腫瘤相關巨噬細胞在結直腸癌轉移及治療中的作用

田慧香,馬婕群,張彥兵,左倩倩,廖子君

(1.西安醫(yī)學院，西安 710068； 2.西安交通大學醫(yī)學院附屬陜西省腫瘤醫(yī)院內(nèi)一科，西安 710061)

結直腸癌是常見的消化系統(tǒng)腫瘤，其發(fā)病率在惡性腫瘤中排第三位，在因癌癥導致死亡的病因中居第四位[1]。根據(jù)《CA Cancer J Clin》癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年中國結直腸癌新發(fā)病例約376 300例，死亡率高達50%[2]。此外，有統(tǒng)計顯示，30%～50%的結直腸癌患者術后會出現(xiàn)復發(fā)，若發(fā)生遠處轉移，患者的5年生存率僅為10%～15%[3]。可見，當前結直腸癌治療效果并不理想，并且轉移是導致結直腸癌患者死亡的主要原因。因此，研制出抑制癌癥發(fā)生轉移的藥物是臨床上亟待解決的問題。

目前,越來越多的研究者不僅關注腫瘤細胞本身,也開始關注腫瘤細胞所處的微環(huán)境。腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages，TAMs)是腫瘤微環(huán)境中最豐富的免疫細胞，在大多數(shù)腫瘤進展中有重要作用。它們通過抑制有效的抗癌免疫、刺激血管生成和組織重塑等促進腫瘤生長,參與腫瘤的免疫抑制。因此，阻斷巨噬細胞到達腫瘤組織和調控腫瘤微環(huán)境中TAMs的活化或再極化等，是治療腫瘤的新策略。結直腸癌組織中有大量的TAMs浸潤，并且與結直腸癌轉移和脈管形成相關，但TAMs影響結直腸癌轉移與脈管形成的機制仍不明確。現(xiàn)對TAMs極化的調控網(wǎng)絡、TAMs促進結直腸癌轉移和脈管形成的主要機制及其可能作為治療靶點的潛在治療策略進行闡述。

1 TAMs

1.1TAMs的定義、起源和功能 巨噬細胞是一類具有多種功能的免疫細胞，包括調節(jié)組織穩(wěn)態(tài)、防御病原體和促進傷口愈合等。TAMs是指浸潤在腫瘤組織或存在于實體瘤微環(huán)境中的巨噬細胞。TAMs作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，可顯著影響腫瘤生長、血管生成、轉移、化療耐藥與機體免疫調節(jié)等。

一般認為，TAMs主要來源于骨髓造血干細胞的血液單核細胞[4]。然而近年的研究表明，TAMs也可以源于卵黃囊祖細胞，如肺泡巨噬細胞、腦巨噬細胞和庫普弗細胞等，它們通過增殖來進行自我更新[5]。TAMs被腫瘤微環(huán)境中的各種信號募集并激活，然后對腫瘤的進展和轉移產(chǎn)生重要影響。與巨噬細胞在免疫調節(jié)中發(fā)揮著不同的功能一樣，TAMs在腫瘤進程中也發(fā)揮著不同的作用，如影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展、免疫調節(jié)、轉移和血管生成等。同時，TAMs產(chǎn)生的炎癥細胞因子[如白細胞介素(interleukin,IL)-23和IL-17]可觸發(fā)腫瘤引起的炎癥，進而促進腫瘤生長[6]；TAMs產(chǎn)生的IL-6對炎癥反應具有放大作用，從而通過信號轉導及轉錄激活因子3信號通路促進肝細胞癌的發(fā)生發(fā)展[7]。

1.2TAMs的分類和極化 根據(jù)所處的腫瘤微環(huán)境，巨噬細胞表現(xiàn)出不同甚至相反的表型。活化的巨噬細胞通常分為M1和M2表型[8]。M1型巨噬細胞指經(jīng)典活化的巨噬細胞，M2型巨噬細胞指替代活化的巨噬細胞。這兩種類型的巨噬細胞在分子標記、代謝特征和基因表達譜上有顯著不同。通常，M1型巨噬細胞可分泌促炎細胞因子，如IL-12、腫瘤壞死因子-α和γ干擾素，并產(chǎn)生高水平的一氧化氮合酶，針對入侵的病原體和腫瘤細胞，起到促進炎癥反應的作用；而M2型巨噬細胞分泌抗炎細胞因子(如IL-10、IL-13和IL-4)，并表達豐富的精氨酸酶-1、甘露糖受體和清除劑受體，起到抗炎癥反應和免疫抑制的作用，從而促進腫瘤進展[9]。M1型(抗腫瘤發(fā)生)和M2型(促腫瘤發(fā)生)巨噬細胞之間的轉換是一個響應微環(huán)境信號的生物學過程，這一過程被稱為“巨噬細胞極化”[10]。盡管研究發(fā)現(xiàn)TAMs能夠顯示任一極化表型，但研究人員傾向于將TAMs視為M2樣表型的巨噬細胞，因為從臨床觀察角度腫瘤微環(huán)境中巨噬細胞的積累在很大程度上與疾病的不良預后相關[11]。

