肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤免疫治疗中的意义和研究进展

李明哲，申亮亮，曲璇

1.陕西中医药大学，陕西 咸阳 712046；

2.空军军医大学 a.基础医学院生物化学与分子生物学教研室；b.学员一旅八连，陕西 西安 710032

巨噬细胞广泛存在于人体组织中，在人体内参与非特异性防卫（先天性免疫）和特异性防卫（细胞免疫）。其主要的来源包括单核细胞、早期T淋巴细胞和CD34造血干细胞等。不同的刺激因子对于巨噬细胞前体细胞的基因具有选择性激活的作用，以此决定了巨噬细胞的表型及生理功能差异[1-2]。肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）曾被认为是肿瘤转移发展的帮凶，抑制其功能成为肿瘤免疫治疗的主要研究方向。近年来研究者发现肿瘤组织中某些巨噬细胞激活后具有显著的抑癌效应[3]，巨噬细胞又重新成为肿瘤免疫治疗领域的研究热点。

1 肿瘤相关巨噬细胞对肿瘤发生发展的影响

TAM是肿瘤间质中数量最多的细胞，占细胞总数的30%～50%。按照其表型和分泌的细胞因子的不同，可将TAM分为2种极化类型，即经典活化的M1型和替代性活化的M2型[4]。M1型TAM可高表达一氧化氮（NO）、活性氧（ROS）、白细胞介素（IL）12和23、主要组织相容性复合体（MHC）及参与免疫共刺激的B7分子，具有溶解肿瘤细胞、促进抗原提呈、激活Th1型免疫反应，进而提高对肿瘤细胞免疫杀伤的能力。与M1型TAM相反，M2型TAM具有促进肿瘤发生和发展的作用，同时由于其不能有效提呈抗原，会使T细胞免疫功能受到抑制[5]。

1.1 TAM与免疫抑制性肿瘤微环境

M2型TAM在肿瘤间质中大量存在，可以产生多种免疫抑制因子和趋化因子，通过减少抗原提呈和阻碍T细胞功能来抑制肿瘤免疫。TAM表达的一些细胞因子，尤其是转化生长因子β（TGF-β）和IL-10是形成免疫抑制性肿瘤微环境的重要因素[6]。

TGF-β是一种具有免疫抑制功能的细胞因子，对自然杀伤（NK）细胞、树突状细胞（DC）、T细胞等免疫细胞的活性具有抑制作用。TGF-β能够抑制NK细胞膜表面介导细胞毒性的促发受体NKp30和NKG2D，由此弱化NK细胞对肿瘤的免疫杀伤[7]。TAM表达的TGF-β可先于肿瘤细胞进入前哨淋巴结，诱导DC凋亡，阻断DC抗原提呈功能，为肿瘤细胞的转移营造出免疫抑制性微环境[8]。TGF-β可作用于细胞毒性T淋巴细胞（CTL）以抑制肿瘤细胞相关溶解因子的表达，包括颗粒酶A、颗粒酶B、穿孔素、γ干扰素（IFN-γ）、FAS等[9]。TGF-β还可通过诱导肿瘤细胞过表达IL-10以活化Th2同时抑制Th1的免疫活性，进而打破Th1/Th2的平衡，最终抑制对肿瘤细胞的免疫杀伤[10]。研究显示，阻断肿瘤微环境中TGF-β介导的信号通路，能够增强免疫系统对肿瘤的杀伤作用[11]。

IL-10是M2型TAM表达的一种重要的免疫抑制因子。用IL-10处理黑素瘤细胞48～72 h能够完全抑制自体CTL介导的HLA-A2.1限制性肿瘤细胞高达100%的特异性裂解[12]。以IL-10预处理抗原提呈细胞可阻断粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）诱导的抗原提呈作用。然而以GM-CSF先于IL-10处理抗原提呈细胞，则不会影响GM-CSF诱导的抗原提呈作用。这表明，当暴露于GM-CSF之前发生IL-10处理时，IL-10似乎特异性地阻止GM-CSF诱导的抗原提呈细胞功能的成熟，但不能逆转已建立的成熟状态[13]。

