肿瘤相关巨噬细胞在肺癌中的研究进展

梁欣然，刘爱娜

1滨州医学院第二临床医学院，山东 烟台 264000

2青岛大学附属烟台毓璜顶医院肿瘤内科，山东 烟台 26400

肺癌是全球常见的恶性肿瘤之一，据统计，每年约有210 万肺癌新发病例和170 万肺癌死亡病例[1]，患者的5 年生存率低于20%，预后差[2]。临床中化疗是治疗肺癌的主要方法，但大多数肺癌患者获得了化学抗性或发生转移，导致化疗失败。因此，早期明确诊断并予以有效的干预措施对提高肺癌患者的生活质量及生存率具有重要意义。肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）由肿瘤细胞、骨髓源性细胞和间质细胞等组成，这些细胞之间的共同作用促进了免疫抑制环境的形成，协同肿瘤免疫逃逸，直接或间接促进肿瘤生长和转移。其中，肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）是TME 中重要的组成细胞，通过调控TME 介导肿瘤进展，然而其具体的调控机制仍有待进一步研究。TAM 与肺癌大小、分化程度、浸润深度、淋巴结转移情况及TNM 分期具有明显的相关性[3]，提示其在肺癌的发生发展及转移中具有重要作用。TAM 是目前肿瘤治疗的研究热点，本文就TAM 在肺癌中的研究进展进行综述。

1 TAM 概述

1.1 TAM 的起源和功能

巨噬细胞作为生物体组织中的一道防线，参与非特异性免疫反应和特异性免疫反应，不仅能够识别和清除病原体，还可以激活其他免疫细胞。单核细胞起源于骨髓与中性粒细胞共有的髓系祖细胞，随后被释放到外周血液中循环数日，再进入组织中转变为支持局部组织功能的组织定居巨噬细胞（tissue resident macrophage，TRM）。因此，巨噬细胞来源于人体血液循环中的单核细胞，可分为骨髓源性巨噬细胞（bone marrow derived macrophage，BMDM）和TRM。TRM 来自卵黄囊或胎儿肝的前体细胞，能够在原位自我更新，不依赖于血液单核细胞的补充，在调节其驻留组织的代谢、免疫炎症反应和组织稳态等方面发挥着不可替代的作用。而TME 中的巨噬细胞被称为TAM，是恶性肿瘤的主要成分，占肿瘤质量的一半，在肿瘤的发生发展中具有关键作用，并通过肿瘤细胞衍生的趋化因子在肿瘤部位募集，如单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein- 1，MCP- 1，又 称CCL2）作为主要趋化因子，可与其受体C-C 趋化因子受体2（C-C motif chemokine receptor 2，CCR2）结合，募集单核细胞到肿瘤组织中[3]。

1.2 TAM 的分类

在TME 中，TAM 受细胞趋化因子的影响，表现出不同的极化类型，其中最经典的分型有两种，一种是参与辅助性T 细胞（helper T cell，Th）1 应答的经典激活的M1 型TAM，如白细胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-1α、IL-12、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和胶质纤维酸性蛋白等，对清除微生物感染具有重要作用。另一种是参与Th2 应答的选择性激活的M2 型TAM，如促进抗炎反应的IL-4、IL-6、IL-10 等，在调节炎性反应和组织修复中具有重要作用，同时具有促肿瘤作用。TME 中的细胞因子或生长因子，如CD4+T 细胞、IL-4、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocytemacrophage colony stimulating factor，GM-CSF），可促进M1 型TAM 向M2 型TAM 转化。肿瘤来源的透明质酸也可通过激活单核细胞促进具有免疫抑制性的M2 型TAM 生成[4]。

根据功能的不同，M2 型巨噬细胞可进一步分为M2a、M2b、M2c 和M2d 共4 种亚型。由IL-4 或IL-13 以及真菌和蠕虫感染诱导的M2a 型巨噬细胞能够表达高水平的甘露糖受体、CD206、CD209 和白细胞介素-4 受体（interleukin-4 receptor，IL-4R），并分泌大量的转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和类胰岛素生长因子，有助于伤口愈合和组织修复[5]。由免疫复合物IL-1β和细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激而产生的M2b 型巨噬细胞能够分泌大量的IL-10、IL-1β、IL-6 和TNF-α，发挥抗炎作用[6]。由IL-10、TGF-β和糖皮质激素诱导的M2c 型巨噬细胞被认为与免疫抑制、组织修复和基质重塑有关[7]。这些巨噬细胞表现出CD163 和CD206 表达增加，并分泌大量的IL-10 和TGF-β[8]。由白细胞抑制因子、Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）和腺苷激活的M2d 型巨噬细胞表达低水平的CD206，但产生大量的IL-10、TGF-β 和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），从而促进肿瘤的免疫抑制和血管生成，进而促进肿瘤进展[9]。

