張小沛,馬方達(dá),隋愛霞,趙新宇,張燕
1河北北方學(xué)院研究生院,河北 張家口 075132
2河北省人民醫(yī)院腫瘤六科,石家莊 050057
石家莊市人民醫(yī)院3重癥肌無力診療中心,4腫瘤四科,石家莊 050011
全世界惡性腫瘤的發(fā)病率和病死率均呈上升趨勢(shì),據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年全球新增1930萬惡性腫瘤病例和近1000萬惡性腫瘤死亡病例[1]。侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤患者病情惡化及死亡的主要原因,該過程不僅依賴腫瘤細(xì)胞本身,還與腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)中多種類型的細(xì)胞相關(guān),腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophage,TAM)是其中最重要的一類[2]。不同的TME能夠誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分化為不同亞型,目前認(rèn)為主要包括經(jīng)典活化型(M1-TAM)和替代活化型(M2-TAM),M1-TAM主要參與抗原呈遞而具有抗瘤作用,M2-TAM則主要促進(jìn)抗炎反應(yīng)而發(fā)揮致瘤作用。研究發(fā)現(xiàn),M2型巨噬細(xì)胞在鄰近惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)和非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)中增加,大轉(zhuǎn)移患者的M2-TAM計(jì)數(shù)高于微轉(zhuǎn)移患者[3]。本文對(duì)TAM在惡性腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程中的作用進(jìn)行綜述。
腫瘤轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成和特定的轉(zhuǎn)移器官趨向性受骨髓來源的造血免疫祖細(xì)胞、未成熟髓細(xì)胞、細(xì)胞因子、趨化因子和生長因子的共同調(diào)控,它們可以改變器官或組織的局部微環(huán)境,促進(jìn)循環(huán)腫瘤細(xì)胞(circulating tumor cell,CTC)的黏附和生存[4]。TAM的募集是由巨噬細(xì)胞趨化劑的上調(diào)介導(dǎo)的,包括C-C趨化因子配體2(chemokine CC motif ligand 2,CCL2)和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothlial growth factor,VEGF)。在原發(fā)腫瘤生長過程中,TAM主要在缺氧區(qū)域積累,且80%為M2型巨噬細(xì)胞[5]。M2-TAM對(duì)腫瘤缺氧區(qū)域具有較高的趨向性,缺氧時(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激蛋白肌醇酶1(inositol-requiring enzyme 1,IRE1)信號(hào)通路被激活,抑制細(xì)胞糖酵解,促進(jìn)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)和細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累,從而形成M2-TAM的典型表型,提示調(diào)控M2-TAM的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)可能是抗腫瘤治療的一個(gè)新的研究方向[6]。
整合素α4β1是血管細(xì)胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule 1,VCAM1)的受體,可選擇性地促進(jìn)髓系細(xì)胞向TME歸巢[7],為腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移提供條件,這一觀點(diǎn)在睪丸癌[8]、乳腺癌[9]、肺癌[10]中得到初步驗(yàn)證。Wang等[11]研究發(fā)現(xiàn),體內(nèi)外直腸癌細(xì)胞中,高遷移率族蛋白A2(high mobility group A2,HMGA2)能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞募集和M2極化。HMGA2直接與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子 3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)的啟動(dòng)子結(jié)合,激活其轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而誘導(dǎo)CCL2分泌,促進(jìn)巨噬細(xì)胞募集,導(dǎo)致患者的總生存率較低。
在轉(zhuǎn)移性腫瘤的發(fā)展過程中,組織駐留的TAM是第一批與原發(fā)腫瘤細(xì)胞相互作用的細(xì)胞之一,因此,其與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有著密切關(guān)系。開發(fā)抗巨噬細(xì)胞募集的靶向抗腫瘤藥物可能成為一個(gè)新的研究方向。
