腫瘤相關巨噬細胞起源的研究進展

白帥綜述，趙鋼審校

（天津醫科大學腫瘤醫院胃腸腫瘤生物學實驗室，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市“腫瘤防治重點實驗室，天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心，天津 300060）

腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）在腫瘤的發生、發展、侵襲、轉移以及免疫抑制微環境和血管的生成等方面發揮重要作用[1]。多年來，人們一直認為TAMs僅起源于單核細胞，即外周循環的單核細胞經血管內皮細胞浸潤到腫瘤組織內，隨后在腫瘤微環境的作用下發育為TAMs。近年來對TAMs起源的深入研究發現，在腫瘤微環境中，除單核細胞源性的TAMs外，還存在胚胎起源的TAMs。但在不同腫瘤中，其起源、表型與功能仍存在爭議。本文對TAMs的起源及其與M1/M2型巨噬細胞的關系和TAMs作為治療靶點的相關研究進行了綜述。

1 TAMs的起源

TAMs是腫瘤微環境中數量最多的免疫細胞之一[2]，并被認為僅是骨髓單核細胞起源。在外周單核細胞進入腫瘤組織的過程中，趨化因子CCL2及其受體CCR2發揮了關鍵作用，并且阻斷CCL2/CCR2信號會導致TAMs的數量大幅減少，這支持了單核細胞起源的觀點。但是刪除CCR2并不能完全清除巨噬細胞，提示可能存在TAMs起源的異質性，即非單核細胞起源。

1.1 肺TAMs的起源 肺癌相關巨噬細胞同時存在單核細胞來源和胚胎來源。過去的研究認為，肺癌相關巨噬細胞僅起源于單核細胞。因為在非小細胞肺癌的Lewis肺癌模型中發現被標記的單核細胞分化為TAMs。如在KrasLSL-G12D/+p53fl/fl遺傳小鼠模型中，熒光標記的單核細胞前體細胞在腫瘤進展過程中分化為巨噬細胞。但后來的研究發現，除單核細胞來源外，也存在胚胎起源[3]。正常肺組織常駐巨噬細胞包括間質巨噬細胞（IMs）和肺泡巨噬細胞（AMs）。在腫瘤微環境中，AMs隨腫瘤進展逐漸減少，并最終局限于癌旁的正常組織中；但IMs（Ly6ChighCD64+FLT1+VCAM1+）以不依賴CCR2的方式，在腫瘤組織中逐漸增多。除腫瘤組織外，IMs還主要分布于大氣道與胸膜附近的正常肺組織中，提示其分布依賴解剖部位。譜系示蹤實驗進一步提示IMs由紅系髓系祖細胞（EMPs）發育而來，并在胚胎期遷移到肺組織中，所以IMs即為肺癌中胚胎起源的TAMs。單核細胞來源的TAMs以依賴CCR2的方式，逐漸募集單核細胞到腫瘤微環境中，并發育為TAMs（Ly6ClowCD64+FLT1+）。在腫瘤后期，單核細胞來源的TAMs逐漸成為數量最多的TAMs亞群。不同起源的TAMs功能是有差異的。單核細胞來源的TAMs可以促進腫瘤的擴散，而胚胎來源的TAMs會促進腫瘤的生長，但是經過化學治療藥物（環磷酰胺）清除這兩個來源的TAMs后，新浸潤的單核細胞來源的TAMs可以發揮清除腫瘤細胞的作用[4]。

1.2 腦TAMs的起源 腦惡性腫瘤的研究主要集中在最常見的神經膠質瘤。目前的研究結果提示，神經膠質瘤中的TAMs是雙重起源，包括單核細胞源性的TAMs和小膠質細胞源性的TAMs，但此前有彼此相矛盾的研究結果。過去的研究認為，腦腫瘤中的TAMs僅為單核細胞來源，或僅為小膠質細胞衍生而來。這種矛盾的結果可能是由于實驗方法所致。因為過去為避免血-腦屏障的影響，所采用的區分小膠質細胞和單核細胞源性TAMs的方法是，先使用射線破壞受體的骨髓造血系統，再將被標記的骨髓造血細胞移植到受體中，進而觀察被標記的單核細胞在腦部腫瘤組織中的浸潤情況[5-6]。但射線照射會破壞小鼠的血-腦屏障，并造成免疫系統的紊亂，以及腦組織中免疫細胞的非特異性浸潤，進而影響實驗的準確性。隨著實驗技術的不斷發展，Bowman團隊利用譜系示蹤技術和神經膠質瘤小鼠模型，在沒有輻射的情況下，證實了TAMs并非單一起源，而是包括小膠質細胞和單核細胞起源的TAMs。要指出的是，小膠質細胞起源于胚胎期祖細胞，而單核細胞起源于造血干細胞。這兩群TAMs的轉錄譜和表觀遺傳景觀差異明顯，并可以CD49d作為區分的標志物[7]。在此基礎上，Müller團隊進一步對患者的神經膠質瘤標本進行單細胞測序研究，結果發現，在腫瘤微環境中存在兩個TAMs亞群：小膠質細胞來源的巨噬細胞、來自外周血的單核細胞源性的TAMs。單核細胞源性的TAMs分泌更多的免疫抑制細胞因子，并主要分布于血管和腫瘤壞死灶附近，且與低級別神經膠質瘤的總體生存率不佳顯著相關。小膠質細胞源性的TAMs分布于腫瘤浸潤的前緣，并與預后無關。這提示單核細胞源性的TAMs可能是潛在的免疫治療靶點[8]。

