腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在肺癌發(fā)生、發(fā)展中的作用

丁怡睿 何夢(mèng)鈺 蔡清 王艷麗 孔輝 解衛(wèi)平

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科210029

肺癌是常見的惡性腫瘤之一,盡管肺癌治療手段在不斷發(fā)展進(jìn)步,如化療方案的完善、針對(duì)驅(qū)動(dòng)基因的靶向治療、抗血管生成治療、免疫檢查點(diǎn)抑制劑的應(yīng)用以及上述不同治療方法的聯(lián)合等明顯改善了大多數(shù)肺癌患者預(yù)后,但晚期患者預(yù)后仍然不樂觀[1]。

近年來(lái), 與免疫相關(guān)的腫瘤微環(huán)境 (t u mor microenviron ment,T ME)的研究受到越來(lái)越多的重視。T ME由腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和募集的免疫細(xì)胞及它們的產(chǎn)物 (如細(xì)胞因子和趨化因子)組成,是腫瘤賴以生存和發(fā)展的微生態(tài)系統(tǒng)[2]。巨噬細(xì)胞是免疫防御過(guò)程中重要的效應(yīng)細(xì)胞,具有高度異質(zhì)性和可塑性,隸屬于單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)。浸潤(rùn)于腫瘤組織的巨噬細(xì)胞稱為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tu mor-associated macrophages,TA Ms),是T ME 中浸潤(rùn)性免疫細(xì)胞的主要成分,可通過(guò)多種途徑促進(jìn)肺癌的生長(zhǎng)、侵襲及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[3]。研究提示,肺癌組織中TAMs的浸潤(rùn)水平和極化狀態(tài),與肺癌的治療效果及患者預(yù)后顯著相關(guān)[4-7]。針對(duì)TAMs行靶向治療或與化療、PD-1/PD-L1免疫治療聯(lián)合,在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出巨大的治療潛力[8-10]。本文就TA Ms的生物學(xué)特性和在肺癌發(fā)生、發(fā)展中的作用以及在免疫治療中的價(jià)值進(jìn)行綜述。

1 TAMs的生物學(xué)特性

1.1 肺的巨噬細(xì)胞 以往認(rèn)為,肺巨噬細(xì)胞來(lái)源于骨髓造血干細(xì)胞。骨髓造血干細(xì)胞分化為單核細(xì)胞釋放至外周血,進(jìn)入局部組織后轉(zhuǎn)變?yōu)榫奘杉?xì)胞并發(fā)揮作用,稱為骨髓來(lái)源巨噬細(xì)胞[11]。

有研究表明,肺組織中的巨噬細(xì)胞實(shí)際在胚胎發(fā)育時(shí)期已經(jīng)形成[12]。在小鼠胚胎發(fā)育過(guò)程中,巨噬細(xì)胞通過(guò)兩次遷移定植于肺部[13],第一次遷移起源于卵黃囊的原始造血,高表達(dá)F4/80;第二次遷移起源于胎兒肝臟單核細(xì)胞,表達(dá)Mac2且無(wú)/低表達(dá)F4/80。出生后1周內(nèi),Mac2+巨噬細(xì)胞通過(guò)GM-CSF 依賴性過(guò)程分化成肺泡巨噬細(xì)胞;F4/80+巨噬細(xì)胞則與骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞共同組成肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞。

肺泡巨噬細(xì)胞主要位于肺泡腔,表面標(biāo)志物Siglec F+CD11b-CD11c+;肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞主要位于支氣管血管束間質(zhì)中,表面標(biāo)志物Siglec F-CD11b+CD11c+[14]。一般情況下,肺泡巨噬細(xì)胞、肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞生存周期較長(zhǎng),通過(guò)自我更新維持平衡,兩者因起源不同而無(wú)法進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。炎癥反應(yīng)時(shí),肺部巨噬細(xì)胞群的穩(wěn)態(tài)被破壞,外周血單核細(xì)胞進(jìn)入受損部位,分化為與肺泡巨噬細(xì)胞或肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞有相似表型的骨髓來(lái)源巨噬細(xì)胞[15]。而在肺癌中,不同巨噬細(xì)胞亞群在肺TA Ms 生成中的作用尚不明確。

