巨噬細胞-腫瘤發生髮展的雙刃劍

司少艷，解放軍第306醫院，特種醫學中心

腫瘤微環境是指腫瘤組織局部腫瘤細胞生長的內環境，由腫瘤細胞本身、間質細胞、免疫細胞、微血管以及細胞間質、組織液和浸潤其中的生物分子等共同組成。

腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophages，TAM）是浸潤在腫瘤組織中的巨噬細胞，是腫瘤微環境中最多的免疫細胞，可以分泌多種細胞因子，在腫瘤發生的初期，能夠識別並清除腫瘤細胞，但隨著腫瘤的發生髮展，又對腫瘤的生長、侵襲、轉移起著關鍵作用。

在腫瘤的發生髮展中TAM發揮著「雙刃劍」的作用。

1．TAM的來源

巨噬細胞來源於單核細胞：外周血中成熟單核細胞在血液中停留3~6天後，逸出血管進入組織或體腔內，在機體不同組織環鏡影響下發生形態和功能的變化，經5~9天發育為巨噬細胞，具有高度的異質性和可塑性。

血液中的單核細胞在腫瘤細胞、腫瘤間質細胞及免疫細胞分泌的趨化因子和細胞因子，如趨化因子（CC基序）配體（Chemokine (C-C motif) ligand，CCL）2、CCL3、CCL4、CCL5、CCL7、CCL8、趨化因子（C-X-C基序）配體（Chemokine (C-X-C motif) ligand，CXCL）12、單核細胞趨化蛋白質-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)、巨噬細胞集落刺激因子（Macrophage colony -stimulating factor，M-CSF）、血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板衍生生長因子（Platelet derived growth factor，PDGF）等的作用下，被募集到腫瘤細胞周圍，而成為腫瘤相關巨噬細胞。

單核-巨噬細胞

2．巨噬細胞的極化

受腫瘤微環境細胞因子的影響，巨噬細胞分化為不同類型的TAM，主要分為M1型和M2型，巨噬細胞向M1型和M2型分化的過程被稱之為極化。

2.1M1型TAM

自然殺傷細胞（NK）、輔助性T細胞（helper T cell，Th）1細胞等釋放的干擾素-γ（Interferon gamma，IFN-γ）、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（Granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）或細菌脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）均能夠活化巨噬細胞，使之形成M 1型巨噬細胞，此過程稱之為巨噬細胞的經典激活途徑。

M1型巨噬細胞的主要特點是高表達白細胞介素-12（Interleukin-12，IL-12）和IL-23，產生一氧化氮（NO）、活性氧（Reactive oxygen species，ROS）等殺傷分子、多種促炎細胞因子（IL-1、IL-6、IL-13和TNF-α等）及趨化因子（CCL2、CCL3、CXCL-10等），高表達誘導型一氧化氮合成酶（Inducible NO synthase，iNOS）、CD86。

高表達iNOS和膜蛋白CD86，以及分泌IL-12可以用於鑑定 M1型TAM。

2.2M2型TAM

Th2細胞和腫瘤細胞分泌的細胞因子IL-4、IL-10和轉化生長因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β），以及維生素D3、M-CSF 和攝護腺素E2（Prostaglandin E2，PGE2）則能夠誘導巨噬細胞活化形成M2型巨噬細胞，此過程被稱為巨噬細胞的替代激活途徑。

M2型 TAM分泌CCL17、CCL18、CCL20、CCL22、CCL24、CXCL-8、CXCL-9、CXCL-10等趨化因子，M-CSF、IL-4、IL-6、IL-10、IL-17、TGF-β等細胞因子和免疫抑制因子，生長因子如VEGF、PDGF、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF），以及基質重塑的酶類，如尿激酶型纖溶酶原激活物（Urokinase-type plasminogen activator，uPA）、基質金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinase，MMP）、組織蛋白酶等。

