腫瘤相關巨噬細胞的作用綜述

王一晨，楊文山，董憲喆，胡 園

1 解放軍總醫院醫療保障中心 藥劑科，北京 100853；2 首都醫科大學宣武醫院 藥學部，北京 100053

2018 年，全世界約有210 萬新增肺癌病例，180 萬例死亡；排在第2 位的是乳腺癌，每年同樣有近210 萬新增確診患者，死亡率為6.6%；后面依次為前列腺癌、結腸癌、非黑色素瘤、胃癌等[1]。在發達國家，肺癌、結直腸癌、乳腺癌和前列腺癌的發生率最高，而在發展中國家，胃癌、肝癌、食管癌和宮頸癌的發生率居于前列[2]。由于人口增長及老齡化等原因，癌癥發生率將在全球范圍內持續增長。探討癌癥的發生機制，創新治療策略以挽救患者，成為當前醫學界關注的焦點問題之一。癌癥發生普遍被認為是一個多步驟、多因素驅動的進行性發展的過程，涉及新的癌細胞集落的傳播、侵襲、存活和生長的改變，這些細胞集落由細胞內和細胞間信號轉導級聯的網絡調節，機制比較復雜[3]。單核細胞被腫瘤細胞或間質細胞產生的化學因子、細胞因子、生長因子招募后進一步分化，產生了腫瘤相關巨噬細胞(tumorassociated macrophage，TAM)[4-5]。長期以來，TAM被歸類為免疫細胞的一種，具有抗腫瘤作用，而隨著研究越來越深入，人們發現它在腫瘤進展中也發揮至關重要的作用[6]。

1 TAM 極化與分型

巨噬細胞源自髓細胞系、卵黃囊、胎兒肝祖細胞的胚胎前體或造血起源的單核細胞前體，具有良好的增殖能力[7-8]。按照鏡像命名法，巨噬細胞被分為兩大類，功能狀態譜的兩個極端[9]：1)在IFN-γ (interferon-γ)、LPS (lipopolysaccharide)、TNF-α (tumor necrosis factor-α)等刺激下可分化為經典活化巨噬細胞(M1 表型)。M1 巨噬細胞產生炎癥和免疫刺激細胞因子，觸發適應性反應，分泌活性氧(reactive oxygen species，ROS)和氮中間體，參與宿主先天防御，并對轉化細胞具有細胞毒性作用，主要參與Th1 型免疫應答，抵御病原體入侵，監視腫瘤病變，因而被視為抗腫瘤或“良好”的巨噬細胞[10-11]。2)在輔助性T 細胞2 分泌的白細胞介素(IL-4、IL-10 和IL-13)誘導下分化為替代活化型巨噬細胞(M2 表型)。M2 表型對輔助性T 細胞2 所介導的涉及體液免疫、傷口愈合和組織重塑的免疫反應至關重要[10]。另外，M2 型產生生長因子，使組織修復和血管生成激活，具有高清除活性，可抑制適應性免疫應答，因而被視為促腫瘤的“不良”巨噬細胞[12]。M2 表型又可細分為M2a、M2b 和M2c 三個亞組，M2a 巨噬細胞由IL-4 或IL-13 引發，M2b 巨噬細胞被免疫復合物Toll 樣受體(toll-like receptor，TLR)和IL-1Ra極化，M2c 巨噬細胞受IL-10、轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)和糖皮質激素的刺激[13]。基于廣泛研究提出，腫瘤微環境(tumor microenvironment，TME)中的TAM 大多極化為抗炎巨噬細胞(M2 表型)，除了能促進腫瘤血管形成、生長、各種免疫抑制細胞因子的表達外，還具有提升IL-10、TGF-β 和高精氨酸酶-1 的活性、激發細胞表面標志物表達的潛能[14-15]。而這與M1 型巨噬細胞分泌的包括TNF-α、IL-1b 和IL-12 在內的多數促炎介質功能相反[16]。

