腫瘤炎性微環(huán)境及其對(duì)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞抑制的研究進(jìn)展

劉麗榮，劉譯鴻綜述 張海波審校

19世紀(jì)中葉德國(guó)病理學(xué)家Virchow提出腫瘤起源于慢性炎性反應(yīng)這一假說(shuō)，并提出腫瘤的一個(gè)關(guān)鍵特征是腫瘤中存在大量的白細(xì)胞，為炎性反應(yīng)在腫瘤發(fā)生過(guò)程中的重要性提供了證據(jù)。目前普遍認(rèn)為慢性炎性反應(yīng)可以增加罹患腫瘤的危險(xiǎn)性，大約25%成人腫瘤由慢性炎性反應(yīng)引起。因此，炎性反應(yīng)被稱為“癌癥的第七大特征”?，F(xiàn)在大量的試驗(yàn)和臨床證據(jù)發(fā)現(xiàn)炎性反應(yīng)應(yīng)答和它們?cè)谀[瘤發(fā)展不同階段的作用有著重要的關(guān)系。腫瘤細(xì)胞、特異的免疫細(xì)胞各亞型、間質(zhì)細(xì)胞之間動(dòng)態(tài)聯(lián)系對(duì)腫瘤發(fā)展有著關(guān)鍵性作用，而以此作為腫瘤治療的靶點(diǎn)有著潛在的重大意義。

1 腫瘤炎性微環(huán)境

目前認(rèn)為癌癥其中一個(gè)特征是伴有慢性炎性反應(yīng)，而腫瘤相關(guān)的炎性反應(yīng)又將促進(jìn)慢性炎性組織向腫瘤組織轉(zhuǎn)化，并維持已發(fā)展腫瘤的疾病進(jìn)展[1]。流行病學(xué)證據(jù)證實(shí)，由于持續(xù)感染(如乙型或丙型肝炎病毒、人類乳頭瘤病毒)或無(wú)菌炎性反應(yīng)(吸煙、石棉)引起的慢性炎性狀態(tài)都與腫瘤負(fù)荷有關(guān);相反，通過(guò)藥物抑制炎性細(xì)胞及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，或通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的基因消融，均可降低腫瘤的發(fā)生率和進(jìn)展程度[1-2]。炎性反應(yīng)的主要來(lái)源是先天免疫細(xì)胞，即存在于腫瘤微環(huán)境中的巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages, TAMs)，此為先天免疫細(xì)胞介導(dǎo)的炎性反應(yīng)外在發(fā)生途徑；并且腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子和反應(yīng)性介質(zhì)也是其中的主要來(lái)源，尤其是在異常遺傳所導(dǎo)致的原癌基因的激活或抑癌基因的失活，此為癌基因和癌細(xì)胞介導(dǎo)的內(nèi)在途徑[1-2]。通常情況下，這2種途徑在腫瘤炎性微環(huán)境形成過(guò)程中具有明顯的共同作用。例如，共同特征是產(chǎn)生IL-1、TNF、IL-6類原發(fā)性炎性細(xì)胞因子，以及激活 NF-κB和STAT3 等炎性反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子，并產(chǎn)生其他介質(zhì)，如細(xì)胞因子、趨化因子、生長(zhǎng)因子和酶，通過(guò)增加腫瘤部位白細(xì)胞的募集進(jìn)一步刺激炎性反應(yīng)。因此，當(dāng)炎性反應(yīng)級(jí)聯(lián)激活時(shí)，會(huì)建立一個(gè)前饋回路，其中產(chǎn)生可導(dǎo)致組織損傷的反應(yīng)因子，同時(shí)刺激組織再生。此外，持續(xù)暴露于活性氧和活性氮(ROS、RNS)可誘導(dǎo)惡性細(xì)胞的表觀遺傳改變、抑制DNA修復(fù)機(jī)制、積累DNA 突變，最終有利于轉(zhuǎn)化細(xì)胞的增殖潛能[3-4]。

