腫瘤相關巨噬細胞在腫瘤免疫治療中的意義和研究進展

李明哲，申亮亮，曲璇

1.陜西中醫藥大學，陜西 咸陽 712046；

2.空軍軍醫大學 a.基礎醫學院生物化學與分子生物學教研室；b.學員一旅八連，陜西 西安 710032

巨噬細胞廣泛存在于人體組織中，在人體內參與非特異性防衛（先天性免疫）和特異性防衛（細胞免疫）。其主要的來源包括單核細胞、早期T淋巴細胞和CD34造血干細胞等。不同的刺激因子對于巨噬細胞前體細胞的基因具有選擇性激活的作用，以此決定了巨噬細胞的表型及生理功能差異[1-2]。腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM）曾被認為是腫瘤轉移發展的幫兇，抑制其功能成為腫瘤免疫治療的主要研究方向。近年來研究者發現腫瘤組織中某些巨噬細胞激活后具有顯著的抑癌效應[3]，巨噬細胞又重新成為腫瘤免疫治療領域的研究熱點。

1 腫瘤相關巨噬細胞對腫瘤發生發展的影響

TAM是腫瘤間質中數量最多的細胞，占細胞總數的30%～50%。按照其表型和分泌的細胞因子的不同，可將TAM分為2種極化類型，即經典活化的M1型和替代性活化的M2型[4]。M1型TAM可高表達一氧化氮（NO）、活性氧（ROS）、白細胞介素（IL）12和23、主要組織相容性復合體（MHC）及參與免疫共刺激的B7分子，具有溶解腫瘤細胞、促進抗原提呈、激活Th1型免疫反應，進而提高對腫瘤細胞免疫殺傷的能力。與M1型TAM相反，M2型TAM具有促進腫瘤發生和發展的作用，同時由于其不能有效提呈抗原，會使T細胞免疫功能受到抑制[5]。

1.1 TAM與免疫抑制性腫瘤微環境

M2型TAM在腫瘤間質中大量存在，可以產生多種免疫抑制因子和趨化因子，通過減少抗原提呈和阻礙T細胞功能來抑制腫瘤免疫。TAM表達的一些細胞因子，尤其是轉化生長因子β（TGF-β）和IL-10是形成免疫抑制性腫瘤微環境的重要因素[6]。

TGF-β是一種具有免疫抑制功能的細胞因子，對自然殺傷（NK）細胞、樹突狀細胞（DC）、T細胞等免疫細胞的活性具有抑制作用。TGF-β能夠抑制NK細胞膜表面介導細胞毒性的促發受體NKp30和NKG2D，由此弱化NK細胞對腫瘤的免疫殺傷[7]。TAM表達的TGF-β可先于腫瘤細胞進入前哨淋巴結，誘導DC凋亡，阻斷DC抗原提呈功能，為腫瘤細胞的轉移營造出免疫抑制性微環境[8]。TGF-β可作用于細胞毒性T淋巴細胞（CTL）以抑制腫瘤細胞相關溶解因子的表達，包括顆粒酶A、顆粒酶B、穿孔素、γ干擾素（IFN-γ）、FAS等[9]。TGF-β還可通過誘導腫瘤細胞過表達IL-10以活化Th2同時抑制Th1的免疫活性，進而打破Th1/Th2的平衡，最終抑制對腫瘤細胞的免疫殺傷[10]。研究顯示，阻斷腫瘤微環境中TGF-β介導的信號通路，能夠增強免疫系統對腫瘤的殺傷作用[11]。

IL-10是M2型TAM表達的一種重要的免疫抑制因子。用IL-10處理黑素瘤細胞48～72 h能夠完全抑制自體CTL介導的HLA-A2.1限制性腫瘤細胞高達100%的特異性裂解[12]。以IL-10預處理抗原提呈細胞可阻斷粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）誘導的抗原提呈作用。然而以GM-CSF先于IL-10處理抗原提呈細胞，則不會影響GM-CSF誘導的抗原提呈作用。這表明，當暴露于GM-CSF之前發生IL-10處理時，IL-10似乎特異性地阻止GM-CSF誘導的抗原提呈細胞功能的成熟，但不能逆轉已建立的成熟狀態[13]。