TAM 可由不同的亞群組成具有不同功能的腫瘤區域。在胃癌患者病理組織檢測中發現TAM 主要分布在：1)癌巢周圍(特別是黏膜內)；2)癌組織壞死灶周圍；3)癌組織小血管周圍和纖維間質[17]。TAM 通過調節趨化因子、生長因子和清道夫受體的表達參與腫瘤進展，腫瘤細胞通過釋放各種細胞因子調節TAM 極化。清道夫受體CD163和CD206 作為細胞表面標志物在M2 型TAM 中高表達，被認為可用于區分M2 表型與其他M1 表型巨噬細胞[18-19]。Notch 信號轉導通路作為一種高度保守的信號轉導途徑，涉及包括增殖、血管生成、缺氧、腫瘤干細胞活性和上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transformation，EMT)等多個細胞生物學過程，也可參與誘導TAM 極化[20-22]。TLR 的配體(如LPS 或IFN-γ)可誘導巨噬細胞極化為M1 表型，促進炎癥反應，殺傷腫瘤細胞；輔助型T 細胞2(T helper 2，Th2)的細胞因子(如IL-4或IL-13)可刺激巨噬細胞轉化為M2 表型，抑制炎癥反應并促進腫瘤的進展[23]。另外，Akt/mTOR通路受到抑制后可誘導巨噬細胞向M1 型極化；相反地，激活Akt/mTOR 通路可導致M2 型極化，從而抑制促炎因子的分泌[24]。在腫瘤微環境中，各種轉錄因子如IRF-4、Stat6、PPAR-γ、內皮素-2、VEGF-A 和EMAPⅡ都能對替代活化M2 型巨噬細胞產生調控作用[25]。TAM 在腫瘤進展期的表型是可調節的，在初期與M1 型相似，進展到晚期則多轉變為M2 型[26]。此外，因為不產生促進腫瘤細胞增殖的物質，TAM 主要通過促進腫瘤的侵襲來增加細胞外基質和基膜的降解，由此可見TAM 的浸潤程度與腫瘤進展密切相關[27]。

2 TAM 和腫瘤微環境的關聯

腫瘤微環境由多種細胞，各種化學因子、細胞因子，酶類以及胞外基質形成。TME 中細胞種類繁多，包括TAM、癌癥相關成纖維細胞(cancer associated fibroblasts，CAF)、組織特異性間葉細胞、內皮細胞、固有及特異性免疫細胞、腫瘤浸潤淋巴細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、骨髓來源抑制細胞、細胞因子和細胞外基質[3,28-29]。腫瘤與TME 的關聯始于其生長早期并存在于整個發展過程[30-31]。TME 對腫瘤進展的貢獻很大程度上依賴于定居在內的“居民”[32-33]。TME 內異質細胞對腫瘤初始形成至關重要。CAF 代表TME 內的大多數基質細胞，可分泌膠原蛋白和細胞因子等，有助于形成細胞外基質的結構框架[34-35]。細胞外基質被證實為引發早期胃癌淋巴結轉移的獨立危險因素[36]。髓源性抑制細胞(myeloid inhibitory cell，MDSC)是一種多樣的骨髓祖細胞，它可以產生精氨酸酶1(arginase 1，ARG1)促進腫瘤細胞生長并抑制免疫細胞功能。活化T 細胞和Treg 細胞亞群可在細胞表面表達細胞毒性T 淋巴細胞相關蛋白4(CTLA-4，CD152)，這種蛋白能夠作為免疫檢查點分子，下調T 細胞并抑制抗腫瘤反應[37]。TAM 促進腫瘤發生可以通過以下幾種途徑：1)釋放許多血管生成因子，包括刺激腫瘤內血管生成的血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)和堿性成纖維細胞生長因子；2)TAM 分泌許多信號分子、生長因子和基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，從而激活腫瘤細胞上皮-間質轉化，侵襲和轉移[38]；3)TAM 有助于TME 中IL-10 和TGF-β高水平表達[39]，同時還表達一些低水平的炎性細胞因子(如 IL-1， IL-6、 IL-12 和 TNF-α)，響應來自TME 的刺激[40]，通過各種細胞因子的作用促進腫瘤干細胞的形成和維持；4)TAM 負調節細胞毒性效應細胞[7]，如CD8+、NK 和NKT 細胞，并通過細胞因子、代謝酶與表面受體相互作用，促進免疫抑制性Treg 細胞和MDSC 的擴增。