1.2 TAM与促血管生成作用

M2型TAM对肿瘤血管生成有非常重要的作用。在多种肿瘤包括乳腺癌、神经胶质瘤、膀胱癌、前列腺癌等中，TAM的数量对肿瘤血管生成量有促进作用[5]。在整个过程中，TAM和肿瘤细胞表达的血管上皮生长因子（VEGF）、成纤维细胞生长因子（FGF1、FGF2）、血小板源生长因子（PDGF）、肝细胞生长因子（HGF）、胎盘生长因子（PIGF）、基质金属蛋白酶（MMP-9、MMP-2）、IL-8、IL-1等细胞因子起重要的协同作用，其中以VEGF最为重要[14]。在低氧肿瘤微环境中，TAM会增加缺氧诱导因子（HIF-1、HIF-2）的表达[15-16]，而该因子的过表达可对上述VEGF等细胞因子的产生起促进作用[17-18]。研究显示TAM有类似肿瘤干细胞的能力，可以促进原始脉管网络的形成，这些管道在结构和功能上与血管、淋巴管不同但又有相似之处，称非内皮“血管”或拟态血管（vascular mimicry，VM）[19]。低氧肿瘤微环境对VM的生成有重要的促进作用，当去除TAM髓系特异性HIF基因时，VM网络的形成会大大减少，从而抑制肿瘤生长。TAM还可分泌多种促血管生成的酶类，如蛋白水解酶可通过降解细胞外基质而释放大量促血管生成因子，这类因子与蛋白聚糖中的硫酸肝素、纤维蛋白、胶原片段等物质结合，产生促血管生成的作用[20]。

1.3 TAM与促淋巴管生成作用

淋巴管转移是肿瘤发生转移的重要方式，提示肿瘤预后不良。研究发现，巨噬细胞参与了炎症环境下淋巴管的生成。Maruyama等发现CD11b+巨噬细胞可积聚于小鼠角膜基质并表达VEGF-C以促进小鼠角膜淋巴管生成[21]。研究认为巨噬细胞以2种不同方式支持淋巴管生成：①通过转分化和直接掺入内皮层而促进淋巴管生成；②通过刺激先前存在的局部淋巴内皮细胞的分裂而促进淋巴管生成[22]。肿瘤微环境实质也是炎症环境，临床分析证实，肿瘤转移区域淋巴结中TAM的数量与患者预后呈明显负相关[23]。体外实验将巨噬细胞和肺癌细胞共培养，可见肺癌细胞的侵袭能力显著增高[24]。由此推断TAM对肿瘤淋巴管的生成有重要的促进作用。

1.4 TAM与肿瘤增殖、侵袭及转移

TAM可对肿瘤的增殖、侵袭及转移产生重要的促进作用。它可通过表达如肿瘤坏死因子α（TNF-α）、IL-6、IL-11等炎症因子激活核因子κB（NF-κB），活化转录激活因子STAT3，以增强肿瘤细胞的生存及增殖能力[25-26]。TAM表达的多种细胞因子，如TGF-β、MMP-9、HGF、碱性成纤维细胞生长因子（b-FGF）等也在肿瘤生长增殖过程中起相似的促进作用[14,27]。研究发现，TAM表达的某些因子的促肿瘤作用受肿瘤发展阶段影响，如集落刺激因子1（CSF-1）对早期乳腺癌缺乏促进作用，而对晚期乳腺癌有显著的促生长作用[28]。在肿瘤模型研究中，去除TAM可对多种肿瘤的生长产生抑制[29]。

TAM可表达降解细胞外基质的酶类，如尿激酶型纤溶酶原激活因子（uPA）、纤溶酶、MMP等。这些酶类降解细胞外基质，导致细胞链接强度减弱，从而易于肿瘤细胞侵袭和转移。同时，肿瘤细胞外基质降解还会释放肝素结合生长因子，促进肿瘤血管生成，对肿瘤侵袭及转移提供辅助[30]。前文叙述的TAM对免疫微环境的抑制及对血管、淋巴管网生长的促进作用都为肿瘤的生长、增殖、侵袭及转移提供了有利条件。可见TAM在肿瘤的不同发展阶段都扮演着重要角色。