1.2 TAM與促血管生成作用

M2型TAM對腫瘤血管生成有非常重要的作用。在多種腫瘤包括乳腺癌、神經膠質瘤、膀胱癌、前列腺癌等中，TAM的數量對腫瘤血管生成量有促進作用[5]。在整個過程中，TAM和腫瘤細胞表達的血管上皮生長因子（VEGF）、成纖維細胞生長因子（FGF1、FGF2）、血小板源生長因子（PDGF）、肝細胞生長因子（HGF）、胎盤生長因子（PIGF）、基質金屬蛋白酶（MMP-9、MMP-2）、IL-8、IL-1等細胞因子起重要的協同作用，其中以VEGF最為重要[14]。在低氧腫瘤微環境中，TAM會增加缺氧誘導因子（HIF-1、HIF-2）的表達[15-16]，而該因子的過表達可對上述VEGF等細胞因子的產生起促進作用[17-18]。研究顯示TAM有類似腫瘤干細胞的能力，可以促進原始脈管網絡的形成，這些管道在結構和功能上與血管、淋巴管不同但又有相似之處，稱非內皮“血管”或擬態血管（vascular mimicry，VM）[19]。低氧腫瘤微環境對VM的生成有重要的促進作用，當去除TAM髓系特異性HIF基因時，VM網絡的形成會大大減少，從而抑制腫瘤生長。TAM還可分泌多種促血管生成的酶類，如蛋白水解酶可通過降解細胞外基質而釋放大量促血管生成因子，這類因子與蛋白聚糖中的硫酸肝素、纖維蛋白、膠原片段等物質結合，產生促血管生成的作用[20]。

1.3 TAM與促淋巴管生成作用

淋巴管轉移是腫瘤發生轉移的重要方式，提示腫瘤預后不良。研究發現，巨噬細胞參與了炎癥環境下淋巴管的生成。Maruyama等發現CD11b+巨噬細胞可積聚于小鼠角膜基質并表達VEGF-C以促進小鼠角膜淋巴管生成[21]。研究認為巨噬細胞以2種不同方式支持淋巴管生成：①通過轉分化和直接摻入內皮層而促進淋巴管生成；②通過刺激先前存在的局部淋巴內皮細胞的分裂而促進淋巴管生成[22]。腫瘤微環境實質也是炎癥環境，臨床分析證實，腫瘤轉移區域淋巴結中TAM的數量與患者預后呈明顯負相關[23]。體外實驗將巨噬細胞和肺癌細胞共培養，可見肺癌細胞的侵襲能力顯著增高[24]。由此推斷TAM對腫瘤淋巴管的生成有重要的促進作用。

1.4 TAM與腫瘤增殖、侵襲及轉移

TAM可對腫瘤的增殖、侵襲及轉移產生重要的促進作用。它可通過表達如腫瘤壞死因子α（TNF-α）、IL-6、IL-11等炎癥因子激活核因子κB（NF-κB），活化轉錄激活因子STAT3，以增強腫瘤細胞的生存及增殖能力[25-26]。TAM表達的多種細胞因子，如TGF-β、MMP-9、HGF、堿性成纖維細胞生長因子（b-FGF）等也在腫瘤生長增殖過程中起相似的促進作用[14,27]。研究發現，TAM表達的某些因子的促腫瘤作用受腫瘤發展階段影響，如集落刺激因子1（CSF-1）對早期乳腺癌缺乏促進作用，而對晚期乳腺癌有顯著的促生長作用[28]。在腫瘤模型研究中，去除TAM可對多種腫瘤的生長產生抑制[29]。

TAM可表達降解細胞外基質的酶類，如尿激酶型纖溶酶原激活因子（uPA）、纖溶酶、MMP等。這些酶類降解細胞外基質，導致細胞鏈接強度減弱，從而易于腫瘤細胞侵襲和轉移。同時，腫瘤細胞外基質降解還會釋放肝素結合生長因子，促進腫瘤血管生成，對腫瘤侵襲及轉移提供輔助[30]。前文敘述的TAM對免疫微環境的抑制及對血管、淋巴管網生長的促進作用都為腫瘤的生長、增殖、侵襲及轉移提供了有利條件。可見TAM在腫瘤的不同發展階段都扮演著重要角色。