作為TME 的一員，TAM 的生物活性會受到TME 中各種化學物質影響。LPS、IFN-γ 和GMCSF 通過轉錄因子Stat1、IRF1 或IRF5 起作用，以誘導促炎因子、誘導型一氧化氮合酶、抗腫瘤細胞因子和趨化因子的產生，刺激M1 型TAM活化[15]。腫瘤來源的IL-4、IL-13、IL-10、M-CSF和乳酸，通過轉錄因子Stat3/6、Klf2/4 和IRF3/5的作用激活精氨酸酶依賴性精氨酸代謝，促進M2 型TAM 的活化[41-43]。TME 中非受體酪氨酸激酶FAK 受到抑制會減少CAF 的募集和遷移，它是巨噬細胞遷移的關鍵調節因子[44-45]。鄒奇[46]研究發現抑癌基因VPS33B 的表達與巨噬細胞免疫浸潤呈負相關，它能降低ANXA2 的表達來調控趨化因子通路，從而調控TME 中TAM 的趨化水平，影響患者預后。吳昊[47]證實通過敲低LncRNA NR028 的表達，會使M2 型巨噬細胞促胃癌細胞轉移的功能減弱。另有研究發現，B、T淋巴細胞衰減因子(B-and T-lymphocyte attenuator，BTLA)與巨噬細胞的表達呈正相關。阻斷BTLA可以顯著阻斷巨噬細胞對T細胞增殖的抑制[48]。另外，對PD-L1 的阻斷可以顯著阻斷單核-吞噬細胞對T 細胞增殖的抑制[49]。張艷青等[50]發現TGF-β1 下調miR-155 的表達，巨噬細胞會趨向M2型活化，另一方面miR-155 的下調可使TGFBRⅡ表達增加，增強TGF-β1 對巨噬細胞的調節效應。相關報道稱，信號通路如Stat3、Wnt、NF-κB 也參與腫瘤微環境的調節，影響腫瘤進展[51-52]，具體機制尚待證實。

3 TAM 促進腫瘤細胞侵襲性

腫瘤細胞的浸潤轉移包括三個階段：1)腫瘤細胞之間的解黏附作用和腫瘤細胞與細胞外基質之間黏附作用；2)腫瘤細胞與宿主細胞分泌蛋白水解酶，使腫瘤細胞周圍的基質發生降解；3)腫瘤細胞與原基質成分發生解黏附作用，通過腫瘤細胞的侵襲性及移動性結合前方新的基質成分形成轉移灶[53]。上述過程涉及多種黏附因子、水解酶、金屬蛋白酶的代謝以及細胞運動、淋巴生成轉移等機制[54]。TAM 可分泌生長因子如表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、VEGF[55]、PDGF 以及CXCL 和CCL 家族趨化因子、基質降解酶等成分[51]。其中VEGF-C 由M2 型TAM 表達，可促進結節淋巴管的生成[56]。在CCL 家族的CCL2 能將炎癥單核細胞中的CCR2 募集到腫瘤組織中[57-58]。活性CCL5 通過結合趨化因子受體CCR1、CCR3 和CCR5 介導TAM 募集也能促進淋巴結轉移[59]。侵襲和轉移的關鍵步驟是蛋白酶對基膜的破壞，TAM 通過分泌基質蛋白、基質重塑酶、蛋白酶、組織蛋白酶及趨化因子這些活性物質對正常組織間質消化和重塑，輔助腫瘤細胞的惡性行為[7,11]。岳文莉等[60]證實在晚期腫瘤微環境中巨噬細胞由會M1 型向M2 型轉化，不僅失去了殺傷腫瘤細胞的作用，而且幫助腫瘤細胞發生免疫逃逸及免疫抑制作用，促進腫瘤的侵襲和轉移。MMP 屬于廣泛參與細胞外基質降解的重要蛋白酶，能夠降解基膜以及細胞外基質，進而破壞細胞屏障。M2 型TAM 上調癌細胞中MMP-2、MMP-9 的表達，提高癌細胞增殖活性，促進其侵襲 與遷移[61]。