1.3 TAM 的极化

M1 型和M2 型巨噬细胞的转换是一种响应微环境信号的生物学现象，称为巨噬细胞极化，由TME 决定。组织损伤及病原微生物侵入后，M1 型巨噬细胞最先被激活，产生趋化因子和细胞因子，募集细胞毒性CD8+T 细胞和自然杀伤（natural killer，NK）细胞，表达高水平的γ-干扰素（interferon-γ，IFN-γ）、LPS 以及其他的细胞因子，从而破坏肿瘤细胞[10]。然而，在肿瘤进展期间，Th2 细胞因子（如IL-4 和IL-13）刺激单核细胞或巨噬细胞转化为M2型。这部分巨噬细胞会引起过敏反应，促进炎症消退和伤口愈合，有利于肿瘤新生血管生成和组织重塑。这些M2 型巨噬细胞会分泌TGF-β以限制NK 细胞的细胞毒性，并表达高水平的程序性死亡受 体 配 体1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）以限制T 细胞的抗肿瘤活性。在大多数肿瘤中，TAM的特征与M2型巨噬细胞相似。TAM的功能受局部TME的影响，并且巨噬细胞的极化可以发生在致瘤过程中的任何时间[11-12]。

1.4 TAM 展示出M2 型巨噬细胞的功能

相关文献显示，在肺癌中，TAM 的特征与M2型巨噬细胞相似。与M1 型巨噬细胞相比，TAM 产生更少的抗炎因子（如IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-12、CCL3 和CCL4）[13]。尽管核因子κB（nuclear factorκB，NF-κB）是炎症调节的关键因子，但TAM 在活化NF-κB 方面具有缺陷，TAM 中NF-κB 依赖性细胞毒性介质和炎性细胞因子低表达。相比之下，M2 型巨噬细胞的典型标志物如清道夫受体-α（scavenger receptor-α，SR-α）、甘露糖受体（mannose receptor，MR）、精氨酸酶1（arginase 1，ARG1）等在TAM 中的表达水平较高[14]。TAM 通过分泌促进血管生成和诱导肿瘤的趋化因子（如PD-L1、VEGF 和TGF-β），呈现M2 型巨噬细胞的相关功能，促进肿瘤转移。

2 肺癌中巨噬细胞的功能

TAM 在肺癌中的作用具有两面性，在肺癌发展初期，TAM 的表型以促炎抗肿瘤的M1 型巨噬细胞为主，随着疾病进展，抗肿瘤的M1 型巨噬细胞逐渐向促肿瘤的M2 型巨噬细胞转变。TAM 主要通过分泌IL-10、TGF-β、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、CCL18、VEGF、环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）和血小板衍生生长因子-β（platelet derived growth factor-β，PDGF-β），促进血管内皮细胞增生和肿瘤新生血管生成，从而促进肺癌的生长和转移。TAM 不仅可以促进肿瘤细胞增殖、侵袭，还可影响放化疗的治疗效果[15-16]。许多化疗药物如顺铂、紫杉醇的治疗效果受TME的影响，TME 可刺激肿瘤产生集落刺激因子1（colony stimulating factor 1，CSF1）和IL-34，募集更多的巨噬细胞在肿瘤区域，从而影响治疗效果[17]。

2.1 TAM 与IL

TAM 可以通过分泌IL-10 激活和保护肿瘤干细胞，从而促进非小细胞肺癌的进展。肿瘤的快速生长需要比正常组织更多的血管提供氧气和营养物质，当肿瘤体积不断增大时，氧气和营养物质减少，形成了缺氧环境。研究表明，缺氧导致TAM向M2 表型倾斜，造成IL-10、缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-1α和VEGF 表达增加，引起血管内皮细胞增生，促进肿瘤新生血管生成，然后缺氧驱动巨噬细胞的多样性，促进肺癌细胞的侵袭、转移、血管生成和免疫逃逸[18-19]。IL-6 可以刺激巨噬细胞表达更高水平的IL-10，而IL-6 和IL-10通过信号转导及转录激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）活化，以IL-4 依赖的方式诱导TAM 向M2 型极化[20]。在非小细胞肺癌中，IL-6 通过CCL2/CCL5 通路诱导巨噬细胞渗透，抑制IL-6 的表达可以抑制TAM 诱导的肺癌侵袭和血管生成。

2.2 TAM 与TGF-β

TGF-β及其协同受体内皮糖蛋白在组织修复、血管生成和淋巴管生成中发挥了重要作用。单核细胞过渡到巨噬细胞的过程中内皮糖蛋白的水平增加。肿瘤细胞表达的TGF-β可能会抑制巨噬细胞极化为M1 型，并刺激成熟的巨噬细胞极化为M2 型。研究表明，TGF-β能够促使肿瘤细胞由上皮细胞型向间质细胞型转变，导致细胞间的黏附力下降，肿瘤细胞脱落进入间质，获得易于向远处转移的能力，并且提高Y 染色体性别决定区（sex determining region Y，SRY）-盒转录因子9（SRYbox transcription factor 9，SOX9）的表达，促进肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[21]。