TAMs的極化受微環(huán)境中多種細胞因子的調節(jié)，如趨化因子、生長因子等。在這些細胞因子中，集落刺激因子1(colony-stimulating factor 1，CSF-1)、趨化因子配體2[chemokine (C-C motif) ligand 2，CCL2]可募集巨噬細胞，同時也是M2型巨噬細胞刺激因子。有研究報道，CCL2通過與巨噬細胞表面表達的CC趨化因子受體2相互作用，可以使巨噬細胞極化為更趨向于促腫瘤的表型[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，通過基因消融或抗體阻斷CCL2-CC趨化因子受體2相互作用可明顯抑制乳腺癌荷瘤小鼠的肺轉移播種，并延長荷瘤小鼠的存活時間[13]。CSF-1是巨噬細胞極化的另一個有效決定因素，在各種實體瘤的浸潤邊緣均可觀察到CSF-1廣泛表達，并且與乳腺癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、前列腺癌、肝細胞癌和結直腸癌患者的不良預后相關[9]。此外，神經(jīng)母細胞瘤異種移植模型顯示，CSF-1耗竭可導致巨噬細胞的密度極大降低，從而抑制移植瘤模型的腫瘤生長[14]。除以上兩種細胞因子外，血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)-A也被認為是強大的促腫瘤因子，VEGF-A不僅具有促血管生成的作用，還可以在IL-4和IL-10的存在下通過招募TAMs浸潤，誘導M2型巨噬細胞極化來促進腫瘤的生長[15]。同時，EGFR過表達也促進了M2型巨噬細胞極化，利用西妥昔單抗或基因敲除破壞EGFR信號，可減少TAMs向M2型巨噬細胞的極化。臨床上，EGFR單克隆抗體(西妥昔單抗)已被批準用于治療轉移性結直腸癌[16]。

缺氧是大多數(shù)實體瘤的常見特征，這是由于腫瘤細胞代謝旺盛、生長迅速，但脈管系統(tǒng)發(fā)育不良導致的。缺氧可作為巨噬細胞的重要調節(jié)劑，幫助腫瘤細胞克服營養(yǎng)缺乏，并將腫瘤微環(huán)境轉變?yōu)楦m合腫瘤細胞生存的環(huán)境[11]。如缺氧可以顯著上調血管生成素-2的表達，從而促進巨噬細胞的積累和極化[17]。缺氧還可以誘導趨化因子，如CCL2、CCL5、CSF-1、VEGF、嗜酸粒細胞趨化因子和抑癌素M，使TAMs遷移至缺氧區(qū)域，從而促進腫瘤的進展。但有研究表明，缺氧并不是M1-M2型巨噬細胞極化的主要驅動因素，它也沒有直接影響M2型巨噬細胞的轉化，只是微調缺氧調節(jié)基因的表達[11]。綜上所述，TAMs的極化受復雜的生物網(wǎng)絡調節(jié)，并且在臨床上與癌癥的轉移和進展相關。

2 TAMs在結直腸癌轉移中的作用

上皮-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)、細胞外基質、新生脈管形成是促進腫瘤轉移的關鍵階段。多項研究表明，TAMs可影響結直腸癌細胞向更具侵襲性和侵略性表型發(fā)展，并促進結腸癌發(fā)生遠處轉移[8,18]。但TAMs促進結直腸癌轉移和脈管形成的機制仍不明確。

2.1EMT 高侵襲性的腫瘤細胞具有固有極性喪失和與周圍組織結構松散附著的特征。EMT是這種形態(tài)轉化的主要事件，它能促進腫瘤侵襲和轉移等惡性生物學特性[18]。在EMT的過程中，由于上皮鈣黏素抑制，腫瘤細胞失去了細胞間連接和頂端基極性，從而獲得了運動型間充質細胞表型[19]。近年來體外證據(jù)表明TAMs與EMT相關，TAMs既可以啟動EMT程序又可以誘導結直腸癌產(chǎn)生免疫逃逸[20]。Cai等[21]觀察到結腸腫瘤組織中TAMs的富集增加了結腸癌的轉移。而且TAMs衍生的轉化生長因子-β可以促進結直腸癌細胞的EMT進展，從而導致腫瘤細胞的侵襲和遷移。此外，Yang等[8]通過體內(nèi)和體外實驗發(fā)現(xiàn)，M2型巨噬細胞極化的TAMs分泌轉化生長因子-β可以促進結直腸癌細胞的EMT、生長、增殖和侵襲。總之，TAMs分泌的轉化生長因子-β可誘導結直腸癌細胞EMT，從而促進結直腸癌細胞的侵襲和轉移。