1.2 TA Ms Gibbings等[16]在小鼠肺癌模型中觀察到,腫瘤部位肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞的數(shù)量隨腫瘤生長(zhǎng)顯著增加,提示肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞是TA Ms的重要來(lái)源,肺泡巨噬細(xì)胞則僅在正常的肺泡組織中被觀察到,可能是在肺癌進(jìn)展期間,肺泡巨噬細(xì)胞逐漸消除或發(fā)生表型改變。

Zhou等[17]對(duì)小鼠肺癌模型研究發(fā)現(xiàn),循環(huán)單核細(xì)胞可被募集至腫瘤組織,分化為TA Ms。腫瘤細(xì)胞分泌的趨化因子 (如CCL2、CXCL12a),IL (如IL-1β)以及細(xì)胞因子 (如CSF-1、VEGFA),分別激活單核細(xì)胞膜上的G 蛋白耦聯(lián)受體、Toll樣受體/IL-1受體和受體酪氨酸激酶,經(jīng)下游PI3 Kγ通路激活細(xì)胞表面的整合素α4β1,使整合素構(gòu)象發(fā)生改變,配體結(jié)合位點(diǎn)顯露[18]。單核細(xì)胞膜上激活的整合素α4β1易與血管內(nèi)皮上的細(xì)胞黏附分子VCA M-1 結(jié)合,使單核細(xì)胞緊密黏附于血管壁,進(jìn)入腫瘤組織后在信號(hào)分子作用下分化為TAMs?；罨木奘杉?xì)胞經(jīng)不同信號(hào)分子刺激可分化為不同的組織特異性表型。目前的研究顯示,小鼠肺癌組織中的TA Ms主要起源于肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞和外周循環(huán)血中的單核細(xì)胞。

1.3 TAMs的極化 巨噬細(xì)胞具有可塑性,在不同微環(huán)境的作用下分化為不同的表型和功能。經(jīng)典活化型 (M1型)和替代活化型 (M2型)分別代表了巨噬細(xì)胞促炎和抗炎兩種極化狀態(tài)[19]。

脂多糖、γ-干擾素等細(xì)胞因子激活巨噬細(xì)胞Notch 1-RBP-Jκ通路[20]及JAK-STAT1通路[21],上調(diào)M1型相關(guān)基因的表達(dá),誘導(dǎo)M1 型巨噬細(xì)胞活化?；罨蟮腗1 型TA Ms表面MHCⅡ升高,提呈抗原功能增強(qiáng);激活誘導(dǎo)型一氧化氮合酶產(chǎn)生一氧化氮;并分泌IL-1β、腫瘤壞死因子α、IL-12、IL-18和IL-23等促炎因子,促進(jìn)T 細(xì)胞募集活化,抑制腫瘤生長(zhǎng)。

IL-4、IL-10、IL-13 等細(xì)胞因子激活巨噬細(xì)胞JAKSTAT6通路[21]及PI3 Kγ-Akt-mTOR 通路[22],抑制NF-κB通路,誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2 型極化。M2 型TAMs高表達(dá)CD206、CD163、CD200 R,并分泌多種抗炎細(xì)胞因子,具有抑制炎癥反應(yīng)、促進(jìn)血管生成、誘導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和基質(zhì)重塑、以及促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)等作用。

在肺癌發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中,巨噬細(xì)胞的極化不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行二元區(qū)別。巨噬細(xì)胞同時(shí)暴露于促炎信號(hào)和抗炎信號(hào),形成M1、M2 混雜的TA Ms群[19]。肺癌早期,大多數(shù)TAMs經(jīng)過(guò)經(jīng)典激活途徑表現(xiàn)出M1表型,隨著腫瘤生長(zhǎng)和炎癥反應(yīng)持續(xù),腫瘤區(qū)域出現(xiàn)缺氧和乳酸積累,通過(guò)HIF-1α促進(jìn)巨噬細(xì)胞VEGF和精氨酸酶1表達(dá),誘導(dǎo)浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)換[23],從而抑制機(jī)體對(duì)肺癌的免疫殺傷作用。對(duì)非小細(xì)胞肺癌手術(shù)標(biāo)本進(jìn)行免疫組織化學(xué)雙染色,結(jié)果顯示約70%的TA Ms呈現(xiàn)為M2 型[4],這些TA Ms的抗原遞呈及腫瘤殺傷能力減低,而促血管生成和基質(zhì)重塑的能力增強(qiáng)。