2 TAM在腫瘤免疫治療中的應用

隨著TAM在腫瘤發生、發展及免疫逃逸中的作用被逐漸發現，越來越多的研究關注TAM相關的腫瘤免疫治療。研究者著眼于抑制TAM的促腫瘤作用、增強TAM的腫瘤殺傷能力、靶向阻斷相關細胞通路轉導、逆轉M2型TAM為具有抗腫瘤活性的M1型TAM等方式，試圖找到腫瘤免疫治療的新途徑。

2.1 抑制TAM促腫瘤作用

研究發現，通過脯氨酰羥化酶3（PHD3）抑制劑可以穩定HIF-2α的表達，增加GM-CSF作用下TAM中高水平的可溶性血管內皮生長因子受體1（sVEGFR-1）的表達，中和并抑制VEGF的生物活性，從而抑制腫瘤的生長[31]。此外，通過抗IL-6單克隆抗體可阻斷TAM表達的IL-6源性CCL2、CXCL12及VECF的生成，從而抑制TAM的促腫瘤血管生成作用[32]。TAM可以表達CLL20，造成缺氧微環境，抑制NK細胞的免疫活性，而IL-15可以恢復NK細胞的免疫殺傷功能，阻止腫瘤細胞免疫逃逸[33]。NK細胞還可直接殺死TAM，改善預后[34]。CSF-1受體阻滯劑可以清除腫瘤組織中的TAM，但不影響單核細胞的免疫功能，以從根本上阻斷TAM的促腫瘤作用[35]。

2.2 增強TAM的腫瘤殺傷能力

在體外通過添加巨噬細胞集落刺激因子（MCSF）、胞壁酰二肽（MDP）等與巨噬細胞共培養，可激活并增強巨噬細胞免疫殺傷能力，再通過過繼性免疫治療的方法實現抗腫瘤的目的[36]。單克隆抗體治療腫瘤過程中TAM可以發揮巨噬細胞介導的抗體依賴的吞噬作用（ADCP）。研究顯示，抗CD142單克隆抗體治療腫瘤后，TAM表面表達FcγR，并可吞噬腫瘤細胞，而去除TAM后，抗CD142單克隆抗體的療效會被削弱[37]。基因改造可使巨噬細胞表達TGF-βRⅡ，中和并抑制TGF-β的免疫抑制作用，從而增強巨噬細胞的腫瘤免疫殺傷作用[38]。研究發現某些微生物制劑可以增強巨噬細胞的腫瘤殺傷能力，如卡介苗可以刺激巨噬細胞并增強其對部分膀胱癌的殺傷作用[3]。具體機制還不明確，但有研究發現卡介苗治療后，膀胱尿液中 IL-6、IL-12、TNF-α含量增高，可能成為激活巨噬細胞殺傷活性的證據[39]。

2.3 靶向阻斷相關細胞通路轉導

CD47/SIRP-α信號通路是腫瘤免疫逃逸的重要途徑。幾乎所有人類細胞表面都表達CD47，巨噬細胞可表達CD47的受體信號調節蛋白α（SIRP-α），并通過與CD47結合協助巨噬細胞區分正常細胞和異常細胞，而腫瘤細胞可以高表達CD47，以此實現免疫逃逸[40]。通過CD47的特異抗體可以阻止CD47和SIRP-α結合，從而增強巨噬細胞對腫瘤的免疫殺傷[41]。研究發現還可通過RNA干擾敲除腫瘤細胞表面的CD4，從而增強巨噬細胞對腫瘤的殺傷作用。基于此，研究者將一種由脂質體-魚精蛋白-透明質酸包被抗CD47-siRNA的納米顆粒遞送系統經靜脈注射給黑色素瘤小鼠，發現腫瘤被有效抑制[42]。有研究顯示，17β-雌二醇（E2）可阻斷ATP5J（又稱ATP酶偶合因子6）與TAM的雌激素受體β（ERβ）結合，進而阻斷JAK1-STAT6通路，起到巨噬細胞替代激活和腫瘤進展抑制劑的作用[43]。此外，DCR3、STAT3、Wnt和TLR4-NF-κB信號通路等也是抑制TAM促腫瘤作用的重要治療靶點[44]。靶向阻斷相關細胞通路轉導，為腫瘤免疫治療提供了重要思路。