2 TAM在肿瘤免疫治疗中的应用

随着TAM在肿瘤发生、发展及免疫逃逸中的作用被逐渐发现，越来越多的研究关注TAM相关的肿瘤免疫治疗。研究者着眼于抑制TAM的促肿瘤作用、增强TAM的肿瘤杀伤能力、靶向阻断相关细胞通路转导、逆转M2型TAM为具有抗肿瘤活性的M1型TAM等方式，试图找到肿瘤免疫治疗的新途径。

2.1 抑制TAM促肿瘤作用

研究发现，通过脯氨酰羟化酶3（PHD3）抑制剂可以稳定HIF-2α的表达，增加GM-CSF作用下TAM中高水平的可溶性血管内皮生长因子受体1（sVEGFR-1）的表达，中和并抑制VEGF的生物活性，从而抑制肿瘤的生长[31]。此外，通过抗IL-6单克隆抗体可阻断TAM表达的IL-6源性CCL2、CXCL12及VECF的生成，从而抑制TAM的促肿瘤血管生成作用[32]。TAM可以表达CLL20，造成缺氧微环境，抑制NK细胞的免疫活性，而IL-15可以恢复NK细胞的免疫杀伤功能，阻止肿瘤细胞免疫逃逸[33]。NK细胞还可直接杀死TAM，改善预后[34]。CSF-1受体阻滞剂可以清除肿瘤组织中的TAM，但不影响单核细胞的免疫功能，以从根本上阻断TAM的促肿瘤作用[35]。

2.2 增强TAM的肿瘤杀伤能力

在体外通过添加巨噬细胞集落刺激因子（MCSF）、胞壁酰二肽（MDP）等与巨噬细胞共培养，可激活并增强巨噬细胞免疫杀伤能力，再通过过继性免疫治疗的方法实现抗肿瘤的目的[36]。单克隆抗体治疗肿瘤过程中TAM可以发挥巨噬细胞介导的抗体依赖的吞噬作用（ADCP）。研究显示，抗CD142单克隆抗体治疗肿瘤后，TAM表面表达FcγR，并可吞噬肿瘤细胞，而去除TAM后，抗CD142单克隆抗体的疗效会被削弱[37]。基因改造可使巨噬细胞表达TGF-βRⅡ，中和并抑制TGF-β的免疫抑制作用，从而增强巨噬细胞的肿瘤免疫杀伤作用[38]。研究发现某些微生物制剂可以增强巨噬细胞的肿瘤杀伤能力，如卡介苗可以刺激巨噬细胞并增强其对部分膀胱癌的杀伤作用[3]。具体机制还不明确，但有研究发现卡介苗治疗后，膀胱尿液中 IL-6、IL-12、TNF-α含量增高，可能成为激活巨噬细胞杀伤活性的证据[39]。

2.3 靶向阻断相关细胞通路转导

CD47/SIRP-α信号通路是肿瘤免疫逃逸的重要途径。几乎所有人类细胞表面都表达CD47，巨噬细胞可表达CD47的受体信号调节蛋白α（SIRP-α），并通过与CD47结合协助巨噬细胞区分正常细胞和异常细胞，而肿瘤细胞可以高表达CD47，以此实现免疫逃逸[40]。通过CD47的特异抗体可以阻止CD47和SIRP-α结合，从而增强巨噬细胞对肿瘤的免疫杀伤[41]。研究发现还可通过RNA干扰敲除肿瘤细胞表面的CD4，从而增强巨噬细胞对肿瘤的杀伤作用。基于此，研究者将一种由脂质体-鱼精蛋白-透明质酸包被抗CD47-siRNA的纳米颗粒递送系统经静脉注射给黑色素瘤小鼠，发现肿瘤被有效抑制[42]。有研究显示，17β-雌二醇（E2）可阻断ATP5J（又称ATP酶偶合因子6）与TAM的雌激素受体β（ERβ）结合，进而阻断JAK1-STAT6通路，起到巨噬细胞替代激活和肿瘤进展抑制剂的作用[43]。此外，DCR3、STAT3、Wnt和TLR4-NF-κB信号通路等也是抑制TAM促肿瘤作用的重要治疗靶点[44]。靶向阻断相关细胞通路转导，为肿瘤免疫治疗提供了重要思路。