Arg-1、CD206和DECTIN-1是M2型TAM的表型特徵。

根據活化因子類型的不同，M2型TAM又分為M2a、M2b、M2c三個亞型。

腫瘤微環境招募巨噬細胞並影響其極化

3 TAM的功能

浸潤到腫瘤內的巨噬細胞TAM在腫瘤的發生髮展中發揮著「雙刃劍」的作用，M1型巨噬細胞具有殺傷腫瘤細胞的作用，而M2型巨噬細胞則表現為促進腫瘤生長。

TAM的極化與腫瘤微環境密切相關，在長期腫瘤微環境的作用下，TAM主要表現為M2型，與腫瘤生長、發展、侵襲和轉移密切相關。

巨噬細胞向M1型和M2型的極化具有可逆性和可調節性。

在腫瘤的各階段，M1 型和 M2 型 TAM 均存在; 早期以M1 型為主，中晚期以 M2 型為主。

隨著腫瘤的進展，M1 型逐漸向 M2 型極化，M2 型 TAM 數量的增多也提示著預後不良。

3.1 M1型TAM發揮抗腫瘤作用

M1型TAM能釋放多種促炎因子、免疫激活因子和趨化因子，通過急性促炎反應、免疫活化反應以及細胞吞噬功能，發揮抗腫瘤的作用：1）對腫瘤細胞的直接殺傷作用：M1型TAM通過細胞表型識別出不同於正常組織的腫瘤細胞，釋放出NO、ROS等，直接消滅腫瘤細胞；2）抗體依賴的細胞毒作用（Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）： M1型TAM在結合於腫瘤細胞表面抗體的引導下，將腫瘤細胞殺死；3）誘導特異性免疫應答：M1型TAM通過向T細胞提呈抗原，激活特異性免疫應答，調節並促進Th1型細胞免疫應答，有效地清除腫瘤細胞。

3 M2型TAM促進腫瘤的發生髮展

M2型TAM與腫瘤微環境的關係非常密切，腫瘤細胞培養的上清液可以誘導健康成人的單核細胞成熟並向 M2表型TAM分化，通過分泌免疫抑制因子、細胞因子和生長因子等，抑制T細胞的增殖和活化，調節並促進Th2型免疫應答，促進腫瘤細胞的生長、參與腫瘤血管新生和促進腫瘤的浸潤和轉移的作用。

3. 1 M2型TAM促進腫瘤細胞增殖

M2型TAM促進腫瘤細胞增殖主要分為直接促進和間接促進兩種方式。

首先，M2型TAM分泌細胞因子如IL-6、CXCL-8和 IL-10，直接促進腫瘤細胞的生長。

其次，M2型TAM還能阻斷iNOS 途徑，減少NO的合成，促進多胺類物質的產生，進而促進腫瘤細胞的增殖。

此外，M2型TAM分泌的IL-10、TGF-β能夠抑制細胞毒性T淋巴細胞和NK細胞的激活，降低二者對腫瘤細胞的殺傷作用，間接促進腫瘤細胞的增殖。

3.2 M2型TAM參與腫瘤微環境血管新生

腫瘤新生血管為腫瘤細胞輸送營養，對腫瘤細胞的生長至關重要，而M2型TAM在腫瘤血管新生過程中發揮重要作用。

M2型TAM通過分泌VEGF、PDGF、IL-17等促進腫瘤細胞新生血管的形成。

M2型TAM通過釋放MMP-2、MMP-9等物質降解細胞外基質，促進血管內皮遷移，誘導血管新生。

它還可以釋放許多血管活性物質如P物質、血管通透因子（VPF）、攝護腺素E（PGE）等增加血管的通透性，促進腫瘤的生長。

3.3

M2型TAM參與腫瘤細胞的浸潤和轉移

M2型TAM通過以下機制參與腫瘤細胞的浸潤和轉移：1）腫瘤血管內皮細胞基底膜的降解和損傷是導致腫瘤細胞浸潤和轉移的主要因素，M2型TAM可以通過分泌MMPs、組織蛋白酶和絲氨酸蛋白酶等，破壞內皮細胞的基底層和細胞間連接，調節細胞外基質的組成，促使腫瘤細胞的遷移。

