腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在腫瘤放射治療中的研究進(jìn)展

吳卓超，黃朝暉

0 引言

腫瘤的發(fā)生發(fā)展不僅受腫瘤細(xì)胞本身控制，還與其所處的特定環(huán)境，即腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment,TME）密切相關(guān)。TME是由腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、微血管及腫瘤組織局部生物分子等共同組成。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor associated macrophage,TAM）是TME中數(shù)量最多的免疫細(xì)胞之一，可以通過多種不同機(jī)制影響腫瘤發(fā)生發(fā)展，并有望成為新的腫瘤治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤放射治療可以改變TAM的表型和活性，進(jìn)而影響治療療效，且不同放療方案可對TAM產(chǎn)生不同的影響，因此有必要深入揭示TAM在腫瘤放療中扮演的復(fù)雜角色[1-4]。本文對TAM在腫瘤放療中的研究進(jìn)展作一簡要綜述，明確不同腫瘤放療方案對TAM表型/功能的影響，以期為從TAM角度改善腫瘤放療療效提供參考。

1 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞簡介

1.1 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的起源和分類

TAM主要來源于血循環(huán)中單核細(xì)胞。骨髓來源的單核細(xì)胞在被招募到腫瘤部位后，在TME“孵育”下，發(fā)育分化為TAM。然而，新近研究發(fā)現(xiàn)TAM也可來源于胚胎巨噬細(xì)胞[5]。TAM是一群可塑性極強(qiáng)的混合表型細(xì)胞?；罨木奘杉?xì)胞通常可分為經(jīng)典激活的巨噬細(xì)胞（M1型）和替代激活的巨噬細(xì)胞（M2型）。與此相對應(yīng)，TAM也可主要分為M1或M2樣的兩個(gè)亞群（本文以M1/M2 TAM表示）；M1型TAM通常發(fā)揮促炎和抑制腫瘤活性，而M2型TAM常發(fā)揮促癌活性。影響TAM極化的因素非常復(fù)雜，TME中多種細(xì)胞或因子及穩(wěn)態(tài)失衡因素（如缺氧）等均可以調(diào)控TAM的極化。在特定信號刺激下，TAM的M1和M2亞型可互相轉(zhuǎn)化，因此可以通過誘導(dǎo)TAM向M1型極化從而恢復(fù)其抗腫瘤活性。

1.2 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展

1.2.1 調(diào)控腫瘤血管和淋巴管新生 血管新生是腫瘤能夠持續(xù)生長的前提。當(dāng)生長超過一定體積，腫瘤就會打開“血管生成開關(guān)”，通過多種不同機(jī)制形成高密度的脈管結(jié)構(gòu)，以增加營養(yǎng)輸送和代謝廢物輸出能力。TAM不僅可以分泌VEGF等多種因子來促進(jìn)腫瘤血管新生，還可通過分泌細(xì)胞外囊泡來調(diào)控血管新生[6]。抑制巨噬細(xì)胞向腫瘤組織浸潤可以顯著延遲血管生成開關(guān)打開和腫瘤進(jìn)展。此外，TAM還可以促進(jìn)已經(jīng)存在的血管產(chǎn)生更多的支路，并誘導(dǎo)血管滲漏，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞播散。

淋巴管新生也是促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的重要機(jī)制之一。研究發(fā)現(xiàn)，TAM可通過分泌VEGF、CCL22等因子，促進(jìn)腫瘤淋巴管新生和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移；清除巨噬細(xì)胞可以顯著削弱腫瘤淋巴管表型，進(jìn)而抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移[7]。此外，TAM可通過Podoplanin與淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞來源的GAL8結(jié)合，激活整合素β1，最終促進(jìn)淋巴管新生和腫瘤播散[8]。

1.2.2 直接調(diào)控腫瘤生長和轉(zhuǎn)移 TAM可以分泌大量有絲分裂因子及生長因子，進(jìn)而調(diào)控腫瘤細(xì)胞NF-κB、IL6/STAT3、JAK1/STAT1、EGF/EGFR等信號通路，促進(jìn)腫瘤生長。M2型TAM可調(diào)控腫瘤轉(zhuǎn)移各個(gè)環(huán)節(jié)[9]，除了誘導(dǎo)血管和淋巴管新生促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移以外，還可以誘導(dǎo)和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞從血管中外滲、調(diào)控腫瘤細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換、誘導(dǎo)癌前轉(zhuǎn)移微環(huán)境的形成及促進(jìn)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的生存。