2 TAMs在肺癌發(fā)病機(jī)理中的作用

2.1 抑制腫瘤免疫 機(jī)體可通過(guò)天然和獲得性免疫抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展,而腫瘤細(xì)胞可通過(guò)多種機(jī)制逃避機(jī)體免疫的識(shí)別和攻擊。TA Ms抑制抗腫瘤免疫涉及如下機(jī)制:(1)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生IL-10,誘導(dǎo)TAMs 表面PD-L1 表達(dá)[24],與T ME 中T 細(xì)胞表面的PD-1結(jié)合,抑制細(xì)胞毒性T 細(xì)胞功能; (2)TA Ms產(chǎn)生CCL22可募集調(diào)節(jié)性T細(xì)胞至T ME中,抑制效應(yīng)T 細(xì)胞的活化和功能[25]; (3)TA Ms產(chǎn)生Arg-1可將L-精氨酸催化水解為尿素和L-鳥氨酸,抑制細(xì)胞周期蛋白D3和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4的上調(diào),使T 細(xì)胞周期停滯于G0/G1期而無(wú)法增殖[26]。

2.2 促進(jìn)腫瘤血管形成 TA Ms可釋放VEGF、CXCL8等促血管生長(zhǎng)因子和趨化因子至無(wú)血管區(qū)域,促進(jìn)腫瘤血管生成。其中VEGF作用最強(qiáng)、特異性最高,不僅可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和血管新生,還可以增加血管的滲透性,有利于腫瘤細(xì)胞游離至血管外[27],從而促進(jìn)肺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移。

2.3 增強(qiáng)肺癌細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移能力 Wang 等[28]研究表明,將巨噬細(xì)胞和多個(gè)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞株體外共培養(yǎng),這些肺癌細(xì)胞的基質(zhì)降解活性和侵襲能力均增加,提示了TA Ms在非小細(xì)胞肺癌侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用。肺癌細(xì)胞產(chǎn)生CSF-1 和CCL2 等趨化因子,募集大量TA Ms至血管周圍。TAMs通過(guò)合成基質(zhì)金屬蛋白酶等蛋白水解酶破壞基質(zhì),使肺癌細(xì)胞從基底膜破裂處遷出向外周侵襲、遷移。此外,TAMs還可促進(jìn)膠原纖維形成,肺癌細(xì)胞沿著膠原纖維快速向血管遷移,進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng),從而提高肺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移效率[29]。

3 TAMs在未來(lái)肺癌治療中的價(jià)值

TA Ms在肺癌發(fā)生、發(fā)展中可能發(fā)揮了重要作用,因此TA Ms可作為肺癌治療的靶標(biāo),可能通過(guò)如下途徑抑制肺癌的發(fā)生、發(fā)展:抑制TAMs募集、誘導(dǎo)TAMs凋亡、改變TA Ms表型。

3.1 抑制TA Ms募集 調(diào)控趨化因子及相應(yīng)受體進(jìn)而抑制TA Ms募集是TA Ms靶向治療重要策略。目前已發(fā)現(xiàn)多對(duì)與TAMs募集相關(guān)的趨化因子及受體,CCL2/CCR2 是其中研究最深入的一對(duì)。在小鼠Lewis肺癌模型中,敲除宿主CCR2基因,或給予CCR2拮抗劑RS504393,均可減少TA Ms募集,促進(jìn)TA Ms向M1型極化,抑制肺癌的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[8]。CSF-1/CSF-1 R 具有相似效應(yīng),Salvagno等[9]研究發(fā)現(xiàn)阻斷CSF-1 R 能夠減少腫瘤中TA Ms浸潤(rùn),提高乳腺癌模型中順鉑療效。目前以CSF-1R 為靶點(diǎn)的抑制劑正作為單藥或與免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合,用于治療晚期實(shí)體腫瘤的臨床試驗(yàn)中。