2）分泌誘導MMP表達和激活的細胞因子，特別是MMP-9 和uPA受體。

3）MMP-7能夠增強核因子κB受體激活蛋白配體（receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）的釋放和激活，RANKL 具有促進腫瘤轉移的作用，而TAM在腫瘤的缺氧區域可以上調 MMP-7的表達。

4）誘導腫瘤細胞分泌 VEGF-C，促進腫瘤細胞的淋巴結轉移和浸潤，同時促進腫瘤微淋巴管的形成。

3.4 抑制免疫功能

M2型TAM介導的免疫抑制主要通過以下途徑實現：1）抑制T細胞的活性。

M2型TAM通過分泌IL-10、TGF-β等細胞因子，抑制正常抗原呈遞誘導的T細胞活化，以及T細胞的免疫防禦功能。

並促進調節性T細胞（Regulatory T cell，Treg）的分化，而Treg通過干擾抗原提呈細胞（Antigen presenting cells，APC）活化T細胞的能力，和分泌IL-10、TGF-β等免疫抑制因子，發揮免疫負調控的作用。

2）分泌一些趨化因子來募集那些無細胞毒功能的T細胞至腫瘤組織中。

如TAM通過分泌的CCL-17、CCL-18、CCL20、CCL-22募集Treg，進而發揮免疫抑制作用。

3）分泌攝護腺素E2、MMP-7等介質，使腫瘤細胞發生免疫逃避，使T細胞無法識別和殺傷它，造成腫瘤細胞的無限增殖。

3.5 TAMs與腫瘤化療多藥耐藥

腫瘤耐藥是化療治療失敗的主要原因，研究表明，TAMs與腫瘤細胞的耐藥性具有密切聯繫，去除腫瘤間質中的TAMs細胞可使胰腺癌細胞增強對吉西他濱的敏感性，其原因可能是TAMs上調了胞嘧啶核苷脫氨酶的表達水平。

有研究人員發現M2型TAM培養上清液能夠阻止紫杉醇作用的腫瘤細胞凋亡，從而引起化療耐藥，其耐藥機制的發生可能是通過IL-10/STAT3/Bcl-2信號轉導通路，TAMs通過分泌IL-10引起抗凋亡基因Bcl-2表達增高，使腫瘤細胞產生耐藥性。

TAMs 通過持續產生促血管生成因子，產生紊亂的血管網絡，而這種新生血管的通透性發生改變，能夠延緩化療藥物向腫瘤組織彌散，而影響化療藥物的療效。

4 以TAM為靶點的腫瘤治療

針對TAM 的治療方法主要有 2 種：一是要減少數量，包括減少腫瘤對 TAM 的募集和殺滅腫瘤局部的TAM；二是改變功能，包括誘導 TAM 重新分化和削弱其促腫瘤功能。

4. 1 針對 TAM 的募集

4. 1. 1 賓達利（ bindarit）

賓達利是一種吲唑類藥物，可以阻止趨化因子MCP-1 和CCL-2的合成，從而減少 TAM 的募集。

體內實驗證明，賓達利可以減少 TAM 的浸潤，其中給藥組小鼠腫瘤局部的 TAM 較對照組小鼠減少一半以上。

4. 1. 2 GS-1101

GS-1101 是一種激酶 PI3K p110δ抑制劑。

體外實驗表明，M-CSF 結合 TAM 表面的 M-CSFR後，激活TAM，分泌趨化因子和細胞因子，從而募集更多的巨噬細胞。

GS-1101 是M-CSF 結合 TAM 表面的 M-CSFR後，活化信號轉導分子 PI3K p110δ的抑制劑，可以減少 M-CSF 導致的 TAM 浸潤，並使細胞偽足數量大幅下降; 同時巨噬細胞對細胞外基質的浸潤程度也受到抑制。