2.2細胞外基質 細胞外基質作為腫瘤細胞遷移的支架和屏障，其降解是腫瘤轉移研究領域的焦點。研究表明，TAMs能夠分泌多種蛋白水解酶，包括組織蛋白酶、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)和絲氨酸蛋白酶，它們是介導細胞外基質降解和細胞-細胞外基質相互作用的重要成分[22]。許多研究顯示，在大腸癌中MMP-2和MMP-9的表達增加與患者預后不良有關[20,23]。這些研究揭示了MMP-2在侵襲性結直腸癌中的表達上調，它能降解β1整合素，從而增強細胞的運動性和減少細胞黏附。此外，轉化生長因子-β受體激酶抑制劑可以降低MMP-9的表達，從而阻止結直腸癌細胞向肝臟的轉移。Vinnakota等[20]研究發(fā)現(xiàn)MMP-9可降解細胞外基質蛋白，并在結腸癌患者的活檢組織中增加，同時在富含白三烯D4和腫瘤壞死因子-α的M2型巨噬細胞培養(yǎng)基中可誘導結腸癌細胞EMT的發(fā)生和結腸癌細胞的侵襲。

2.3新生脈管形成 腫瘤脈管形成是惡性腫瘤轉移的主要途徑。當實體瘤長到一定大小時，“新生脈管形成”將通過各種機制開啟，從而觸發(fā)高密度脈管系統(tǒng)，以供應營養(yǎng)和清除廢物[24]。既往研究表明，在乳腺癌、前列腺癌、胃腸道腫瘤、宮頸癌和肺癌等進展中，血管生成增加與腫瘤患者的不良預后相關[25]。TAMs是調節(jié)“新生脈管形成”的關鍵角色，它們在腫瘤中心和腫瘤邊緣形成集簇，這兩個區(qū)域都是腫瘤血管生成和轉移的關鍵區(qū)域。相反，缺乏TAMs會使血管密度顯著降低40%[26]。TAMs不僅可以影響新的腫瘤血管形成，還可以刺激已建立的脈管系統(tǒng),將其重塑為更曲折和易漏的形式，從而有利于腫瘤轉移。TAMs浸潤在大多數(shù)惡性腫瘤中與血管密度相關[27]，其加速血管生長的能力是通過分泌多種促血管生成因子介導的。Badawi等[28]研究了44例結腸癌患者發(fā)現(xiàn)，TAMs浸潤與腫瘤血管生成顯著相關，如用TAMs分泌的促炎癥介質(腫瘤壞死因子-α、IL-β和IL-6)刺激結腸癌細胞，可以增加血管生成相關因子的分泌，進一步刺激結腸癌組織中的微血管形成，從而促進腫瘤侵襲和轉移。此外，Zhang等[29]的研究表明，IL-33可以誘導內(nèi)皮細胞的炎癥激活，顯著增加微血管的形成和內(nèi)皮細胞的積累，從而促進結腸癌組織中的血管生成。同時發(fā)現(xiàn)，與良性息肉相比，結腸癌組織中TAMs的數(shù)量明顯較多，血管密度更高。因此，TAMs可能成為結腸癌血管生成的標志物。

此外，TAMs也可以導致腫瘤淋巴管生成，這是腫瘤細胞以VEGF-C(腫瘤過表達的配體)/VEGF受體-3(vascular endothelial growth factor receptor-3,VEGFR-3)(在TAMs上表達的VEGF-C受體)軸依賴性方式擴散到區(qū)域淋巴結和遠處轉移的重要途徑。在小鼠乳腺癌模型中，用針對VEGF-C/VEGFR-3的抗體或乙酰肝素酶的基因消融治療，可以顯著改變淋巴管表型，該策略可潛在地抑制原發(fā)性腫瘤的生長和轉移[30]。Tacconi等[31]研究指出，VEGF-C/VEGFR-3軸可以同時塑造淋巴管內(nèi)皮細胞和TAMs，并且VEGFR-3信號可驅動巨噬細胞向M2型巨噬細胞表型分化，從而協(xié)同誘導免疫抑制并促進結直腸癌的生長。

3 TAMs作為藥物靶點的潛在治療策略

TAMs是通過各種機制促進腫瘤侵襲和轉移的重要輔助細胞之一。同時，TAMs受到包括免疫檢查點蛋白在內(nèi)的多種復雜分子信號/因子的調節(jié)。因此，抑制TAMs的生存能力、抑制M2型巨噬細胞極化并增強M1型巨噬細胞活性及抑制腫瘤微環(huán)境中巨噬細胞的招募是針對TAMs靶向抗癌的治療策略。

