘤組織外，IMs還主要分布于大氣道與胸膜附近的正常肺組織中，提示其分布依賴解剖部位。譜系示蹤實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步提示IMs由紅系髓系祖細(xì)胞（EMPs）發(fā)育而來(lái)，并在胚胎期遷移到肺組織中，所以IMs即為肺癌中胚胎起源的TAMs。單核細(xì)胞來(lái)源的TAMs以依賴CCR2的方式，逐漸募集單核細(xì)胞到腫瘤微環(huán)境中，并發(fā)育為TAMs（Ly6ClowCD64+FLT1+）。在腫瘤后期，單核細(xì)胞來(lái)源的TAMs逐漸成為數(shù)量最多的TAMs亞群。不同起源的TAMs功能是有差異的。單核細(xì)胞來(lái)源的TAMs可以促進(jìn)腫瘤的擴(kuò)散，而胚胎來(lái)源的TAMs會(huì)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)，但是經(jīng)過(guò)化學(xué)治療藥物（環(huán)磷酰胺）清除這兩個(gè)來(lái)源的TAMs后，新浸潤(rùn)的單核細(xì)胞來(lái)源的TAMs可以發(fā)揮清除腫瘤細(xì)胞的作用[4]。

1.2 腦TAMs的起源 腦惡性腫瘤的研究主要集中在最常見(jiàn)的神經(jīng)膠質(zhì)瘤。目前的研究結(jié)果提示，神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的TAMs是雙重起源，包括單核細(xì)胞源性的TAMs和小膠質(zhì)細(xì)胞源性的TAMs，但此前有彼此相矛盾的研究結(jié)果。過(guò)去的研究認(rèn)為，腦腫瘤中的TAMs僅為單核細(xì)胞來(lái)源，或僅為小膠質(zhì)細(xì)胞衍生而來(lái)。這種矛盾的結(jié)果可能是由于實(shí)驗(yàn)方法所致。因?yàn)檫^(guò)去為避免血-腦屏障的影響，所采用的區(qū)分小膠質(zhì)細(xì)胞和單核細(xì)胞源性TAMs的方法是，先使用射線破壞受體的骨髓造血系統(tǒng)，再將被標(biāo)記的骨髓造血細(xì)胞移植到受體中，進(jìn)而觀察被標(biāo)記的單核細(xì)胞在腦部腫瘤組織中的浸潤(rùn)情況[5-6]。但射線照射會(huì)破壞小鼠的血-腦屏障，并造成免疫系統(tǒng)的紊亂，以及腦組織中免疫細(xì)胞的非特異性浸潤(rùn)，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展，Bowman團(tuán)隊(duì)利用譜系示蹤技術(shù)和神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠模型，在沒(méi)有輻射的情況下，證實(shí)了TAMs并非單一起源，而是包括小膠質(zhì)細(xì)胞和單核細(xì)胞起源的TAMs。要指出的是，小膠質(zhì)細(xì)胞起源于胚胎期祖細(xì)胞，而單核細(xì)胞起源于造血干細(xì)胞。這兩群TAMs的轉(zhuǎn)錄譜和表觀遺傳景觀差異明顯，并可以CD49d作為區(qū)分的標(biāo)志物[7]。在此基礎(chǔ)上，Müller團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)患者的神經(jīng)膠質(zhì)瘤標(biāo)本進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在腫瘤微環(huán)境中存在兩個(gè)TAMs亞群：小膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的巨噬細(xì)胞、來(lái)自外周血的單核細(xì)胞源性的TAMs。單核細(xì)胞源性的TAMs分泌更多的免疫抑制細(xì)胞因子，并主要分布于血管和腫瘤壞死灶附近，且與低級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤的總體生存率不佳顯著相關(guān)。小膠質(zhì)細(xì)胞源性的TAMs分布于腫瘤浸潤(rùn)的前緣，并與預(yù)后無(wú)關(guān)。這提示單核細(xì)胞源性的TAMs可能是潛在的免疫治療靶點(diǎn)[8]。

