腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞參與貝伐單抗耐藥機(jī)制的研究進(jìn)展

胡亞杰，韓天，陸滔，胡慶華

(1.中國藥科大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 211198；2.上海藥明康德新藥開發(fā)有限公司，上海 200131)

在腫瘤血管生成過程中，多種細(xì)胞因子參與其中，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A(vascular endothelial growth factor A，VEGF-A)。一種抗血管生成藥物-貝伐單抗主要通過靶向VEGF-A發(fā)揮其抗腫瘤作用。臨床上貝伐單抗的適應(yīng)證包括宮頸癌、轉(zhuǎn)移性乳腺癌及非小細(xì)胞肺癌等，該藥現(xiàn)已被用于多種惡性腫瘤的治療[1-2]。但是，在初始應(yīng)答后大量患者表現(xiàn)出對(duì)貝伐單抗不敏感，或者表現(xiàn)為腫瘤耐藥，之后腫瘤呈爆發(fā)式增殖，病情快速惡化，給臨床治療帶來了巨大的困難與挑戰(zhàn)。因此，闡明貝伐單抗的耐藥機(jī)制，延緩、克服其耐藥可提高貝伐單抗的臨床療效，有效延長(zhǎng)腫瘤患者的生存期。在腫瘤微環(huán)境中，巨噬細(xì)胞是一把“雙刃劍”，其主要分為兩種類型，即M1型和M2型，然而這兩種類型的巨噬細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮著相反的作用，M1型巨噬細(xì)胞起著“守衛(wèi)者”的角色，通過介導(dǎo)細(xì)胞毒性而殺死腫瘤細(xì)胞；與之相反，M2型巨噬細(xì)胞促進(jìn)腫瘤血管生成、以及腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[3-4]。并且，這兩種類型及其不同亞型之間可以相互轉(zhuǎn)化，而TAM更偏向于M2型巨噬細(xì)胞。TAM廣泛存在于不同腫瘤中，參與免疫應(yīng)答以及腫瘤進(jìn)展中的多個(gè)過程，并與腫瘤耐藥的發(fā)生密切相關(guān)。然而，伴隨著貝伐單抗的使用，巨噬細(xì)胞向M2型的轉(zhuǎn)變促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移，以及出現(xiàn)了貝伐單抗的耐藥現(xiàn)象[5]?，F(xiàn)就腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞參與貝伐單抗耐藥機(jī)制的相關(guān)研究予以綜述。

1 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞在機(jī)體中發(fā)揮著重要作用，其被不同的細(xì)胞因子所激活進(jìn)而轉(zhuǎn)化為不同類型的巨噬細(xì)胞，如被干擾素-γ激活后，轉(zhuǎn)化為M1型巨噬細(xì)胞，參與機(jī)體的免疫反應(yīng)；被白細(xì)胞介素-4(IL-4)或IL-10激活后進(jìn)而轉(zhuǎn)化為M2型巨噬細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤的增殖與轉(zhuǎn)移[6]。TAM的表型通常被認(rèn)為更偏向于M2型，在腫瘤的增殖過程中扮演了重要的角色[7]。

在腫瘤生長(zhǎng)和發(fā)育中，巨噬細(xì)胞的作用是復(fù)雜且多方面的。循環(huán)的單核細(xì)胞根據(jù)內(nèi)部環(huán)境的條件產(chǎn)生成熟的巨噬細(xì)胞，當(dāng)它們被招募到腫瘤微環(huán)境中，并在適當(dāng)?shù)臈l件下轉(zhuǎn)化為TAM[8]。雖然有限的證據(jù)證明TAM可以直接殺死腫瘤細(xì)胞并刺激T細(xì)胞的抗腫瘤活性，但是多數(shù)研究表明TAM是腫瘤微環(huán)境的主要組成部分之一，是促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)因素[9-10]。例如，TAM通過分泌VEGF等細(xì)胞因子進(jìn)而促進(jìn)腫瘤血管的生成[11]。因此，越來越多的研究將TAM與腫瘤治療聯(lián)系起來，探究其在腫瘤治療中扮演的角色及相關(guān)的作用機(jī)制。