腫瘤微環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的和失調(diào)的部位，即使是免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等正常細(xì)胞也會(huì)受到腫瘤細(xì)胞及其分泌物的嚴(yán)重影響。在腫瘤組織中，結(jié)締組織支架結(jié)構(gòu)、細(xì)胞外基質(zhì)成分和蛋白水解酶與正常組織相差很大，越來(lái)越多研究提示它們是腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移的主要參與者，以及與免疫細(xì)胞一起構(gòu)建炎性反應(yīng)微環(huán)境[5-6]。

腫瘤微環(huán)境中炎性反應(yīng)信號(hào)的持續(xù)激活是隨著組織穩(wěn)態(tài)和結(jié)構(gòu)破壞的侵襲進(jìn)展而產(chǎn)生的。正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞來(lái)源的細(xì)胞應(yīng)激分子、凋亡或壞死物質(zhì)的釋放代表了引發(fā)巨噬細(xì)胞刺激和M2 極化的另一個(gè)因素，用于組織修復(fù)激活和成纖維細(xì)胞募集[7-9]。慢性炎性反應(yīng)與葡萄糖濃度、缺氧、iNOS、趨化因子(例如CCL2)和TGFβ的改變，協(xié)同成纖維細(xì)胞募集和纖維化過(guò)程激活，這是一種常見(jiàn)的病理生理變化[10-11]。這些變化也可以在腫瘤微環(huán)境及其組織重構(gòu)的漸進(jìn)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，遵循偽傷口愈合程序[12-13]。

組織的硬化有助于改變上皮細(xì)胞行為，誘導(dǎo)上皮細(xì)胞向間質(zhì)的轉(zhuǎn)變，并通過(guò)與整合素的相互作用，刺激促進(jìn)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞骨架變化。 即使是ECM儲(chǔ)存的TGFβ 也可以被釋放，與M2樣TAMs合作進(jìn)一步促進(jìn)免疫抑制微環(huán)境和腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF)促纖維化激活[14]。

腫瘤病灶中的免疫細(xì)胞來(lái)源于血液循環(huán)。在新發(fā)展的腫瘤中，單核細(xì)胞第一個(gè)到達(dá)并且分化成腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)，通常構(gòu)成最豐富的免疫群體。其中T細(xì)胞為主的適應(yīng)性免疫細(xì)胞也被分化形成。具有抗腫瘤細(xì)胞毒性的活化T細(xì)胞會(huì)普遍存在于表達(dá)免疫系統(tǒng)“可見(jiàn)”抗原肽的免疫原性腫瘤中，最終破壞腫瘤細(xì)胞或限制其進(jìn)展侵襲。然而更常見(jiàn)的情況是，已成型的腫瘤會(huì)強(qiáng)制反抗，抑制環(huán)境中的抗腫瘤反應(yīng)[15]。巨噬細(xì)胞在適當(dāng)刺激時(shí)原則上會(huì)具有細(xì)胞毒性，受腫瘤細(xì)胞的強(qiáng)烈調(diào)節(jié)，分化和功能極化為具有腫瘤營(yíng)養(yǎng)功能的免疫抑制效應(yīng)物，維持其進(jìn)展并抑制適應(yīng)性免疫應(yīng)答[15]。事實(shí)上，強(qiáng)有力的證據(jù)強(qiáng)調(diào)了腫瘤中高TAMs數(shù)量或巨噬細(xì)胞相關(guān)基因特征與更具侵襲性的疾病和患者預(yù)后不良之間的相關(guān)性[16 -22]。