1.3 胰腺TAMs的起源 胰腺惡性腫瘤中的TAMs包括單核細胞與胚胎期祖細胞雙重起源。有研究利用p48-CRE+Lox-Stop-Lox（LSL）-KrasG12Dp53flx/+胰腺癌小鼠模型以及譜系示蹤和轉錄測序技術，觀察了胰腺癌相關巨噬細胞的起源與功能[9]。其結果分析發現，胰腺癌組織中同時穩定存在單核細胞起源和胚胎起源的TAMs，而且在腫瘤進展過程中兩群細胞數量均會增加。單核細胞來源的TAMs與抗原呈遞作用更相關。胚胎來源的TAMs具有更強的增殖活性，并可通過沉積和重塑細胞外基質來促進胰腺癌的間質纖維化。間質纖維化不僅是胰腺癌的顯著特征，也是化學治療藥物滲透效率低下的主要原因。此外，不同來源的巨噬細胞對胰腺癌進展的影響不同，當耗竭單核細胞起源的巨噬細胞后，腫瘤進展不會受影響；而當耗竭胚胎來源的組織巨噬細胞后，腫瘤的進展被顯著抑制。

1.4 乳腺TAMs的起源 在MMTV-PyMT自發性乳腺癌小鼠模型中，腫瘤微環境中的巨噬細胞存在兩個亞群，分別是MH CIIhighCD11blowTAMs以及MHCIIhigh－CD11bhigh乳腺組織巨噬細胞（mammary tissue macroph ages，MTMs），這兩群細胞均源于外周CCR2+單核細胞，并且其分化為TAMs依賴Notch信號通路[10]。此外。隨著腫瘤的進展，越來越多的TAMs通過增殖來擴大細胞數量，而MTMs因增殖活性較低，其比例并隨著腫瘤的進展而逐漸降低。該研究提示，在腫瘤進展過程中，單核細胞的浸潤和TAMs的原位增殖均發揮維持巨噬細胞數量的作用。在另一種自發性乳腺癌模型MMTV-Neu中，也發現了兩個TAMs亞群（CD11bhighF4/80lowMHCIIhigh和CD11blowF4/80highMHCIIlow），而且均來自單核細胞，其中CD11blowF4/80highMHCIIlow依賴增殖維持細胞數量[11]，這與MMTVPyMT模型中的發現相似。此外，在乳腺癌患者中也發現TAMs具備增殖能力，并且其數量與CCL2（CCR2的配體）水平顯著相關，表明TAMs在人乳腺癌中同時依賴原位增殖和單核細胞浸潤[12]。

2 TAMs起源于M1/M2型巨噬細胞的關系

組織中的巨噬細胞具有很強的可塑性，在不同微環境中可表現出明顯的功能差異。目前普遍認為，巨噬細胞主要分為M1型即經典活化的巨噬細胞，和M2型即替代性活化的巨噬細胞。M1型巨噬細胞具有很強的抗原提呈功能，并且可以通過分泌白細胞介素（IL）-2、IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子（TNF）等細胞因子及CCL2、CXCL9等趨化因子激活輔助性T細胞1型免疫反應。因此，M1型巨噬細胞是機體內發揮免疫防御功能的效應細胞。M2型巨噬細胞具有IL-12低表達（IL-12low）、IL-10高表達（IL-10high）、IL-1受體拮抗劑高表達（IL-1rahigh）、IL-1假受體高表達（IL-1decoyRhigh）的表型特征，并分泌趨化因子CCL17、CCL22，其抗原提呈功能低下，并會抑制機體獲得性免疫反應，但同時具有促進組織修復及血管生成的作用[13]。TAMs低表達主要組織相容性復合體（MHC）Ⅱ類分子，高表達免疫抑制細胞因子，如IL-10、轉化生長因子-β（TGF-β）等，并且抗原提呈功能低下，因此通常認為TAMs與M2型巨噬細胞具有相似的表型特征及功能特點[14]。隨著對TAMs起源的深入研究，發現了更多不同標記特征的TAMs[15]。在肺癌小鼠模型中，不論是胚胎起源的TAMs（Ly6ChighCD64+FLT1+VCAM1+）還是單核細胞起源的TAMs（Ly6ClowCD64+FLT1+），均不能定義為單一的M1或M2型巨噬細胞，而可能是M1或M2型的混合體[16]。神經膠質瘤中，單核細胞與小膠質細胞起源的TAMs均有很大比例的TAMs同時表達M1和M2型的特征分子。但單核細胞來源的TAMs免疫抑制基因表達水平更高，并且其細胞代謝依賴三羧酸循環，因此更接近M2型巨噬細胞[8]。在胰腺癌小鼠模型中，胚胎起源的TAMs低表達MHCⅡ類分子，并會促進腫瘤進展，提示與M2型巨噬細胞類似；而單核細胞來源的TAMs高表達MHCⅡ類分子，提示更接近M1型巨噬細胞[17]。在自發性乳腺癌模型（MMTV-Neu）中，單核細胞起源的CD11blowF4/80highMHCIIlowTAMs與M2型巨噬細胞有相似的基因表達譜，但尚不清楚其功能特點[11]。在MMTV-PyMT乳腺癌小鼠模型中，MHCIIhighCD11blowTAMs可以促進腫瘤的生長，但卻不表達M2型巨噬細胞的特征分子（如CD206）。