3.1抑制TAMs生存的藥物 局部殺傷TAMs是指通過耗盡腫瘤微環(huán)境中的TAMs抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Trabectedin是一種具有局部殺傷TAMs功效的細胞毒性藥物。Trabectedin不僅可以通過干擾轉錄因子、DNA結合蛋白和DNA修復途徑直接殺死腫瘤細胞[32]，還可以選擇性地清除從血液中招募到腫瘤微環(huán)境中的單核巨噬細胞，從而抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展。在機制上，Trabectedin通過腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體受體選擇性誘導巨噬細胞快速凋亡，并阻止它們產(chǎn)生一些促轉移細胞因子(如CCL2、CXC趨化因子配體8、IL-6和VEGF)。一項前瞻性研究評估了Trabectedin在軟組織肉瘤中的促凋亡效率，其中56%的患者發(fā)生了不同程度的(30%～70%)單核細胞減少[33]。在歐洲，Trabectedin已被批準用于治療軟組織肉瘤患者。同時，針對其他癌癥(乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌等)的臨床試驗尚在進行評估[33]。此外，有學者認為針對TAMs的所有亞型的抑制并非腫瘤治療的理想方式。在一項研究中，M2型TAMs在小鼠腫瘤組織中高表達天冬酰胺內(nèi)肽酶(Legumain)，導致腫瘤進展、血管生成和轉移增加[34]。基于Legumain的DNA疫苗可以刺激CD8+T細胞，并選擇性地消除小鼠轉移性乳腺癌、結腸癌和肺癌中的M2型巨噬細胞，從而顯著地抑制腫瘤的轉移并提高小鼠的存活率。可見，單純地選擇性抑制M2型巨噬細胞中高表達的細胞表面蛋白從而降低TAMs的生存能力，是一種抑制腫瘤轉移較好的方法，而并非是抑制TAMs的所有亞型。

3.2抑制M2型巨噬細胞極化并增強M1型巨噬細胞活性的藥物 有研究認為M2型和M1型巨噬細胞在腫瘤生長和轉移中發(fā)揮相反的作用。一項研究表明，將促腫瘤的M2型巨噬細胞轉化為抑制腫瘤的M1型巨噬細胞，可以降低TAMs在腫瘤侵襲和轉移中的支持作用[35]。唑來膦酸是一種第三代氨基雙膦酸酯類藥，可以使促腫瘤的M2型巨噬細胞轉化為抑制腫瘤的M1型巨噬細胞，從而抑制腫瘤侵襲和轉移，已被食品藥品管理局批準用于治療骨轉移相關事件和骨轉移引起的疼痛。研究表明，唑來膦酸不僅能夠通過減少IL-10、VEGF和MMP-9的產(chǎn)生并恢復一氧化氮合酶的表達將TAMs從M2型轉變?yōu)镸1型巨噬細胞，還能通過停止TAMs的募集和浸潤來減少腫瘤微環(huán)境中的巨噬細胞數(shù)[36-37]。基于這一證據(jù)，在ABCSG-12試驗中，唑來膦酸已被添加到絕經(jīng)前早期乳腺癌患者的輔助內(nèi)分泌治療中[35]。此外，Georgoudaki等[38]通過免疫檢查點療法在小鼠MC38結腸癌模型中將TAMs群復極化為M1型，增加了腫瘤免疫原性和誘導抗腫瘤活性。

3.3抑制巨噬細胞募集的藥物 TAMs招募至腫瘤部位是腫瘤趨化因子持續(xù)存在的結果,如γ干擾素可誘導單核細胞或巨噬細胞向結腸癌腫瘤微環(huán)境募集。NT157是一類新型的抗腫瘤藥物，對腫瘤細胞具有抑制作用，研究表明NT157可通過抑制CCL2、CCL5、IL-6、IL-11和IL-10等細胞因子的表達，從而減少TAMs的招募和激活[39]。因此，切斷這些吸引巨噬細胞募集的趨化因子，抑制TAMs向腫瘤微環(huán)境募集可能是針對TAMs靶向抗癌的另一種解決方案，有待進一步研究。

4 結 語

結直腸癌組織中存在著豐富的TAMs，且TAMs在結直腸癌侵襲、轉移、促進腫瘤血管和淋巴管生成等過程中發(fā)揮重要作用，因此以TAMs為靶點的靶向治療有望成為抗腫瘤治療的重要手段。目前研究者對TAMs在腫瘤侵襲和轉移中的機制研究仍在繼續(xù)，并有以TAMs為靶點的藥物進入臨床試驗。然而，這些藥物的確切療效仍不明確。其中主要障礙是TAMs在調節(jié)轉移方面有明顯的異質性，另外TAMs所處的腫瘤微環(huán)境是一個復雜的系統(tǒng)。盡管如此，TAMs作為一種新穎且具有吸引力的靶標，可能會改變腫瘤現(xiàn)有的治療策略，為腫瘤的治療提供新方法。