1.2.3 誘導(dǎo)形成免疫抑制性TME TAM是抑制抗腫瘤免疫，誘導(dǎo)形成免疫抑制性TME的關(guān)鍵因素之一。TAM可以表達(dá)或分泌多種免疫抑制因子和趨化因子（如IL-10、TGF-β、PD-L1、CCL17、CCL18和CCL22），抑制細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞的趨化/活性，或促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞等免疫抑制性細(xì)胞向腫瘤組織的趨化，或通過抑制抗原提呈等機(jī)制來抑制適應(yīng)性免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)形成免疫抑制性TME，促進(jìn)腫瘤免疫逃逸和進(jìn)展。

1.2.4 調(diào)控腫瘤耐藥 化療耐藥是導(dǎo)致腫瘤治療失敗的重要原因。一方面，TAM可通過分泌生長因子等物質(zhì)，調(diào)控細(xì)胞死亡相關(guān)通路，促進(jìn)化療耐藥；另一方面，化療也可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞向腫瘤組織的浸潤，如TAM可以分泌IL-6，激活腫瘤細(xì)胞STAT3信號，進(jìn)而促進(jìn)化療耐藥[10]。缺氧可以誘導(dǎo)TAM表達(dá)二氫嘧啶脫氫酶，導(dǎo)致結(jié)直腸癌細(xì)胞對5-氟尿嘧啶耐藥[11]。TAM可分泌14-3-3ζ和嘧啶類物質(zhì)增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞對吉西他濱的耐藥[12-13]。TAM還能通過分泌外泌體，輸送特定微小RNA（如miR-223和miR-365）進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，誘導(dǎo)其發(fā)生化療耐藥[14-15]。此外，TAM還參與調(diào)控腫瘤內(nèi)分泌治療、靶向治療及免疫治療耐藥。

2 腫瘤放療及其誘導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)

腫瘤放療是利用放射線殺傷腫瘤的一種局部治療方法，超過一半類型的癌癥患者需要接受放療。放療不僅能直接殺傷腫瘤細(xì)胞，也可以通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和TME影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

2.1 放療對腫瘤細(xì)胞的直接殺傷作用

放射線可直接誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞DNA損傷，引起細(xì)胞凋亡、壞死、有絲分裂障礙或復(fù)制性衰老。不同組織器官及腫瘤類型放射敏感度不同。此外，腫瘤細(xì)胞的增殖周期、病理分級、細(xì)胞分化程度、腫瘤細(xì)胞的氧含量等均可影響放射敏感度。

2.2 放療的免疫調(diào)節(jié)作用

放療還能通過調(diào)控TME，發(fā)揮局部乃至全身的免疫調(diào)節(jié)作用，影響腫瘤進(jìn)展。根據(jù)不同放療方案，不同腫瘤和健康組織對放射敏感度差異，放療可以誘導(dǎo)不同的免疫反應(yīng)，如放療可激活炎癥信號，促進(jìn)樹突狀細(xì)胞（dendritic cell,DC）、T、NK和M1巨噬細(xì)胞殺死腫瘤細(xì)胞；放療還能通過改變腫瘤組織血管結(jié)構(gòu)、增加黏附分子和趨化因子表達(dá)影響免疫細(xì)胞在腫瘤中的浸潤，例如短程新輔助放療可誘導(dǎo)直腸癌細(xì)胞分泌富含HMGB1的細(xì)胞外囊泡，調(diào)控TAM向M1型極化，增強(qiáng)抗腫瘤免疫[1]。對胰腺癌的原位低劑量新輔助放療可誘導(dǎo)TAM向iNOS+M1巨噬細(xì)胞極化，逆轉(zhuǎn)腫瘤抑制性TME[16]。

腫瘤的局部照射，尤其是當(dāng)其與免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)用時(shí)，常?？烧T導(dǎo)放射路徑外遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移灶的反應(yīng)，即遠(yuǎn)隔效應(yīng)[17]，例如受照射TME可分泌炎癥因子誘導(dǎo)DC和巨噬細(xì)胞等遷移到轉(zhuǎn)移灶等非照射部位，發(fā)揮抗腫瘤免疫功能，清除未受照射的癌細(xì)胞[18-19]。

此外，放療也可參與激活免疫抑制和誘導(dǎo)放射抗性，如輻射會激活TGF-β信號，通過CCL2和CSF1等信號誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和骨髓來源的抑制性細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cell,MDSC）向腫瘤組織的趨化和浸潤，最終誘導(dǎo)免疫抑制性TME，降低腫瘤細(xì)胞的放射敏感度。

2.3 放療調(diào)控腫瘤血管生成

不同劑量輻射對腫瘤血管的作用不同。低劑量輻照（low doses of irradiation,LDI）（＜2 Gy）可以刺激血管新生，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。有研究提示超過5 Gy的短程放療會降低血管密度[20]，而高劑量輻照（high dose of irradiation,HDI）（＞8 Gy）常常誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，從而抑制血管生成[21]。雖然中高劑量放療通常促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡和血管炎性反應(yīng)，但Moeller等報(bào)道放療（3×5 Gy）可激活腫瘤細(xì)胞HIF-1α信號，進(jìn)而分泌VEGF和bFGF，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞存活，最終誘導(dǎo)放療抗性[22]。