2 腫瘤微環(huán)境中的炎性因子

隨著越來(lái)越多關(guān)于腫瘤微環(huán)境中復(fù)雜的炎性反應(yīng)回路網(wǎng)絡(luò)的研究，為靶向腫瘤所致炎性反應(yīng)的新治療模式奠定了更深厚的基礎(chǔ)。長(zhǎng)期使用非甾體抗炎藥(NSAID)預(yù)防心血管事件的人群比例越來(lái)越高，為開(kāi)展癌癥發(fā)病率和病死率的流行病學(xué)研究提供了機(jī)會(huì)。在大量的人群研究中發(fā)現(xiàn)，阿司匹林的日常使用顯著降低了腫瘤發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，尤其是結(jié)直腸癌；并且在已經(jīng)發(fā)病的腫瘤患者中發(fā)現(xiàn)，其能有效地提高患者5年生存率。薈萃分析研究也發(fā)現(xiàn)其他腺癌的風(fēng)險(xiǎn)降低，例如受體陽(yáng)性乳腺癌[23-25]。NSAID抑制COX-2 酶的活性并減少前列腺素的合成。前列腺素是一類脂質(zhì)介質(zhì)，參與包括炎性反應(yīng)等多種不同反應(yīng)，在腫瘤環(huán)境中可能維持腫瘤細(xì)胞的存活和血管生成[26]。其他消炎藥，如對(duì)乙酰氨基酚和布洛芬，可能也具有類似的預(yù)防潛力，但這些藥物被較低比例的受試者使用，而且通常使用時(shí)間較短，因此目前暫無(wú)對(duì)大量人群的觀察研究。

炎性細(xì)胞因子和趨化因子是炎性反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)，并且存在于腫瘤微環(huán)境中，其中它們由腫瘤細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞，尤其是巨噬細(xì)胞產(chǎn)生。主要介質(zhì)是腫瘤壞死因子(TNF)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)和白細(xì)胞介素-1(IL-1)，它們會(huì)導(dǎo)致不同細(xì)胞因子和趨化因子的釋放，從而增強(qiáng)炎性反應(yīng)，并在局部生產(chǎn)部位募集新的免疫細(xì)胞。如上所述，這些細(xì)胞因子通常通過(guò)刺激其增殖或存活及局部組織的侵襲能力，或通過(guò)刺激新血管生成的過(guò)程來(lái)加速腫瘤進(jìn)展[2,21]。

依據(jù)這些理論基礎(chǔ)，針對(duì)性地抑制炎性細(xì)胞因子是合理的，而且臨床前研究也證實(shí)，在不同的小鼠腫瘤模型中，針對(duì)腫瘤所致炎性反應(yīng)策略有潛在療效。然而，目前臨床研究證據(jù)相當(dāng)有限[27]。在腫瘤學(xué)中，抗TNF 單克隆抗體被用于不同類型的癌癥治療，盡管有部分腎細(xì)胞癌患者存在一定反應(yīng)[28]，但能維持疾病穩(wěn)定(SD)的患者比例很小。卵巢癌患者體內(nèi)能檢測(cè)到IL-6的抗體，并且部分患者伴有SD[29]?？傮w而言，這種療法療效未能達(dá)到期望，可能需要聯(lián)合常規(guī)化療或其他靶向治療。

3 TAMs在腫瘤發(fā)生中的作用

TAMs影響腫瘤細(xì)胞行為的不同方面。 在機(jī)制上，腫瘤中的巨噬細(xì)胞和相關(guān)骨髓細(xì)胞產(chǎn)生生長(zhǎng)因子，如表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)，這些生長(zhǎng)因子直接支持腫瘤細(xì)胞在非最佳條件下的增殖和存活[30-31]。TAMs 能維持腫瘤的生長(zhǎng)，其機(jī)制通常是產(chǎn)生能夠調(diào)節(jié)特定基因、激活細(xì)胞凋亡和增殖途徑的細(xì)胞因子。例如，IL-6 激活 STAT3，后者通過(guò)作用于不同因子(cyclin D、Bcl-XL、Bcl-2 和 Mcl-1)，達(dá)到控制細(xì)胞存活[32]。

在腫瘤生長(zhǎng)的缺氧微環(huán)境中，巨噬細(xì)胞在缺氧區(qū)域積聚并分泌許多促血管生成因子，包括 VEGF、CXCL8、胎盤(pán)生長(zhǎng)因子(PlGF)和前動(dòng)力蛋白(Bv8)[33]。TAMs 還產(chǎn)生幾種蛋白水解酶和參與細(xì)胞外基質(zhì)重塑的其他介質(zhì)，例如基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMPs)和組織蛋白酶。TAMs對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的降解有利于腫瘤細(xì)胞的局部侵襲，滲透到血管內(nèi)并分散轉(zhuǎn)移[34]。其他由腫瘤巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子，如IL10和TGFβ，具有強(qiáng)烈的免疫抑制作用，并抑制T淋巴細(xì)胞的抗腫瘤細(xì)胞毒性[35-36]。同時(shí)，TGFβ能維持 M2樣TAMs，刺激成纖維細(xì)胞生成和沉積膠原。產(chǎn)生的纖維化可能是常規(guī)細(xì)胞運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)一步障礙，同時(shí)也限制了氧和藥物滲透到腫瘤組織中，因此針對(duì)抑制TGFβ治療的研究正在開(kāi)展[37]。