1.3 胰腺TAMs的起源 胰腺惡性腫瘤中的TAMs包括單核細(xì)胞與胚胎期祖細(xì)胞雙重起源。有研究利用p48-CRE+Lox-Stop-Lox（LSL）-KrasG12Dp53flx/+胰腺癌小鼠模型以及譜系示蹤和轉(zhuǎn)錄測(cè)序技術(shù)，觀察了胰腺癌相關(guān)巨噬細(xì)胞的起源與功能[9]。其結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，胰腺癌組織中同時(shí)穩(wěn)定存在單核細(xì)胞起源和胚胎起源的TAMs，而且在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中兩群細(xì)胞數(shù)量均會(huì)增加。單核細(xì)胞來(lái)源的TAMs與抗原呈遞作用更相關(guān)。胚胎來(lái)源的TAMs具有更強(qiáng)的增殖活性，并可通過(guò)沉積和重塑細(xì)胞外基質(zhì)來(lái)促進(jìn)胰腺癌的間質(zhì)纖維化。間質(zhì)纖維化不僅是胰腺癌的顯著特征，也是化學(xué)治療藥物滲透效率低下的主要原因。此外，不同來(lái)源的巨噬細(xì)胞對(duì)胰腺癌進(jìn)展的影響不同，當(dāng)耗竭單核細(xì)胞起源的巨噬細(xì)胞后，腫瘤進(jìn)展不會(huì)受影響；而當(dāng)耗竭胚胎來(lái)源的組織巨噬細(xì)胞后，腫瘤的進(jìn)展被顯著抑制。

1.4 乳腺TAMs的起源 在MMTV-PyMT自發(fā)性乳腺癌小鼠模型中，腫瘤微環(huán)境中的巨噬細(xì)胞存在兩個(gè)亞群，分別是MH CIIhighCD11blowTAMs以及MHCIIhigh－CD11bhigh乳腺組織巨噬細(xì)胞（mammary tissue macroph ages，MTMs），這兩群細(xì)胞均源于外周CCR2+單核細(xì)胞，并且其分化為TAMs依賴Notch信號(hào)通路[10]。此外。隨著腫瘤的進(jìn)展，越來(lái)越多的TAMs通過(guò)增殖來(lái)擴(kuò)大細(xì)胞數(shù)量，而MTMs因增殖活性較低，其比例并隨著腫瘤的進(jìn)展而逐漸降低。該研究提示，在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中，單核細(xì)胞的浸潤(rùn)和TAMs的原位增殖均發(fā)揮維持巨噬細(xì)胞數(shù)量的作用。在另一種自發(fā)性乳腺癌模型MMTV-Neu中，也發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)TAMs亞群（CD11bhighF4/80lowMHCIIhigh和CD11blowF4/80highMHCIIlow），而且均來(lái)自單核細(xì)胞，其中CD11blowF4/80highMHCIIlow依賴增殖維持細(xì)胞數(shù)量[11]，這與MMTVPyMT模型中的發(fā)現(xiàn)相似。此外，在乳腺癌患者中也發(fā)現(xiàn)TAMs具備增殖能力，并且其數(shù)量與CCL2（CCR2的配體）水平顯著相關(guān)，表明TAMs在人乳腺癌中同時(shí)依賴原位增殖和單核細(xì)胞浸潤(rùn)[12]。