HDI可以誘導(dǎo)MDSC、巨噬細(xì)胞和骨髓來源DC進(jìn)入照射區(qū)域，其中MDSC和巨噬細(xì)胞主要參與血管生成并促進(jìn)腫瘤再生長，而骨髓來源DC則主要參與放療后的血管重建[23]。輻射還能通過調(diào)控腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞和肥大細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤血管新生[23]。

3 放療對腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞表型的影響

免疫細(xì)胞放射敏感度取決于其譜系、成熟度和激活狀態(tài)。與其他免疫細(xì)胞相比，TAM放療敏感度差[21]。放療對TAM以及免疫系統(tǒng)的影響與其作用方式和劑量密切相關(guān)，見圖1。

3.1 LDI對TAM表型的影響

LDI（＜2 Gy）通常難以直接殺傷腫瘤細(xì)胞，但可通過誘發(fā)炎性反應(yīng)、激活先天免疫和DNA修復(fù)等適應(yīng)性反應(yīng)間接影響腫瘤進(jìn)展。在LDI下TAM更傾向于向M2型極化。M1型巨噬細(xì)胞經(jīng)LDI（0.5～2 Gy）后，iNOS水平減低，NF-κB活性受到抑制，導(dǎo)致IL-1β分泌減少以及TGF-β表達(dá)增加，細(xì)胞向M2型極化[2,24]。LDI（0.5～0.7 Gy）處理會誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表達(dá)MAPK磷酸酶（MPK1），進(jìn)而促進(jìn)ERK 1/2 和p38 MAPK去磷酸化，抑制TNF-α、IL-1β等炎性反應(yīng)因子的表達(dá)[24]。

LDI在體內(nèi)誘導(dǎo)更為復(fù)雜的巨噬細(xì)胞應(yīng)答。全身照射（whole-body irradiation,WBI）在不同品系的老鼠中可引起類似的抗腫瘤效應(yīng)，但其具體機(jī)制尚有待研究。如BALB/c小鼠表現(xiàn)為Th2/M2免疫表型，而C57BL/6小鼠表現(xiàn)為Th1/M1表型；但低劑量的WBI（0.01～0.1 Gy）在這兩個(gè)品系小鼠中均能增強(qiáng)NK和巨噬細(xì)胞的免疫活性，抑制腫瘤轉(zhuǎn)移[25]。

3.2 中等劑量輻照對TAM表型的影響

中等劑量輻照（moderate dose of irradiation,MDI）（2～8 Gy）通常誘導(dǎo)TAM向M1型極化。分離的直腸癌組織勻漿經(jīng)2 Gy γ射線照射后，其中的M2型TAM比例減少，TNF-α+和iNOS+TAM（M1型）水平升高[1]。在直腸癌組織中，MDI可以使TAM極化為M1樣表型，其吞噬作用顯著增強(qiáng)，并通過分泌TNF-α和iNOS等因子，以及激活T細(xì)胞等機(jī)制發(fā)揮抗腫瘤作用[26]。針對胰腺癌的原位新輔助放療（2 Gy）也誘導(dǎo)TAM向iNOS+巨噬細(xì)胞極化，進(jìn)而招募細(xì)胞毒性T細(xì)胞到腫瘤組織，恢復(fù)抗腫瘤免疫應(yīng)答[16]。胰島素瘤荷瘤小鼠經(jīng)WBI（2周，2 Gy/周）后，TAM向M1表型轉(zhuǎn)換[27]。

3.3 HDI對TAM表型的影響

HDI（＞8 Gy）通常促進(jìn)TAM向M2型極化。運(yùn)用不同策略抑制TAM產(chǎn)生的VEGF均可顯著增強(qiáng)HDI對小鼠黑色素瘤移植瘤的療效[28]。利用前列腺癌移植瘤模型，Tsai等發(fā)現(xiàn)HDI（25 Gy或4×15 Gy）照射后，TAM通過增加COX-2、iNOS和Arg-1的分泌促進(jìn)腫瘤生長[3]。HDI（3×20 Gy）照射的腫瘤細(xì)胞能激活巨噬細(xì)胞NF-κB p50，促進(jìn)其M2型極化；阻斷NF-κB p50后，TAM維持在M1型并發(fā)揮放療增敏作用[4]。10 Gy輻照可促進(jìn)直腸癌和胰腺癌移植瘤分泌CSF1，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞趨化、浸潤和向M2型極化，抑制放療誘導(dǎo)的適應(yīng)性免疫和腫瘤對免疫檢查點(diǎn)抑制劑的應(yīng)答[29]。Okubo等發(fā)現(xiàn)12 Gy輻照可導(dǎo)致小鼠口腔癌消退，但幾周后腫瘤重新生長，其機(jī)制為照射導(dǎo)致腫瘤脈管破壞和缺氧，進(jìn)而誘導(dǎo)CD11b+髓系細(xì)胞向腫瘤的趨化和M2型極化，最終促進(jìn)血管新生和腫瘤復(fù)發(fā)[30]。