3 TAMs作為腫瘤治療的靶點

鑒于TAMs在腫瘤進展中起著至關重要的促進作用，靶向TAMs已成為新的抗腫瘤治療策略（見表1）。循環單核細胞的浸潤高度依賴CCL2-CCR2信號，因此抑制該信號可以減少TAMs的細胞數量。目前CCR2抑制劑已進入臨床試驗，如CCX872-B、PF-04136309、MLN1202和BMS-813160等[18]。在一項胰腺癌的Ⅰb期臨床試驗（NCT01413022）中，CCR2抑制劑（PF-04136309）與FOLFIRINOX（奧沙利鉑、伊立替康、亞葉酸鈣蛋白和氟尿嘧啶組成的化學治療方案）聯合方案，可以將患者的化學治療反應率提高40%[9]。集落刺激因子1受體（CSF1R）對巨噬細胞的生長、分化至關重要，因此成為最早開發的靶點之一。在小鼠動物模型中，CSF1R抑制劑與放療或化學治療相結合可改善T細胞的免疫反應[19]。CSF1R拮抗劑可以高效清除人和小鼠腫瘤中的TAMs，但可能因為存在代償機制，其臨床療效非常有限[17]。在一項關于晚期胰腺癌患者的2期臨床試驗中，CSF1R單克隆抗體（cabiralizumab）、納武利尤單克隆抗體（nivolumab）及化學治療的聯合方案與單獨化學治療相比，并沒有改善患者的無進展生存期（NCT03336216）。CD 47在腫瘤中廣泛表達，當與巨噬細胞表面的信號調節蛋白α（SIRPα）結合，可以抑制巨噬細胞的吞噬功能。目前靶向CD47-SIRPα的多項臨床試驗正在進行中[20]。Magrolimab亦稱Hu5F9-G4，是抗人CD47單克隆抗體。在一項Magrolimab與化學治療藥物阿扎胞苷（Azacytidine）聯合的Ⅰb期臨床試驗中，高危骨髓增生異常綜合征（MDS）的客觀緩解率（objective response rate，ORR）高達92%，而急性髓系白血病（AML）患者的ORR也可達到64%。神經膠質瘤小鼠模型在應用CD47抑制劑后，小膠質細胞衍生的TAMs介導的不良反應較輕，且其吞噬效率比單核來源的TAMs更高。提示CD47與單核來源TAMs的聯合靶向治療是潛在有效的治療策略[21]。此外，有研究證實，TAMs表面的程序性細胞死亡蛋白-1（PD-1）表達水平隨腫瘤生長而增加，并且PD-1+的TAMs主要是單核細胞來源的。因此PD-1可能是靶向TAMs的潛在靶點[7]。靶向TAMs將是抗腫瘤綜合治療的重要一環，但目前仍面臨許多挑戰，比如治療有效性與不良反應之間如何平衡？如何找到更有效的特異性靶點等。因此多角度、多層面深入地了解TAMs的特征，如起源、功能、時空分布等，可以為精準治療提供重要線索。

表1 巨噬細胞靶向治療的臨床試驗匯總

4 結語與展望

現有的研究結果已可以證實腫瘤微環境中巨噬細胞的起源、表型與功能存在異質性，但對TAMs起源與發育的研究仍處在初步階段，因為仍有許多的未知需要探索，如除上述外的其他類型腫瘤中巨噬細胞的起源及維持細胞亞群的機制，不同起源的巨噬細胞亞群之間特異性的譜系標志物和功能標志物，不同亞群在腫瘤組織內的時空分布以及對化學治療、放射治療、免疫治療的影響，不同亞群在腫瘤原發部位與轉移部位之間的差異等。盡管如此，目前的研究結果已經提示，以不同起源TAMs為基礎，開發臨床預測模型，并制定針對性的免疫治療策略是有希望的。因此，深入研究TAMs的起源，不僅對理解免疫系統的復雜性有重要意義，而且將為腫瘤的基礎與臨床研究奠定更堅實的基礎。