腫瘤相關巨噬細胞在肺癌發生、發展中的作用

丁怡睿 何夢鈺 蔡清 王艷麗 孔輝 解衛平

南京醫科大學第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科210029

肺癌是常見的惡性腫瘤之一,盡管肺癌治療手段在不斷發展進步,如化療方案的完善、針對驅動基因的靶向治療、抗血管生成治療、免疫檢查點抑制劑的應用以及上述不同治療方法的聯合等明顯改善了大多數肺癌患者預后,但晚期患者預后仍然不樂觀[1]。

近年來, 與免疫相關的腫瘤微環境 (t u mor microenviron ment,T ME)的研究受到越來越多的重視。T ME由腫瘤細胞、基質細胞和募集的免疫細胞及它們的產物 (如細胞因子和趨化因子)組成,是腫瘤賴以生存和發展的微生態系統[2]。巨噬細胞是免疫防御過程中重要的效應細胞,具有高度異質性和可塑性,隸屬于單核巨噬細胞系統。浸潤于腫瘤組織的巨噬細胞稱為腫瘤相關巨噬細胞(tu mor-associated macrophages,TA Ms),是T ME 中浸潤性免疫細胞的主要成分,可通過多種途徑促進肺癌的生長、侵襲及遠處轉移[3]。研究提示,肺癌組織中TAMs的浸潤水平和極化狀態,與肺癌的治療效果及患者預后顯著相關[4-7]。針對TAMs行靶向治療或與化療、PD-1/PD-L1免疫治療聯合,在動物實驗中展現出巨大的治療潛力[8-10]。本文就TA Ms的生物學特性和在肺癌發生、發展中的作用以及在免疫治療中的價值進行綜述。

1 TAMs的生物學特性

1.1 肺的巨噬細胞 以往認為,肺巨噬細胞來源于骨髓造血干細胞。骨髓造血干細胞分化為單核細胞釋放至外周血,進入局部組織后轉變為巨噬細胞并發揮作用,稱為骨髓來源巨噬細胞[11]。

有研究表明,肺組織中的巨噬細胞實際在胚胎發育時期已經形成[12]。在小鼠胚胎發育過程中,巨噬細胞通過兩次遷移定植于肺部[13],第一次遷移起源于卵黃囊的原始造血,高表達F4/80;第二次遷移起源于胎兒肝臟單核細胞,表達Mac2且無/低表達F4/80。出生后1周內,Mac2+巨噬細胞通過GM-CSF 依賴性過程分化成肺泡巨噬細胞;F4/80+巨噬細胞則與骨髓來源的巨噬細胞共同組成肺間質巨噬細胞。

肺泡巨噬細胞主要位于肺泡腔,表面標志物Siglec F+CD11b-CD11c+;肺間質巨噬細胞主要位于支氣管血管束間質中,表面標志物Siglec F-CD11b+CD11c+[14]。一般情況下,肺泡巨噬細胞、肺間質巨噬細胞生存周期較長,通過自我更新維持平衡,兩者因起源不同而無法進行相互轉化。炎癥反應時,肺部巨噬細胞群的穩態被破壞,外周血單核細胞進入受損部位,分化為與肺泡巨噬細胞或肺間質巨噬細胞有相似表型的骨髓來源巨噬細胞[15]。而在肺癌中,不同巨噬細胞亞群在肺TA Ms 生成中的作用尚不明確。

1.2 TA Ms Gibbings等[16]在小鼠肺癌模型中觀察到,腫瘤部位肺間質巨噬細胞的數量隨腫瘤生長顯著增加,提示肺間質巨噬細胞是TA Ms的重要來源,肺泡巨噬細胞則僅在正常的肺泡組織中被觀察到,可能是在肺癌進展期間,肺泡巨噬細胞逐漸消除或發生表型改變。

Zhou等[17]對小鼠肺癌模型研究發現,循環單核細胞可被募集至腫瘤組織,分化為TA Ms。腫瘤細胞分泌的趨化因子 (如CCL2、CXCL12a),IL (如IL-1β)以及細胞因子 (如CSF-1、VEGFA),分別激活單核細胞膜上的G 蛋白耦聯受體、Toll樣受體/IL-1受體和受體酪氨酸激酶,經下游PI3 Kγ通路激活細胞表面的整合素α4β1,使整合素構象發生改變,配體結合位點顯露[18]。單核細胞膜上激活的整合素α4β1易與血管內皮上的細胞黏附分子VCA M-1 結合,使單核細胞緊密黏附于血管壁,進入腫瘤組織后在信號分子作用下分化為TAMs?；罨木奘杉毎洸煌盘柗肿哟碳た煞只癁椴煌慕M織特異性表型。目前的研究顯示,小鼠肺癌組織中的TA Ms主要起源于肺間質巨噬細胞和外周循環血中的單核細胞。