2.4 逆轉M2型TAM為具有抗腫瘤活性的M1型TAM

逆轉M2型TAM為具有抗腫瘤活性的M1型TAM是靶向M2型TAM的抗腫瘤治療策略之一。消除或減少M2型TAM表達的誘因或利用某些方式逆轉TAM的表型，成為恢復巨噬細胞腫瘤殺傷能力的重要措施。逆轉TAM表型還可破壞腫瘤免疫抑制微環境、抑制腫瘤血管及淋巴管形成，最終達到抑制腫瘤增殖、侵襲及轉移的目的[45]。

研究發現納米氧化鐵對TAM的細胞毒性有促進作用，可以促進巨噬細胞表達ROS，還可以促進TAM向M1型極化，M1型TAM可以產生過氧化氫，與鐵離子發生氧化反應后產生高毒性羥基基團，增強巨噬細胞的腫瘤免疫殺傷[46]。

許多腫瘤可產生大量前列腺素E2（PGE2），其參與腫瘤進展及腫瘤誘導的免疫功能障礙。負責組織中PGE2生物滅活的關鍵酶是依賴于NAD（+）的15-羥基前列腺素脫氫酶（15-PGDH）。而許多腫瘤細胞的15-PGDH是有缺陷的，導致15-PGDH表達下調。通過腺病毒導入15-PGDH基因可使M2型TAM轉化為M1型TAM，從而達到抗腫瘤的目的[47]。

IL-12是一種可以促進巨噬細胞向M1型極化的細胞因子。研究發現，IL-12處理后的TAM中與促腫瘤相關的細胞因子，如TGF-β、IL-10、MCP-1、MIF等表達下調，而抗腫瘤相關細胞因子，如TNF-α、IL-15、IL-18則表達增加。同時，IL-12處理后的動物模型中原發及轉移腫瘤、脾臟及腹腔的巨噬細胞也有類似的轉化現象[48]。IL-12啟動這種功能轉換的能力可能有助于隨后的抗腫瘤免疫應答的早期發揮。應用陽離子聚合劑，如聚乙烯亞胺，可以通過TLR-4信號通路逆轉TAM的M2表型為M1型，并促進IL-12的產生，起到抗腫瘤作用[32]。

CD40是抗原提呈細胞（包括巨噬細胞）的重要激活因子。用激動性CD40抗體處理胰腺導管腺癌（PDA）后，巨噬細胞迅速滲入腫瘤，并轉化為具有殺傷腫瘤活性的巨噬細胞，促進腫瘤基質消耗以抑制腫瘤的發展[49]。

3 結語

TAM是腫瘤進展及腫瘤免疫抑制微環境的關鍵樞紐，在腫瘤的發生、發展、侵襲和轉移中扮演重要角色。特異的腫瘤微環境誘使TAM向著利于腫瘤生存的表型即M2型發展。M2型TAM違背了機體免疫屏障的職能，表達免疫抑制因子、趨化因子、促血管及淋巴管生成相關因子，反而促進腫瘤的生長和轉移。針對TAM的免疫治療著眼于抑制TAM的促腫瘤作用、增強TAM的腫瘤殺傷能力、靶向阻斷相關細胞通路轉導、逆轉M2型TAM為具有抗腫瘤活性的M1型TAM等方式，力求在TAM相關腫瘤治療方案中取得進展。目前已有很多基于TAM的腫瘤免疫學研究正在進行，但這些研究大都還沒有應用于臨床。隨著基于腫瘤免疫和腫瘤微環境的深入研究，相信今后TAM相關研究可以為腫瘤的臨床治療提供重要的理論依據和可行的治療途徑。