2.3 TAM 与MMP

TAM 通过产生MMP（如MMP9 和MMP2）降解细胞外基质，从而诱导肺癌细胞的侵袭。研究表明，MMP9的表达与淋巴结转移、肿瘤进展和预后相关[22]。IL-10 能够诱导巨噬细胞增强MMP9 和MMP2 的表达，从而促进肿瘤细胞的侵袭和迁移[6]。另有研究表明，减少MMP 的表达可以抑制肺癌细胞的侵袭和迁移[23]。

2.4 TAM 与趋化因子

趋化因子是一类可溶性的细胞因子家族，其介导免疫逃逸和肿瘤细胞转移。有研究发现，肺癌中来自TAM 的CCL18、巨噬细胞炎症蛋白-3α（macrophage inflammatory protein-3α，MIP-3α）、CCL5、C-X-C 趋化因子配体8（C-X-C motif chemokine ligand 8，CXCL8）和CCL22，通过与其在肿瘤细胞中的同源受体结合在肺癌进展中发挥关键作用。研究表明，CCL22 在肺癌中高表达，并且是无进展生存期和肿瘤复发的预测标志物[24-26]。CXCL8是由TAM 分泌的M2 型巨噬细胞相关趋化因子，在肺癌中发挥重要作用。另有研究表明，CXCL8可以通过促分裂原活化的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）/NF-κB 和JAK 激酶2（Janus kinase 2，JAK2）/STAT3 信号转导途径促进肺癌侵袭和迁移[27-29]。因此，靶向CXCL8 的疗法可以抑制肺癌细胞的增殖、侵袭和迁移。

2.5 TAM 与促血管生成因子

TAM 通过产生促血管生成因子[如IL-8、VEGF、尿激酶型纤溶酶原激活物（urokinase-type plasminogen activator，uPA）等]在促进血管生成中发挥关键作用。TAM 的密度与非小细胞肺癌中的微血管计数有关。缺氧是TME 中TAM 的诱导剂，它可以诱导HIF-1 和HIF-2 的表达，而HIF-2 可能上调VEGF的表达[30-31]。此外，VEGF还是TAM的化学诱导剂，可形成正反馈通路，促进肿瘤血管生成[32]。

3 以TAM 为靶标的治疗方法

TAM 是肿瘤中白细胞浸润的主要成分，在肺癌的发展中具有重要作用，因此可以采用靶向TAM 的方法治疗肺癌。第一种策略是抑制巨噬细胞浸润，CSF1/集落刺激因子1 受体（colony stimulating factor 1 receptor，CSF1R）和CCL2/CCR2 信号通路可能诱导巨噬细胞募集，因此，阻断这些信号通路可能会减少TAM 浸润，逆转免疫抑制状态，而抗CCL2 治疗可能会加重肿瘤转移[33]。第二种策略是阻断TAM 极化为M2 型，目前很少有信号成分调节巨噬细胞的极化，包括TLR、STAT6和NF-κB。当有这些信号干预时，TAM 将失去替代性活化表型。第三种策略是将TAM 重新还原为M1 型或将M2 型转化为M1 型，目前有几种药物，如酵母β-葡聚糖免疫调节剂（BTH1677）、羟氯喹和塞来昔布，将M2 型TAM 转换为抗肿瘤表型或类似于M1 型的TAM。第四种策略是降低TAM 分泌的关键细胞因子的水平，如主要由M2 型TAM 产生的CCL18、CCL22 和MIP-3α[24]。降低或抑制这些细胞因子的表达，会导致TAM介导的促肿瘤能力下降[34]。

上文提供了有希望的治疗策略，但是需要注意一些相关问题及不良反应，包括特定药物的递送效率。纳米颗粒或基于纳米颗粒的药物递送能够确保药物到达肿瘤部位而没有脱靶活性，因此在调节巨噬细胞表型方面更加可靠和有效。纳米药物可介导巨噬细胞极化，从而增加药物吸收。据报道，姜黄素、黄芩苷和人参衍生的纳米颗粒在没有可辨别毒性的情况下可以促进TAM 极化[35-37]。与药物本身相比，其纳米粒子衍生物在全身循环中显示出较好的药代动力学和生物利用度，从而有助于抗肿瘤反应[38-39]。此外，在生产纳米颗粒的过程中使用的少数材料（如TiO2和Ag）可以使巨噬细胞优先朝向M1 表型发展。

巨噬细胞在体内发挥着双重作用，因此，消除或减少巨噬细胞不是一种合理的方法，相比之下，重塑巨噬细胞或靶向巨噬细胞分泌的致瘤细胞因子或趋化因子可作为治疗肺癌的首选策略。

4 小结与展望

综上所述，TAM在肺癌的发生发展中具有重要作用，其根据激活方式的不同，既可攻击肿瘤细胞而发挥抗肿瘤免疫作用，也可作为肿瘤促进剂引起免疫抑制，它们通过调节肿瘤生长、获得性免疫、间质形成和血管生成影响肿瘤进展和转移。对于这一系列过程的发生机制，目前已经开展了大量的相关研究，但具体的分子机制尚不明确，仍有待进一步探索。因此，需要更深入研究TAM的表型以及与肿瘤细胞的相互作用机制，为肺癌的免疫治疗提供新的思路，为临床新药的研发提供理论依据。