4 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞對放療療效的影響腫瘤相關(guān)巨細(xì)胞

TAM主要通過調(diào)控抗腫瘤免疫影響放療效果。TAM尤其是M2型TAM，可以抑制腫瘤放療療效；在多種腫瘤中，TAM數(shù)量可作為預(yù)測放療療效的潛在標(biāo)志物[31-33]。早期研究發(fā)現(xiàn)，放療前清除巨噬細(xì)胞或阻斷TNF-α信號均顯著增強(qiáng)HDI對小鼠黑色素瘤移植瘤的療效[28]。放療可以通過誘導(dǎo)IL-4或CSF1信號，促進(jìn)巨噬細(xì)胞浸潤和（或）M2型極化；阻斷IL-4或CSF1信號均能增強(qiáng)放療療效[34-36]。M2型巨噬細(xì)胞來源的外泌體AGAP2-AS1可以增強(qiáng)肺癌對放療的抗性[37]。TAM分泌的外泌體也可以增強(qiáng)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞侵襲的存活能力，降低其放射敏感度。MDI照射后的乳腺癌細(xì)胞分泌HMGB1，進(jìn)而通過TLR-4通路促進(jìn)TAM向M1型極化和TNFα的表達(dá)，抑制裸鼠非照射部位乳腺癌細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移，促進(jìn)放療的遠(yuǎn)隔效應(yīng)[38]，這與TAM來源的TNFα可促進(jìn)腫瘤放療耐受的其他報(bào)道不一致[28]；這是由于腫瘤類型的差異，還是TNFα在照射或未照射腫瘤組織發(fā)揮不同功能所致，尚有待進(jìn)一步研究。新近研究發(fā)現(xiàn)，抑制TAM的SIRPα表達(dá)可顯著增強(qiáng)多種腫瘤放療療效；放療激活的SIRPa-/-巨噬細(xì)胞主要通過誘發(fā)炎性反應(yīng)和抗原提呈，激活腫瘤特異性的T細(xì)胞應(yīng)答，逆轉(zhuǎn)放療抗性，并能誘發(fā)持久的體液和細(xì)胞免疫，清除癌細(xì)胞[19]。

放療會通過破壞脈管結(jié)構(gòu)等促進(jìn)腫瘤組織缺氧。缺氧會增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞HIF-1α水平，通過促進(jìn)血管新生等機(jī)制誘導(dǎo)輻射抗性，導(dǎo)致不良預(yù)后。此外，缺氧腫瘤細(xì)胞還可表達(dá)SDF-1α等趨化因子，募集外周TAM（主要為M2型）至缺氧區(qū)，進(jìn)而誘導(dǎo)血管新生和刺激腫瘤生長[39]，阻斷SDF-1α/CXCR4或HIF-1α均可以抑制腫瘤放療后的復(fù)發(fā)[40]。TAM通過TNFα/TNFR信號軸誘導(dǎo)VEGF表達(dá)，促進(jìn)輻射后黑色素瘤的再次生長并增加了其輻射抗性[28]。Cai等發(fā)現(xiàn)，抗癲癇藥丙戊酸或其衍生物可以誘導(dǎo)TAM向M1型極化，促進(jìn)其分泌IL-12、IL-6、TNFα、IFN-γ等細(xì)胞因子，進(jìn)而抑制腫瘤血管新生，激活CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫，最終增強(qiáng)放療療效[41]。

5 總結(jié)

TAM是TME中的主要免疫細(xì)胞，與放療療效密切相關(guān)，針對TAM的療法已經(jīng)成為腫瘤研究的新熱點(diǎn)。腫瘤放療后免疫系統(tǒng)的激活和抑制之間存在微妙的平衡，不僅與腫瘤自身特性有關(guān)，還取決于放療方案。因此，如何針對不同類型腫瘤，設(shè)計(jì)最佳放療劑量和分割方案，在直接殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，誘導(dǎo)TAM向M1型極化以及其他抗腫瘤免疫效應(yīng)，最大限度抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移，將成為腫瘤精準(zhǔn)放療的內(nèi)涵之一。另一方面，如何根據(jù)不同類型腫瘤特性，設(shè)計(jì)個(gè)性化TAM靶向治療，并與放療等聯(lián)用，發(fā)揮協(xié)同抗癌作用，雖已經(jīng)顯示了誘人的前景，但仍然需要進(jìn)一步的機(jī)制探索和臨床試驗(yàn)驗(yàn)證。