4. 1. 3 睡眠

除藥物作用以外，睡眠也與 TAM 的聚集有關。

實驗者分別不斷用小吸塵器打擾正常小鼠睡眠 1 周，然後向它們接種腫瘤細胞。

與睡眠完整的小鼠比較，睡眠不足的小鼠 TAM 數量是睡眠完整的小鼠的 3 倍，同時腫瘤大小、重量及浸潤程度均明顯增大。

這個實驗提示我們擁有高質量睡眠在一定程度上也可以減少腫瘤的進展。

4. 2 抑制 TAM 存活

4. 4. 1 二磷酸鹽

在體內，二磷酸鹽通過內吞的方式進入細胞漿中，因此對內吞能力較強的細胞（ 如破骨細胞、巨噬細胞等） 具有較強的作用。

氯膦酸鹽和唑來膦酸都是二磷酸鹽，它們可以用於抑制 TAM 生長。

氯膦酸鹽對巨噬細胞具有細胞毒性，應用氯膦酸鹽可以使腫瘤體積減小，腫瘤生長受到抑制。

唑來膦酸（ zoledronic acid）可以直接殺傷 TAM。

4. 4. 2 細菌

近來研究表明，有些細菌可以靶向破壞巨噬細胞。

弗氏志賀桿菌（ Shigella flexneri） 通過靶向殺傷巨噬細胞從而感染機體，因此 Galmbacher 等希望能用這種機制減少 TAM 的含量。

他們將弗氏志賀桿菌的減毒株注射到荷瘤小鼠體內，觀察其是否可以選擇性誘導巨噬細胞的凋亡。

實驗者在異體移植的乳腺癌小鼠以及自發患乳腺癌的 MMTV-HEＲ2 轉基因小鼠靜脈注射了減毒株。

結果證明，減毒株確實可以靶向攻擊 TAM，激活了TAM的caspase-1通路，導致了TAM的凋亡。

4. 3 誘導 TAM 從 M2 表型分化為 M1 表型

多項研究表明，M2 /M1 的比值與腫瘤的預後呈明顯相關性，因此改變 M1 與 M2 細胞的比例對患者具有一定意義。

除了誘導 TAM 向 M1 型分化以外，M2 型巨噬細胞也具有重新極化成 M1 型的潛能。

NF-κB 的激活是誘導 TAM 向 M1 分化的重要因素之 一。

目前廣為人知的誘導藥物有LPS和IFN-γ，它們通過NF-κB的激活，導致多種細胞因子和白介素的分泌，從而促使TAM向M1型發展。

近年來科學家們又研究出新的藥物誘導巨噬細胞的分型。

Huang等證明，陽離子聚合物聚乙烯亞胺（peipolyethyleneimine，PEI）可以改變TAM的分化，並且促進IL-12的表達、減少IL-10的含量。

富含組胺的糖蛋白（histidine-rich glycoprotein，HＲG）可誘導M2轉變為M1，使腫瘤周圍血管正常化，並激發抗腫瘤免疫。

當實驗者在腫瘤細胞中用轉基因的方法使HRG過表達並培養17d後，可以發現腫瘤平均體積縮小為二分之一；同時腫瘤的重量和遷移指數也可減少至原來的一半以下。

因此HRG是誘導TAM分化的有效藥物之一。

4.4阻斷M2型TAM的促腫瘤效應

TAM激活後，通過JAK2 /STAT3 信號通路，下調與炎症反應和腫瘤免疫相關基因的表達，抑制巨噬細胞的吞噬和殺傷能力，並且導致經過誘導的巨噬細胞不能刺激CD4+ Th細胞分泌IL-2和IFN-γ，使CD8+ CTL的不能增殖，從而抑制T細胞的增殖和抗腫瘤免疫反應。

白藜蘆醇的小分子類似物RSVA314和RSVA405均可有效阻斷STAT3，從而減弱TAM的促腫瘤效應。

5. 小結和展望

大量的臨床研究和基礎研究提示TAM與腫瘤的發生髮展和轉移呈正相關，減少TAM的數量可以有效的抑制腫瘤的發展並延長腫瘤患者的生存期。

這使得TAM成為腫瘤治療中一個非常具有前景的靶細胞。

但是在這一領域還有許多問題有待闡明，相信隨著研究的深入，以TAM為靶細胞的治療方案將逐漸成熟，並發展成為提高腫瘤生物治療的有效手段。