TAM主要通過降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜促進(jìn)腫瘤的局部侵襲。在轉(zhuǎn)移生態(tài)位的形成中,TAM可以分泌大量的生物活性分子并裝載到細(xì)胞外載體中,參與形成旁分泌信號(hào)環(huán),該信號(hào)環(huán)包括腫瘤來源的集落刺激因子1(colony-stimulating factor 1,CSF1)和巨噬細(xì)胞來源的表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF),二者共同促進(jìn)轉(zhuǎn)移生態(tài)位的形成[12]。除此之外,TAM還可分泌基質(zhì)蛋白、基質(zhì)重塑酶、蛋白酶、組織蛋白酶及趨化因子等,這些成分對(duì)正常組織間質(zhì)消化和重塑具有重要意義,其中上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal tran-sition,EMT)被認(rèn)為是關(guān)鍵步驟[13]。TAM到達(dá)TME后,通過促進(jìn)EGF、促遷移因子和纖維膠原產(chǎn)生,與腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer associated fibroblast,CAF)協(xié)同分割細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)[14-15]。關(guān)于乳腺癌的研究發(fā)現(xiàn),骨橋蛋白、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)均是乳腺癌中巨噬細(xì)胞來源的生長因子,能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞與巨噬細(xì)胞之間的相互作用[16-17]。Zheng等[18]從外泌體和M2-TAM中分離出的細(xì)胞裂解液中發(fā)現(xiàn)了明顯的微小RNA(microRNA,miRNA)-21,功能研究表明,外泌體miRNA-21可直接從巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)移到胃癌細(xì)胞,從而為TAM促進(jìn)腫瘤局部侵襲提供了理論依據(jù)。
除此之外,TAM還是蛋白酶的主要來源,如半胱氨酸組織蛋白酶(cysteine cathepsin,CC),其與多種腫瘤進(jìn)展和耐藥性有關(guān)[19]。化療和放療會(huì)誘導(dǎo)可溶性細(xì)胞因子釋放,如血管細(xì)胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule 1,VCAM1)和CCL2,從而招募大量巨噬細(xì)胞浸潤TME,放化療誘導(dǎo)的這種TAM募集使治療耐藥性循環(huán)延續(xù)。應(yīng)用氯膦酸脂質(zhì)體或通過CSF1基因消融阻斷TAM可顯著干擾TAM在腫瘤局部侵襲和轉(zhuǎn)移過程中的作用,并且可增強(qiáng)抗VEGF抗體在皮下腫瘤模型中的抗腫瘤和抗血管生成作用。然而,目前的研究表明,當(dāng)作為單一藥物使用時(shí),TAM靶向策略減滅原發(fā)腫瘤生長的效果并不理想,許多TAM靶向治療在與其他療法聯(lián)合使用時(shí)可發(fā)揮更大的效果[20]。
內(nèi)滲是指巨噬細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞之間的相互作用促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血管的過程。血管內(nèi)滲過程中巨噬細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的動(dòng)態(tài)相互作用使腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出沿膠原纖維向血管移動(dòng)的高速極化運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)[21]。血管的趨化性是對(duì)與血管相關(guān)的巨噬細(xì)胞分泌的EGF等趨化劑的反應(yīng),其具有加強(qiáng)引導(dǎo)腫瘤細(xì)胞向血管移動(dòng)的作用,且內(nèi)滲效率與腫瘤細(xì)胞向血管的遷移和原發(fā)腫瘤中的巨噬細(xì)胞密度直接相關(guān)[22]。缺氧會(huì)觸發(fā)聚集性CTC的內(nèi)滲[23],這與之前提到的缺氧誘導(dǎo)M2-TAM極化微環(huán)境一致[24]。Pignatelli等[25]研究發(fā)現(xiàn),阻斷腫瘤細(xì)胞與巨噬細(xì)胞之間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)能夠預(yù)防乳腺癌細(xì)胞的內(nèi)滲,并阻斷人體乳腺癌模型內(nèi)皮遷移,但該技術(shù)目前尚處于實(shí)驗(yàn)階段,臨床中尚未得到廣泛應(yīng)用。在一項(xiàng)納入497例肺腺癌患者的臨床研究中發(fā)現(xiàn),TAM的浸潤程度可能成為評(píng)估腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)、預(yù)后及指導(dǎo)個(gè)體化治療的指標(biāo)[26]。因此,可以推斷在腫瘤細(xì)胞內(nèi)滲入血管的過程中,TAM發(fā)揮著“敲門磚”的作用。
目前,多光子活體成像技術(shù)已在觀察活體動(dòng)物腫瘤轉(zhuǎn)移擴(kuò)散過程中TAM-腫瘤的相互作用方面得到初步應(yīng)用,其可清楚地觀察巨噬細(xì)胞定位于血管外滲部位并幫助腫瘤細(xì)胞進(jìn)入循環(huán)[27]。Rabah等[28]制備了TAM可視化轉(zhuǎn)基因小鼠模型,為進(jìn)一步了解TAM在CTC內(nèi)滲過程中發(fā)揮的作用奠定了基礎(chǔ),期待更多TAM相關(guān)研究能夠從該模型中獲益。