2.4 逆转M2型TAM为具有抗肿瘤活性的M1型TAM

逆转M2型TAM为具有抗肿瘤活性的M1型TAM是靶向M2型TAM的抗肿瘤治疗策略之一。消除或减少M2型TAM表达的诱因或利用某些方式逆转TAM的表型，成为恢复巨噬细胞肿瘤杀伤能力的重要措施。逆转TAM表型还可破坏肿瘤免疫抑制微环境、抑制肿瘤血管及淋巴管形成，最终达到抑制肿瘤增殖、侵袭及转移的目的[45]。

研究发现纳米氧化铁对TAM的细胞毒性有促进作用，可以促进巨噬细胞表达ROS，还可以促进TAM向M1型极化，M1型TAM可以产生过氧化氢，与铁离子发生氧化反应后产生高毒性羟基基团，增强巨噬细胞的肿瘤免疫杀伤[46]。

许多肿瘤可产生大量前列腺素E2（PGE2），其参与肿瘤进展及肿瘤诱导的免疫功能障碍。负责组织中PGE2生物灭活的关键酶是依赖于NAD（+）的15-羟基前列腺素脱氢酶（15-PGDH）。而许多肿瘤细胞的15-PGDH是有缺陷的，导致15-PGDH表达下调。通过腺病毒导入15-PGDH基因可使M2型TAM转化为M1型TAM，从而达到抗肿瘤的目的[47]。

IL-12是一种可以促进巨噬细胞向M1型极化的细胞因子。研究发现，IL-12处理后的TAM中与促肿瘤相关的细胞因子，如TGF-β、IL-10、MCP-1、MIF等表达下调，而抗肿瘤相关细胞因子，如TNF-α、IL-15、IL-18则表达增加。同时，IL-12处理后的动物模型中原发及转移肿瘤、脾脏及腹腔的巨噬细胞也有类似的转化现象[48]。IL-12启动这种功能转换的能力可能有助于随后的抗肿瘤免疫应答的早期发挥。应用阳离子聚合剂，如聚乙烯亚胺，可以通过TLR-4信号通路逆转TAM的M2表型为M1型，并促进IL-12的产生，起到抗肿瘤作用[32]。

CD40是抗原提呈细胞（包括巨噬细胞）的重要激活因子。用激动性CD40抗体处理胰腺导管腺癌（PDA）后，巨噬细胞迅速渗入肿瘤，并转化为具有杀伤肿瘤活性的巨噬细胞，促进肿瘤基质消耗以抑制肿瘤的发展[49]。

3 结语

TAM是肿瘤进展及肿瘤免疫抑制微环境的关键枢纽，在肿瘤的发生、发展、侵袭和转移中扮演重要角色。特异的肿瘤微环境诱使TAM向着利于肿瘤生存的表型即M2型发展。M2型TAM违背了机体免疫屏障的职能，表达免疫抑制因子、趋化因子、促血管及淋巴管生成相关因子，反而促进肿瘤的生长和转移。针对TAM的免疫治疗着眼于抑制TAM的促肿瘤作用、增强TAM的肿瘤杀伤能力、靶向阻断相关细胞通路转导、逆转M2型TAM为具有抗肿瘤活性的M1型TAM等方式，力求在TAM相关肿瘤治疗方案中取得进展。目前已有很多基于TAM的肿瘤免疫学研究正在进行，但这些研究大都还没有应用于临床。随着基于肿瘤免疫和肿瘤微环境的深入研究，相信今后TAM相关研究可以为肿瘤的临床治疗提供重要的理论依据和可行的治疗途径。