2 貝伐單抗

貝伐單抗商品名為Avastin，是獲得FDA批準(zhǔn)上市的抗腫瘤血管生成藥物之一。貝伐單抗是一種IgG1型抗體，其功能主要是與VEGF結(jié)合，防止激活其受體VEGFR-1和VEGFR-2，通過這種方式抑制腫瘤新生血管生成，從而達(dá)到治療腫瘤的目的[2]。目前，貝伐單抗已被廣泛應(yīng)用于臨床，為惡性腫瘤的治療提供了一種有效可行的治療方案。自2004年上市以來，貝伐單抗深受臨床治療的青睞，這主要?dú)w功于它通過抑制新生血管的生成從而起到治療腫瘤的作用，其對(duì)多種腫瘤的治療均有效果，為惡性腫瘤的臨床治療做出了巨大的貢獻(xiàn)。另外，貝伐單抗的給藥間隔較長(zhǎng)也使得其深受患者的喜愛[12]。雖然貝伐單抗已經(jīng)上市很久，期間也有其他抗血管生成療法的出現(xiàn)，但是這些優(yōu)點(diǎn)使得貝伐單抗依舊深受醫(yī)生和患者的青睞。臨床治療發(fā)現(xiàn)，早期使用貝伐單抗可以顯著降低腫瘤血管密度，明顯抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與遷移，對(duì)惡性腫瘤具有較好的治療作用。但隨著貝伐單抗給藥進(jìn)程的持續(xù)，許多患者出現(xiàn)明顯的耐藥現(xiàn)象。一些患者對(duì)貝伐單抗后期的不應(yīng)答使得其病情反復(fù)，甚至嚴(yán)重惡化，這給臨床治療帶來了極大的困難。因此，緩解和克服貝伐單抗的耐藥問題將對(duì)腫瘤的臨床治療產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

3 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用

3.1 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞促進(jìn)腫瘤血管的生成 腫瘤血管是惡性腫瘤轉(zhuǎn)移的主要途徑，新生血管的生成需要多種細(xì)胞以及相關(guān)因子的參與[13]。研究發(fā)現(xiàn)，TAM通過分泌多種促血管生成因子，例如VEGF-A、表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF)、細(xì)胞因子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor β,TGF-β)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)等，促進(jìn)腫瘤血管的生成[14]。

TAM主要是通過分泌上述描述的促血管生成因子，進(jìn)而調(diào)控腫瘤新生血管生成[15]。在腫瘤低氧區(qū)域，TAM是VEGF-A的主要來源，研究表明巨噬細(xì)胞分泌的VEGF-A促進(jìn)血管分支形成，幫助腫瘤新血管的形成[4]。這一現(xiàn)象在缺氧的環(huán)境中更為加劇，缺氧條件下主要通過缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factors，HIF)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如HIF-1α能上調(diào)巨噬細(xì)胞的VEGF-A的分泌量，從而促進(jìn)新血管的生成[16]。同樣的，來自腫瘤微環(huán)境中其他類型的VEGF也有助于腫瘤血管生長(zhǎng)?；啄さ慕到馐悄[瘤新生血管生成的重要過程，而TAM可以分泌蛋白酶從而加速這一過程，進(jìn)而促進(jìn)新生血管的形成，這些蛋白酶包括基質(zhì)金屬蛋白酶2(matrix metalloproteinases 2,MMP-2)、MMP-9等[17]。此外，TAM釋放胸苷激酶磷酸化酶(TP)和尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)通過刺激ECs的遷移，增加血管的侵襲和ECM的降解，從而促進(jìn)腫瘤血管生成[16]?？偟膩碚f，這些證據(jù)表明TAM通過多種途徑參與腫瘤新生血管的形成。

3.2 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞促進(jìn)腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移 腫瘤轉(zhuǎn)移是指癌細(xì)胞從原發(fā)灶擴(kuò)散到周圍和遠(yuǎn)處的器官，TAM主要通過對(duì)腫瘤微環(huán)境的調(diào)控，從而來促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)，在缺乏局部血管生成的情況下，乳腺癌中腫瘤細(xì)胞的內(nèi)滲與血管周圍的巨噬細(xì)胞有關(guān)，這項(xiàng)研究支持了TAM刺激腫瘤轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)[18]。另外，在腫瘤微環(huán)境中，集落刺激因子1(colony-stimulating factor 1,CSF-1)表達(dá)會(huì)促使巨噬細(xì)胞的聚集和腫瘤轉(zhuǎn)移這一進(jìn)程的加快，在小鼠模型中，CSF-1的遺傳消融可以降低結(jié)腸癌的惡性程度[19]。除此之外，CSF-1和EGF的表達(dá)促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的遷移，而抑制兩者可以阻止這兩種細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[20]。TAM還可以通過分泌VEGF-C促進(jìn)腫瘤的遷移，研究發(fā)現(xiàn)VEGF-C可以間接的促進(jìn)淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移[21]。