1.3 TAMs的極化 巨噬細胞具有可塑性,在不同微環境的作用下分化為不同的表型和功能。經典活化型 (M1型)和替代活化型 (M2型)分別代表了巨噬細胞促炎和抗炎兩種極化狀態[19]。

脂多糖、γ-干擾素等細胞因子激活巨噬細胞Notch 1-RBP-Jκ通路[20]及JAK-STAT1通路[21],上調M1型相關基因的表達,誘導M1 型巨噬細胞活化?；罨蟮腗1 型TA Ms表面MHCⅡ升高,提呈抗原功能增強;激活誘導型一氧化氮合酶產生一氧化氮;并分泌IL-1β、腫瘤壞死因子α、IL-12、IL-18和IL-23等促炎因子,促進T 細胞募集活化,抑制腫瘤生長。

IL-4、IL-10、IL-13 等細胞因子激活巨噬細胞JAKSTAT6通路[21]及PI3 Kγ-Akt-mTOR 通路[22],抑制NF-κB通路,誘導巨噬細胞向M2 型極化。M2 型TAMs高表達CD206、CD163、CD200 R,并分泌多種抗炎細胞因子,具有抑制炎癥反應、促進血管生成、誘導上皮間充質轉化和基質重塑、以及促進腫瘤生長等作用。

在肺癌發生、發展過程中,巨噬細胞的極化不能簡單地進行二元區別。巨噬細胞同時暴露于促炎信號和抗炎信號,形成M1、M2 混雜的TA Ms群[19]。肺癌早期,大多數TAMs經過經典激活途徑表現出M1表型,隨著腫瘤生長和炎癥反應持續,腫瘤區域出現缺氧和乳酸積累,通過HIF-1α促進巨噬細胞VEGF和精氨酸酶1表達,誘導浸潤的巨噬細胞向M2型轉換[23],從而抑制機體對肺癌的免疫殺傷作用。對非小細胞肺癌手術標本進行免疫組織化學雙染色,結果顯示約70%的TA Ms呈現為M2 型[4],這些TA Ms的抗原遞呈及腫瘤殺傷能力減低,而促血管生成和基質重塑的能力增強。

2 TAMs在肺癌發病機理中的作用

2.1 抑制腫瘤免疫 機體可通過天然和獲得性免疫抑制腫瘤的發生、發展,而腫瘤細胞可通過多種機制逃避機體免疫的識別和攻擊。TA Ms抑制抗腫瘤免疫涉及如下機制:(1)腫瘤細胞產生IL-10,誘導TAMs 表面PD-L1 表達[24],與T ME 中T 細胞表面的PD-1結合,抑制細胞毒性T 細胞功能; (2)TA Ms產生CCL22可募集調節性T細胞至T ME中,抑制效應T 細胞的活化和功能[25]; (3)TA Ms產生Arg-1可將L-精氨酸催化水解為尿素和L-鳥氨酸,抑制細胞周期蛋白D3和細胞周期蛋白依賴性激酶4的上調,使T 細胞周期停滯于G0/G1期而無法增殖[26]。

2.2 促進腫瘤血管形成 TA Ms可釋放VEGF、CXCL8等促血管生長因子和趨化因子至無血管區域,促進腫瘤血管生成。其中VEGF作用最強、特異性最高,不僅可以促進血管內皮細胞的增殖和血管新生,還可以增加血管的滲透性,有利于腫瘤細胞游離至血管外[27],從而促進肺癌的侵襲和轉移。

2.3 增強肺癌細胞侵襲、轉移能力 Wang 等[28]研究表明,將巨噬細胞和多個非小細胞肺癌細胞株體外共培養,這些肺癌細胞的基質降解活性和侵襲能力均增加,提示了TA Ms在非小細胞肺癌侵襲和轉移過程中發揮重要作用。肺癌細胞產生CSF-1 和CCL2 等趨化因子,募集大量TA Ms至血管周圍。TAMs通過合成基質金屬蛋白酶等蛋白水解酶破壞基質,使肺癌細胞從基底膜破裂處遷出向外周侵襲、遷移。此外,TAMs還可促進膠原纖維形成,肺癌細胞沿著膠原纖維快速向血管遷移,進入循環系統,從而提高肺癌細胞的轉移效率[29]。