進(jìn)入循環(huán)中的腫瘤細(xì)胞為CTC,其存在于與實(shí)體瘤組織微環(huán)境完全不同的微環(huán)境中,主動(dòng)分離或從原發(fā)性腫瘤脫落到淋巴和血液中,它們與基質(zhì)分離并暴露于免疫系統(tǒng)和血液中[29]。一些CTC亞群獲得了存活、歸巢和遠(yuǎn)處定植的能力,造成腫瘤轉(zhuǎn)移[30]。CTC在循環(huán)中面臨著幾種環(huán)境應(yīng)激源,包括氧化應(yīng)力、剪切力和免疫系統(tǒng)的攻擊,因此許多CTC在血液循環(huán)中死亡[31]。然而,TAM在促進(jìn)CTC存活過程中可與其他因素協(xié)同發(fā)揮免疫逃逸作用[32]。研究發(fā)現(xiàn),位于T細(xì)胞反應(yīng)上游的TAM可以通過程序性死亡受體1(programmed cell death 1,PDCD1,也稱PD-1)和程序性死亡受體配體 1(programmed cell death 1 ligand 1,PDCD1LG1,也稱PD-L1,PD-L1)直接與T細(xì)胞結(jié)合,誘導(dǎo)T細(xì)胞衰竭和功能障礙,TME支持轉(zhuǎn)移前生態(tài)位和CTC發(fā)展并促進(jìn)CTC從免疫監(jiān)視中逃逸[33]。
外滲是指CTC與內(nèi)皮細(xì)胞相互附著,從而破壞內(nèi)皮屏障的穩(wěn)定,并遷移、植入到鄰近的血管外組織的過程。外滲是腫瘤轉(zhuǎn)移性生長的必要條件。外滲過程中的關(guān)鍵步驟是腫瘤細(xì)胞與內(nèi)皮的黏附及其跨內(nèi)皮遷移。Kühlbach等[34]研究轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)的新型三維模型及微流體裝置,使人們能夠更加直觀地了解CTC外滲過程。CTC進(jìn)入血液循環(huán)后,血管中巨噬細(xì)胞分泌的VEGF會(huì)導(dǎo)致血管滲漏,幫助腫瘤細(xì)胞外滲[35]。
研究表明,參與細(xì)胞凋亡和增殖的轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白δ(CCAAT enhancer binding protein δ,C/EBPδ)基因敲除對(duì)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移具有抑制作用[36]。然而,C/EBPδ的表達(dá)并不局限于腫瘤前體上皮細(xì)胞,也在TAM中顯著表達(dá)[37]。一項(xiàng)利用原位胰腺癌模型和特異性外滲模型的研究發(fā)現(xiàn),氯硝柳胺和福斯科林可顯著降低斑馬魚的腫瘤細(xì)胞外滲,并通過調(diào)節(jié)信號(hào)通路、趨化因子和腫瘤-內(nèi)皮細(xì)胞相互作用來限制腫瘤細(xì)胞外滲,且在小鼠模型中得到了同樣的驗(yàn)證[38]。雖然巨噬細(xì)胞在CTC外滲中的具體機(jī)制尚不完全清楚,但上述動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已初步證明這一過程需要腫瘤細(xì)胞和TAM相互作用,這可能為抗腫瘤治療提供了一個(gè)新的思路。
遠(yuǎn)處器官的定植是轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)反應(yīng)的最后階段,通常通過3個(gè)關(guān)鍵步驟來實(shí)現(xiàn):定植、休眠和生長[39]。根據(jù)“種子與土壤”假說,微環(huán)境可以提供一個(gè)理想的生態(tài)位,允許轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞茁壯成長[40]。進(jìn)入轉(zhuǎn)移部位后的腫瘤細(xì)胞通過分泌細(xì)胞因子和生長因子,影響免疫細(xì)胞的正常功能,從而為腫瘤細(xì)胞定植提供有利條件。TAM與腫瘤細(xì)胞的相互作用對(duì)于調(diào)節(jié)多種腫瘤在轉(zhuǎn)移部位的定植和生長至關(guān)重要。在肺癌骨轉(zhuǎn)移[41]、直腸癌肝轉(zhuǎn)移[42]等相關(guān)研究中,這種串?dāng)_也越來越多地涉及,當(dāng)腫瘤細(xì)胞定植于轉(zhuǎn)移部位時(shí),轉(zhuǎn)移部位的巨噬細(xì)胞群體,如F4/80+/CD11c+巨噬細(xì)胞,將被腫瘤來源的刺激因子馴化為轉(zhuǎn)移相關(guān)的TAM,這些特定的巨噬細(xì)胞可以分泌趨化因子來改變轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的微環(huán)境,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的定植,TAM作為腫瘤細(xì)胞的“向?qū)А遍g接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長,然而,TAM與腫瘤細(xì)胞直接結(jié)合促進(jìn)腫瘤細(xì)胞在轉(zhuǎn)移部位生長的機(jī)制仍需要更多的研究來闡明[43]。
綜上所述,TAM作為TME中含量最豐富的成分,與惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移過程密切相關(guān)。靶向TAM可能成為抑制腫瘤進(jìn)展的有效方法。目前,靶向TAM藥物的臨床應(yīng)用還在探索階段,期待更多TAM的相關(guān)研究,為抑制惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移提供新的思路。