3.2 誘導(dǎo)TA Ms 凋亡 對(duì)于已經(jīng)存在于T ME 中的TA Ms,抑制其存活是抑制腫瘤生長(zhǎng)的有效方法?？鼓[瘤藥物Trabectedin可通過(guò)TRAIL受體激活外源性凋亡途徑,減少小鼠Lewis肺癌模型體內(nèi)的TA Ms,但會(huì)影響單核巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的宿主防御功能[30]。因此,限制藥物不良反應(yīng)對(duì)于開發(fā)TAMs相關(guān)特異性藥劑非常重要。Lee等[31]將蜂毒肽與促細(xì)胞凋亡肽d (KLAKLAK)2 (d KLA)融合成MEL-d KLA。MEL-d KLA 兼具M(jìn)EL優(yōu)先與CD206結(jié)合以及d KLA 破壞胞內(nèi)線粒體膜的特點(diǎn),誘導(dǎo)CD206+M2 型TA Ms細(xì)胞凋亡,降低小鼠Lewis肺癌模型腫瘤生長(zhǎng)和血管生成,但對(duì)M1型巨噬細(xì)胞及其他白細(xì)胞沒有顯著影響。這一發(fā)現(xiàn)為選擇性抑制TAMs存活提供了新思路。

3.3 改變TA Ms表型 此外,誘導(dǎo)TA Ms向促炎型轉(zhuǎn)化是腫瘤免疫治療的重要研究方向。TA Ms表型向M1型轉(zhuǎn)化與腫瘤患者和小鼠腫瘤模型的生存率增加有關(guān)[22],動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)改變TA Ms表型主要涉及以下3 條信號(hào)通路。(1)PI3K/Akt通路:基因敲除或抑制劑阻斷TAMs 中PI3 Kγ信號(hào)通路,可以刺激并延長(zhǎng)NF-κB 活化,同時(shí)抑制C/EBPβ,增強(qiáng)促炎因子的表達(dá),抑制小鼠Lewis肺癌模型中腫瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移,提高存活率[18]。PI3 Kγ抑制劑與免疫檢查點(diǎn)抑制劑協(xié)同治療,能夠抑制腫瘤生長(zhǎng),延長(zhǎng)小鼠生存期[10]。 (2)JAK/STAT 通路:在小鼠自發(fā)性結(jié)直腸癌模型中,敲除STAT3 使TAMs向M1 再極化,細(xì)胞毒性T 細(xì)胞浸潤(rùn)增加,腫瘤負(fù)荷降低[32]。該目標(biāo)通路的另一個(gè)重要靶點(diǎn)是JAK,JAK1抑制劑Baricitinib和JAK1/2抑制劑Ruxolitinib在臨床分別用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和骨髓纖維化,有望在癌癥免疫治療方面取得新進(jìn)展。 (3)Notch通路:TLR 激動(dòng)劑如poly (I∶C)可以迅速激活促炎因子,使巨噬細(xì)胞向M1極化[33]。但另一方面它誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表達(dá)PD-L1,發(fā)揮炎癥抑制作用。PD-1 阻斷劑與TLR 激動(dòng)劑聯(lián)合使用對(duì)實(shí)體腫瘤的療效正在研究中。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,TA Ms在肺癌發(fā)生、發(fā)展中可能發(fā)揮了重要作用,肺癌組織中TAMs的浸潤(rùn)水平、極化狀態(tài)與患者預(yù)后密切相關(guān)。進(jìn)一步闡明肺癌患者TA Ms的生物學(xué)特征,揭示肺癌發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中TAMs的來(lái)源、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫功能和代謝特點(diǎn),在肺癌的治療中具有重要意義。TA Ms及其相關(guān)分子可能是未來(lái)肺癌免疫治療中的新靶點(diǎn)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突