4 TAM 與腫瘤免疫

形成免疫抑制性微環境是免疫逃逸機制的一種。腫瘤免疫抑制性微環境主要由免疫抑制分子、基質成分、抑制性的免疫細胞以及相關免疫抑制性細胞因子構成。其中免疫抑制性細胞主要包括TAM、調節性T 細胞、MDSC、癌癥相關CAF 等，在腫瘤發生過程中發揮強大的作用。調節性T 淋巴細胞(簡稱Tregs)可誘導效應細胞凋亡、細胞溶解以及局部免疫耐受，在自身免疫、癌癥和代謝性炎癥中發揮作用[62-64]。MDSC 能夠干擾機體先天免疫功能，抑制免疫細胞應答[65-66]。癌癥相關CAF 不僅刺激腫瘤細胞增殖，還調節腫瘤中免疫細胞的功能介導炎癥反應[67]。TAM 受TGF-β 誘導表達朝向M2 型分化[68]，同時抑制CD4+T 細胞增殖，阻止T 細胞對腫瘤細胞攻擊；同時分泌生長因子滋養腫瘤細胞，促進腫瘤組織血管生成[65]。IL-10 是與癌癥相關的有效免疫抑制細胞因子，M2 型TAM 分泌TGF-α 和IL-10 可誘導程序性死亡蛋白配體的表達，以此來抑制T 細胞對腫瘤的殺傷[69]。另外，它們還抑制自然殺傷細胞的遷移，通過降低NK 細胞的功能來抑制免疫反應[70]。有研究發現血管活性腸肽上調激活的巨噬細胞的SIRPα 基因及蛋白表達水平，可競爭性抑制NF-κB 及PI3K-AKT 信號的激活，負性調節巨噬細胞的免疫功能[71]。PD-1 作為免疫球蛋白超家族成員，是一種重要的免疫抑制分子。謝軍[72]收集的100 例胃腺癌患者中，B7-H1陽性表達高達65%，作為配體與PD-1 相互作用顯著抑制效應T 細胞的功能，參與免疫抑制進程。

5 TAM 參與新生血管生成

腫瘤往往會建立完備的血液供應系統來滿足其代謝的需要。血管為腫瘤生長提供營養和氧氣支持，為臟器轉移提供特殊通道，微血管密度越高則越利于癌細胞生長。在腫瘤微環境中，TAM以至少兩種可能的方式支持血管生成：1)轉分化或直接摻入內皮層；2)刺激預先存在的局部內皮細胞分化[73-74]。TAM 分泌的纖維細胞生長因子2是一種促血管生成的必需生長因子，可刺激內皮細胞生長、存活和遷移，也能促進腫瘤血管生成[9]。在共培養系統中，檢測到巨噬細胞中VEGF 的表達顯著增加，提示TAM 是腫瘤微環境中VEGF 的來源，它可上調胃癌細胞中VEGF 的表達，促進腫瘤血管生成[75]。郭嘉欣等[76]研究驗證了硫酸右旋糖苷對胃癌M2 型巨噬細胞產生抑制作用，促使VEGF 的表達下調，血管生成減少。另外，集落刺激因子1(colony stimulating factor 1，CSF-1)受到刺激后可以調節TAM 的募集，借由TAM 對VEGF 的作用，促進腫瘤高密度血管網絡形成[77]。有關腸道腫瘤的研究發現再生的磷酸酶-3 可通過激活TAM 中的MAPK 途徑，刺激TAM 分泌IL-6和IL-8，作用于結直腸腫瘤細胞，激活胞內NF-κB途徑，進一步促進血管生成[78]。韓偉等[79]通過Spearman 等級相關分析發現TAM 與微血管密度呈顯著正相關，在與胃癌細胞相互作用后誘導癌細胞向血管遷移進而發生血管內滲，證明TAM 能促進腫瘤血管生成。