3 TAMs在未來肺癌治療中的價值

TA Ms在肺癌發生、發展中可能發揮了重要作用,因此TA Ms可作為肺癌治療的靶標,可能通過如下途徑抑制肺癌的發生、發展:抑制TAMs募集、誘導TAMs凋亡、改變TA Ms表型。

3.1 抑制TA Ms募集 調控趨化因子及相應受體進而抑制TA Ms募集是TA Ms靶向治療重要策略。目前已發現多對與TAMs募集相關的趨化因子及受體,CCL2/CCR2 是其中研究最深入的一對。在小鼠Lewis肺癌模型中,敲除宿主CCR2基因,或給予CCR2拮抗劑RS504393,均可減少TA Ms募集,促進TA Ms向M1型極化,抑制肺癌的生長和轉移[8]。CSF-1/CSF-1 R 具有相似效應,Salvagno等[9]研究發現阻斷CSF-1 R 能夠減少腫瘤中TA Ms浸潤,提高乳腺癌模型中順鉑療效。目前以CSF-1R 為靶點的抑制劑正作為單藥或與免疫檢查點抑制劑聯合,用于治療晚期實體腫瘤的臨床試驗中。

3.2 誘導TA Ms 凋亡 對于已經存在于T ME 中的TA Ms,抑制其存活是抑制腫瘤生長的有效方法?？鼓[瘤藥物Trabectedin可通過TRAIL受體激活外源性凋亡途徑,減少小鼠Lewis肺癌模型體內的TA Ms,但會影響單核巨噬細胞介導的宿主防御功能[30]。因此,限制藥物不良反應對于開發TAMs相關特異性藥劑非常重要。Lee等[31]將蜂毒肽與促細胞凋亡肽d (KLAKLAK)2 (d KLA)融合成MEL-d KLA。MEL-d KLA 兼具MEL優先與CD206結合以及d KLA 破壞胞內線粒體膜的特點,誘導CD206+M2 型TA Ms細胞凋亡,降低小鼠Lewis肺癌模型腫瘤生長和血管生成,但對M1型巨噬細胞及其他白細胞沒有顯著影響。這一發現為選擇性抑制TAMs存活提供了新思路。

3.3 改變TA Ms表型 此外,誘導TA Ms向促炎型轉化是腫瘤免疫治療的重要研究方向。TA Ms表型向M1型轉化與腫瘤患者和小鼠腫瘤模型的生存率增加有關[22],動物研究發現改變TA Ms表型主要涉及以下3 條信號通路。(1)PI3K/Akt通路:基因敲除或抑制劑阻斷TAMs 中PI3 Kγ信號通路,可以刺激并延長NF-κB 活化,同時抑制C/EBPβ,增強促炎因子的表達,抑制小鼠Lewis肺癌模型中腫瘤的生長、轉移,提高存活率[18]。PI3 Kγ抑制劑與免疫檢查點抑制劑協同治療,能夠抑制腫瘤生長,延長小鼠生存期[10]。 (2)JAK/STAT 通路:在小鼠自發性結直腸癌模型中,敲除STAT3 使TAMs向M1 再極化,細胞毒性T 細胞浸潤增加,腫瘤負荷降低[32]。該目標通路的另一個重要靶點是JAK,JAK1抑制劑Baricitinib和JAK1/2抑制劑Ruxolitinib在臨床分別用于治療類風濕性關節炎和骨髓纖維化,有望在癌癥免疫治療方面取得新進展。 (3)Notch通路:TLR 激動劑如poly (I∶C)可以迅速激活促炎因子,使巨噬細胞向M1極化[33]。但另一方面它誘導巨噬細胞表達PD-L1,發揮炎癥抑制作用。PD-1 阻斷劑與TLR 激動劑聯合使用對實體腫瘤的療效正在研究中。

4 結語

綜上所述,TA Ms在肺癌發生、發展中可能發揮了重要作用,肺癌組織中TAMs的浸潤水平、極化狀態與患者預后密切相關。進一步闡明肺癌患者TA Ms的生物學特征,揭示肺癌發生、發展過程中TAMs的來源、信號轉導、免疫功能和代謝特點,在肺癌的治療中具有重要意義。TA Ms及其相關分子可能是未來肺癌免疫治療中的新靶點。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突