2 TAMs起源于M1/M2型巨噬細(xì)胞的關(guān)系

組織中的巨噬細(xì)胞具有很強(qiáng)的可塑性，在不同微環(huán)境中可表現(xiàn)出明顯的功能差異。目前普遍認(rèn)為，巨噬細(xì)胞主要分為M1型即經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞，和M2型即替代性活化的巨噬細(xì)胞。M1型巨噬細(xì)胞具有很強(qiáng)的抗原提呈功能，并且可以通過(guò)分泌白細(xì)胞介素（IL）-2、IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子（TNF）等細(xì)胞因子及CCL2、CXCL9等趨化因子激活輔助性T細(xì)胞1型免疫反應(yīng)。因此，M1型巨噬細(xì)胞是機(jī)體內(nèi)發(fā)揮免疫防御功能的效應(yīng)細(xì)胞。M2型巨噬細(xì)胞具有IL-12低表達(dá)（IL-12low）、IL-10高表達(dá)（IL-10high）、IL-1受體拮抗劑高表達(dá)（IL-1rahigh）、IL-1假受體高表達(dá)（IL-1decoyRhigh）的表型特征，并分泌趨化因子CCL17、CCL22，其抗原提呈功能低下，并會(huì)抑制機(jī)體獲得性免疫反應(yīng)，但同時(shí)具有促進(jìn)組織修復(fù)及血管生成的作用[13]。TAMs低表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體（MHC）Ⅱ類分子，高表達(dá)免疫抑制細(xì)胞因子，如IL-10、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）等，并且抗原提呈功能低下，因此通常認(rèn)為TAMs與M2型巨噬細(xì)胞具有相似的表型特征及功能特點(diǎn)[14]。隨著對(duì)TAMs起源的深入研究，發(fā)現(xiàn)了更多不同標(biāo)記特征的TAMs[15]。在肺癌小鼠模型中，不論是胚胎起源的TAMs（Ly6ChighCD64+FLT1+VCAM1+）還是單核細(xì)胞起源的TAMs（Ly6ClowCD64+FLT1+），均不能定義為單一的M1或M2型巨噬細(xì)胞，而可能是M1或M2型的混合體[16]。神經(jīng)膠質(zhì)瘤中，單核細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞起源的TAMs均有很大比例的TAMs同時(shí)表達(dá)M1和M2型的特征分子。但單核細(xì)胞來(lái)源的TAMs免疫抑制基因表達(dá)水平更高，并且其細(xì)胞代謝依賴三羧酸循環(huán)，因此更接近M2型巨噬細(xì)胞[8]。在胰腺癌小鼠模型中，胚胎起源的TAMs低表達(dá)MHCⅡ類分子，并會(huì)促進(jìn)腫瘤進(jìn)展，提示與M2型巨噬細(xì)胞類似；而單核細(xì)胞來(lái)源的TAMs高表達(dá)MHCⅡ類分子，提示更接近M1型巨噬細(xì)胞[17]。在自發(fā)性乳腺癌模型（MMTV-Neu）中，單核細(xì)胞起源的CD11blowF4/80highMHCIIlowTAMs與M2型巨噬細(xì)胞有相似的基因表達(dá)譜，但尚不清楚其功能特點(diǎn)[11]。在MMTV-PyMT乳腺癌小鼠模型中，MHCIIhighCD11blowTAMs可以促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)，但卻不表達(dá)M2型巨噬細(xì)胞的特征分子（如CD206）。