在腫瘤細(xì)胞遷移與侵襲過程中，細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)是一道堅(jiān)實(shí)的“屏障”，而ECM的降解是腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。TAM通過分泌多種蛋白水解酶，進(jìn)而介導(dǎo)ECM降解和細(xì)胞與ECM間的相互作用，加速腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移[22]。另外，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞會(huì)分泌許多外泌體(exosomes)，這些外泌體被證明在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著巨大的作用。在胃腸癌腫瘤微環(huán)境中的M2型巨噬細(xì)胞會(huì)分泌大量含有載脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)的外泌體，而這些外泌體與ApoE被證明能夠通過激活PI3K-Akt通路并重排細(xì)胞骨架來促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移與侵襲[23]。以上這些證據(jù)均支持了TAM促進(jìn)腫瘤侵襲和遷移的觀點(diǎn)。

3.3 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞介導(dǎo)腫瘤的免疫抑制 多項(xiàng)研究表明TAM參與腫瘤的免疫抑制，例如M2型巨噬細(xì)胞可以通過釋放TGF-β和IL-10抑制T細(xì)胞的免疫反應(yīng)，使得腫瘤細(xì)胞能逃避免疫細(xì)胞的監(jiān)視[24]。另外有研究表明，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞通過產(chǎn)生IL-10將巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)為M2型巨噬細(xì)胞，而M2型巨噬細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)和腫瘤促進(jìn)的作用[25]。

雖然PD-1/PD-L1阻斷可以激活T細(xì)胞，但是這一過程對(duì)TAM的作用研究較少。在為數(shù)不多的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著腫瘤進(jìn)程的加重，TAM中PD-1的表達(dá)逐漸增加。研究人員通過體內(nèi)阻斷PD-1/PD-L1這一途徑發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞的吞噬增加，并且這一過程的阻斷抑制了腫瘤的生長(zhǎng)[26]。以上證據(jù)證明了TAM參與腫瘤的免疫抑制過程。

4 貝伐單抗耐藥機(jī)制的研究

目前，許多抗腫瘤藥物的原發(fā)性或獲得性耐藥性是癌癥治療中的一個(gè)常見問題。雖然對(duì)于貝伐單抗的耐藥已有一些研究，但具有普遍性的關(guān)鍵機(jī)制并未被闡明。目前研究較多的一些機(jī)制現(xiàn)介紹如下。

4.1 基因、代謝與血管擬態(tài) 隨著基因組測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的研究將其應(yīng)用在尋找潛在的分子靶標(biāo)等方面。研究人員通過利用血漿DNA全基因組測(cè)序評(píng)估了使用貝伐單抗治療的患者的腫瘤基因組，以確定與耐藥性相關(guān)的新畸變，結(jié)果顯示13q12.2擴(kuò)增子在貝伐單抗治療下出現(xiàn)且與其治療耐藥性相關(guān)[27]。這種新的耐藥機(jī)制的發(fā)現(xiàn)將有助于貝伐單抗在轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者中的治療。

在卵巢癌和乳腺癌細(xì)胞中，貝伐單抗耐藥的腫瘤細(xì)胞顯示糖酵解增加，研究表明使用抗血管生成藥物后，腫瘤的代謝表型會(huì)發(fā)生改變[28]。研究發(fā)現(xiàn)，去除膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的氧化磷酸化途徑會(huì)導(dǎo)致更多的糖酵解途徑和耐缺氧表型以誘發(fā)貝伐單抗難治性腫瘤，該項(xiàng)研究證明糖酵解是腫瘤細(xì)胞逃避抗血管生成治療的機(jī)制之一，并且提出抗糖酵解策略是克服貝伐單抗耐藥性的有希望的方法之一[29]。