6 TAM 與癌癥的預后及治療

以往大量臨床研究表明TAM 會導致腫瘤患者預后不良。250 例有完整臨床資料的卵巢癌標本的病理切片顯示，TAM 特異性分子標志物CD68 高表達組與低表達組在淋巴結轉移與卵巢癌國際婦產科聯盟(International Federation of Gynecology and Obstetrics，FIGO)分期上有顯著差異[80]。萬挺等[81]發現卵巢癌組織中TAM 的浸潤密度較良性病變組織高，且5 年生存率顯著低于TAM 低密度浸潤癌患者。對局部晚期乳腺癌患者的研究發現，CD68 高表達組對化療更為敏感，近期療效較好，但從遠期看，預后結果并不理想[82]。蔣南等[83]研究也證實了TAM 是乳腺癌預后不良的獨立危險因素。研究發現，胃癌癌巢內TAM 密度值高則5 年生存率高，而癌間質TAM 密度值高則5 年生存率低[84]。曾候霖和王心見[85]研究表明TAM 計數高者胃癌預后差。Ishigami 等[86]采取免疫組化方法，利用抗CD68 抗體評估97 例胃癌患者TAM 的浸潤情況，發現高TAM 計數組的手術預后結果明顯較低計數組差，TAM 浸潤可作為胃癌預后的標志物。

腫瘤的治療策略主要為手術切除、化療和免疫療法。手術切除有嚴格的適應證限制，對于大多數晚期患者并不適用。當下，腫瘤免疫治療的探索愈發深入，單克隆抗體、細胞因子、細胞毒性細胞、T 細胞輸注和基因轉移疫苗已陸續得到實踐應用。TAM 與腫瘤微環境具有關聯性，作為腫瘤進展的驅動因素，TAM 是有潛力的治療靶點。對巨噬細胞靶向治療包括以下幾個方向。1)抑制單核-吞噬細胞的招募：巨噬細胞來源于單核細胞前體，抑制單核細胞募集進入腫瘤組織是靶向TAM 的一種策略。腫瘤微環境中持續缺氧狀態可引起神經纖毛蛋白(neurociliated protein 1，Nrp-1)高表達，進而促進循環中的巨噬細胞向腫瘤局部募集，誘導巨噬細胞極化。通過降低Nrp-1 表達可有效減少M2 型的TAM 極化[87]。三陰性乳腺癌中CSF1 表達量增高，其相關的下游信號通路激活，刺激巨噬細胞骨架變形和遷移[88]。針對性阻礙CSF1 的表達能有效干擾單核-巨噬細胞募集至腫瘤的過程。2)消耗巨噬細胞：如通過阻斷酪氨酸激酶受體集落刺激因子1 的受體來耗盡TAM；采用化學療法或免疫檢查點抑制劑阻斷集落刺激因子1 及其受體。3)激活巨噬細胞的抗腫瘤功能：靶向阻斷PD-L1/PD-1 通路可增強T 細胞活性，降低M2 型巨噬細胞表達。如應用氯磷酸鹽使程序性死亡蛋白配體1 顯著增加，對抗腫瘤有明顯效果[89]。聚甲基丙烯酸甲酯4 刺激巨噬細胞產生高水平的TNF-α，進一步與靶細胞膜上的腫瘤壞死因子受體結合，實現其細胞毒性、免疫調節等生物學功能[90]。4)其他方法：如抑制促血管生成能力，合成新的抗腫瘤化合物等。

7 結語

腫瘤相關巨噬細胞由單核細胞分化而來，在腫瘤微環境中極化為不同亞型，發揮促腫瘤生長或免疫抑制等功能。巨噬細胞本身具有異質性和可塑性，利用其可塑性來解釋TAM 促癌和抑癌的作用；針對其異質性，在臨床治療時參考監測評價指標可評估腫瘤的預后和療效。特定類型的TAM 在腫瘤的生長、侵襲和轉移中扮演著至關重要的角色，其浸潤程度與患者預后密切相關[68,91-92]。揭示決定TAM 表型和功能的細胞分子機制是對其認識的進一步深入，是闡明TAM 與腫瘤微環境關聯的有力突破口，也是深入研究癌癥治療策略的重要切入點。