3 TAMs作為腫瘤治療的靶點(diǎn)

鑒于TAMs在腫瘤進(jìn)展中起著至關(guān)重要的促進(jìn)作用，靶向TAMs已成為新的抗腫瘤治療策略（見(jiàn)表1）。循環(huán)單核細(xì)胞的浸潤(rùn)高度依賴CCL2-CCR2信號(hào)，因此抑制該信號(hào)可以減少TAMs的細(xì)胞數(shù)量。目前CCR2抑制劑已進(jìn)入臨床試驗(yàn)，如CCX872-B、PF-04136309、MLN1202和BMS-813160等[18]。在一項(xiàng)胰腺癌的Ⅰb期臨床試驗(yàn)（NCT01413022）中，CCR2抑制劑（PF-04136309）與FOLFIRINOX（奧沙利鉑、伊立替康、亞葉酸鈣蛋白和氟尿嘧啶組成的化學(xué)治療方案）聯(lián)合方案，可以將患者的化學(xué)治療反應(yīng)率提高40%[9]。集落刺激因子1受體（CSF1R）對(duì)巨噬細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化至關(guān)重要，因此成為最早開(kāi)發(fā)的靶點(diǎn)之一。在小鼠動(dòng)物模型中，CSF1R抑制劑與放療或化學(xué)治療相結(jié)合可改善T細(xì)胞的免疫反應(yīng)[19]。CSF1R拮抗劑可以高效清除人和小鼠腫瘤中的TAMs，但可能因?yàn)榇嬖诖鷥敊C(jī)制，其臨床療效非常有限[17]。在一項(xiàng)關(guān)于晚期胰腺癌患者的2期臨床試驗(yàn)中，CSF1R單克隆抗體（cabiralizumab）、納武利尤單克隆抗體（nivolumab）及化學(xué)治療的聯(lián)合方案與單獨(dú)化學(xué)治療相比，并沒(méi)有改善患者的無(wú)進(jìn)展生存期（NCT03336216）。CD 47在腫瘤中廣泛表達(dá)，當(dāng)與巨噬細(xì)胞表面的信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白α（SIRPα）結(jié)合，可以抑制巨噬細(xì)胞的吞噬功能。目前靶向CD47-SIRPα的多項(xiàng)臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中[20]。Magrolimab亦稱Hu5F9-G4，是抗人CD47單克隆抗體。在一項(xiàng)Magrolimab與化學(xué)治療藥物阿扎胞苷（Azacytidine）聯(lián)合的Ⅰb期臨床試驗(yàn)中，高危骨髓增生異常綜合征（MDS）的客觀緩解率（objective response rate，ORR）高達(dá)92%，而急性髓系白血?。ˋML）患者的ORR也可達(dá)到64%。神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠模型在應(yīng)用CD47抑制劑后，小膠質(zhì)細(xì)胞衍生的TAMs介導(dǎo)的不良反應(yīng)較輕，且其吞噬效率比單核來(lái)源的TAMs更高。提示CD47與單核來(lái)源TAMs的聯(lián)合靶向治療是潛在有效的治療策略[21]。此外，有研究證實(shí)，TAMs表面的程序性細(xì)胞死亡蛋白-1（PD-1）表達(dá)水平隨腫瘤生長(zhǎng)而增加，并且PD-1+的TAMs主要是單核細(xì)胞來(lái)源的。因此PD-1可能是靶向TAMs的潛在靶點(diǎn)[7]。靶向TAMs將是抗腫瘤綜合治療的重要一環(huán)，但目前仍面臨許多挑戰(zhàn)，比如治療有效性與不良反應(yīng)之間如何平衡？如何找到更有效的特異性靶點(diǎn)等。因此多角度、多層面深入地了解TAMs的特征，如起源、功能、時(shí)空分布等，可以為精準(zhǔn)治療提供重要線索。

表1 巨噬細(xì)胞靶向治療的臨床試驗(yàn)匯總

4 結(jié)語(yǔ)與展望

現(xiàn)有的研究結(jié)果已可以證實(shí)腫瘤微環(huán)境中巨噬細(xì)胞的起源、表型與功能存在異質(zhì)性，但對(duì)TAMs起源與發(fā)育的研究仍處在初步階段，因?yàn)槿杂性S多的未知需要探索，如除上述外的其他類型腫瘤中巨噬細(xì)胞的起源及維持細(xì)胞亞群的機(jī)制，不同起源的巨噬細(xì)胞亞群之間特異性的譜系標(biāo)志物和功能標(biāo)志物，不同亞群在腫瘤組織內(nèi)的時(shí)空分布以及對(duì)化學(xué)治療、放射治療、免疫治療的影響，不同亞群在腫瘤原發(fā)部位與轉(zhuǎn)移部位之間的差異等。盡管如此，目前的研究結(jié)果已經(jīng)提示，以不同起源TAMs為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)臨床預(yù)測(cè)模型，并制定針對(duì)性的免疫治療策略是有希望的。因此，深入研究TAMs的起源，不僅對(duì)理解免疫系統(tǒng)的復(fù)雜性有重要意義，而且將為腫瘤的基礎(chǔ)與臨床研究奠定更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。