腫瘤干細(xì)胞可以促進(jìn)腫瘤形成類似血管的管道結(jié)構(gòu)，即血管生成擬態(tài)(vasculogenic mimicry，VM)，相關(guān)研究認(rèn)為巨噬細(xì)胞也能促進(jìn)這一過程。這種管道結(jié)構(gòu)雖然和血管有著相似的功能，但在超微結(jié)構(gòu)上有著本質(zhì)的不同，研究表明VM發(fā)生于缺氧的環(huán)境中，骨髓特異性HIF-1α的特定基因缺失導(dǎo)致VM網(wǎng)絡(luò)形成減少。因此，HIF-1α可能是VM生成的關(guān)鍵性因素，并且可能與血管生成治療的耐藥性相關(guān)[30]。一項(xiàng)體外研究表明貝伐單抗在HCC1937乳腺癌細(xì)胞中未能抑制VM的生成[31]。同樣的，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，貝伐單抗在卵巢癌模型中表現(xiàn)出了抗腫瘤作用，但同時(shí)也加速了腫瘤的轉(zhuǎn)移，并且在接受短期治療的小鼠中出現(xiàn)了明顯的缺氧和VM形成[32]。這些結(jié)果共同表明，貝伐單抗的耐藥可能與VM的形成有關(guān)。

4.2 腫瘤微環(huán)境與缺氧 腫瘤微環(huán)境是腫瘤生存的必要條件，為腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、播散提供著必要的支撐，近年來其已成為抗腫瘤研究的新“寵兒”。目前最普遍研究的一個(gè)機(jī)制是腫瘤內(nèi)部的缺氧環(huán)境會(huì)影響貝伐單抗的治療效果，并與其耐藥有一定的聯(lián)系。目前普遍認(rèn)為使用抗血管生成藥物治療之后，腫瘤內(nèi)部的缺氧環(huán)境會(huì)被加重，主要表現(xiàn)為HIF-1α的量升高，而貝伐單抗與HIF-1α拮抗劑的聯(lián)用治療在裸鼠中取得了很好效果，說明腫瘤部位的缺氧環(huán)境與貝伐單抗的耐藥有一定的關(guān)系[33]。有一些研究表明，抑癌蛋白M和噬酸因子活化因子在缺氧的環(huán)境會(huì)被激活，進(jìn)而促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型極化，通過阻斷這兩種因子可以提高貝伐單抗的治療效果[34]。因此，對(duì)TAM的抑制可能是逆轉(zhuǎn)貝伐單抗耐藥的一個(gè)有效途徑。

5 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞參與貝伐單抗耐藥機(jī)制的研究

在早期的研究中發(fā)現(xiàn)抗血管生成治療后腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞增多，表明其可能參與了抗血管生成治療的逃逸，并且推測(cè)TAM或許是一種潛在的耐藥生物標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)[35]。這項(xiàng)研究揭示了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞與貝伐單抗耐藥性存在著一定的關(guān)聯(lián)。

進(jìn)一步，研究人員發(fā)現(xiàn)在貝伐單抗耐藥的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者標(biāo)本和兩個(gè)新的異種移植瘤模型中，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞增加，并且證實(shí)了貝伐單抗耐藥可能是由腫瘤邊緣巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)減少導(dǎo)致M2型巨噬細(xì)胞增殖擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)的，從而促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)[5]。同樣的，在晚期結(jié)直腸癌患者腫瘤組織中，增加TAM浸潤(rùn)可降低貝伐單抗聯(lián)合化療的療效，在接受貝伐單抗聯(lián)合化療的晚期結(jié)直腸癌患者中，腫瘤組織中TAM浸潤(rùn)可作為生物標(biāo)志物[10]。這些研究證明了TAM參與了貝伐單抗的耐藥，但是具體的機(jī)制尚不清楚。

最新的一項(xiàng)研究認(rèn)為TNF-α是M2b型巨噬細(xì)胞分泌的關(guān)鍵促腫瘤效應(yīng)分子，該研究證明了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞通過分泌TNFα和激活I(lǐng)DO1(吲哚胺2,3-雙加氧化酶1，indoleamine 2,3dioxygenase 1)從而參與貝伐單抗的耐藥機(jī)制，研究人員通過抑制TNF-α從而逆轉(zhuǎn)了貝伐單抗的耐藥[36]。

6 結(jié)語

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在貝伐單抗耐藥過程中起著關(guān)鍵性的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)為TAM在腫瘤的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移的過程中提供關(guān)鍵的細(xì)胞因子，尤其是可釋放一些促進(jìn)腫瘤血管生成、遷移、侵襲的因子。雖然已有相關(guān)研究證明了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞參與貝伐單抗的耐藥機(jī)制，但是確切的機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。因此，通過探討貝伐單抗耐藥過程中引起的相關(guān)細(xì)胞因子增多的機(jī)制，以及這些因子對(duì)TAM的調(diào)控作用，從而為緩解和克服貝伐單抗及其他抗體類藥物的臨床耐藥提供理論支持。