淋巴管生成在腫瘤淋巴轉(zhuǎn)移中起著重要作用。目前TAMs 產(chǎn)生的VEGF-C 和VEGF-D 被認(rèn)為在誘導(dǎo)淋巴管生成中起著關(guān)鍵作用。在膽囊癌模型中，Yang 等[38]發(fā)現(xiàn)TAMs 通過(guò)表達(dá)VEGF-C和VEGF-D 誘導(dǎo)淋巴管生成和腫瘤淋巴管轉(zhuǎn)移；使用可溶性的VEGFR-3 阻斷VEGF-C/D，以及使用氯磷酸鹽脂質(zhì)體清除TAMs，能明顯減緩上述進(jìn)程。

腫瘤上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是極化的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變成間充質(zhì)樣細(xì)胞的過(guò)程。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，細(xì)胞表面上皮標(biāo)志物如E-鈣黏蛋白、橋粒斑蛋白等表達(dá)下調(diào)，而間質(zhì)標(biāo)志物如N-鈣黏蛋白、波形蛋白等表達(dá)上調(diào)，使其喪失了細(xì)胞間的黏附力和頂端—基部的極性，促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。TAMs表達(dá)的TGF-β1 能激活TGF-β 信號(hào)通路，依靠Smad 依賴性或Smad 非依賴性2種信號(hào)途徑誘導(dǎo)EMT。TGF-β1 分泌后可通過(guò)自分泌的方式發(fā)揮作用，激活TGF-β 通路，形成正反饋，維持正在進(jìn)行EMT 轉(zhuǎn)化的腫瘤細(xì)胞的間充質(zhì)特性。TAMs來(lái)源的IL-6借助TGF-β 通路參與EMT，IL-8 則通過(guò)Jak2/STAT3/Snail信號(hào)通路促進(jìn)EMT[39-40]。

TAMs 還可以表達(dá) PD-1的配體PD-L1，這種途徑是抑制免疫系統(tǒng)適應(yīng)性的最重要途徑之一[41]。此外，TAMs通過(guò)形成淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)的成分發(fā)揮其抑制作用：它們產(chǎn)生趨化因子(例如 CCL17，CCL22)，其募集調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和Th2淋巴細(xì)胞，導(dǎo)致對(duì)腫瘤細(xì)胞失去細(xì)胞毒性能力，并負(fù)性影響Th-1 介導(dǎo)的反應(yīng)。

4 抑制TAMs的相關(guān)治療

使用免疫檢查點(diǎn)抑制劑的免疫治療現(xiàn)在已成為越來(lái)越多腫瘤患者的既定治療方法。臨床研究已經(jīng)驗(yàn)證有效的靶點(diǎn)包括細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)、PD-1和PD-L1[42]。浸潤(rùn)腫瘤微環(huán)境的巨噬細(xì)胞可以表達(dá)PD-1配體(PD-L1和PD-L2)，以及 CTLA-4 配體(B7-1和B7-2)[43-44]。因此，抗檢查點(diǎn)阻斷的免疫療法也可能影響巨噬細(xì)胞，無(wú)論是通過(guò)直接抑制配體分子，或通過(guò)激活抗體依賴性細(xì)胞毒性(antibody-dependent cellular cytotoxicity, ADCC)殺傷CTLA-4陽(yáng)性和PD-1陽(yáng)性的T淋巴細(xì)胞。在臨床前模型中，表達(dá)FcγR的巨噬細(xì)胞對(duì)于清除腫瘤中CTLA-4和抗體包被的T 細(xì)胞至關(guān)重要[45]。

動(dòng)物模型和臨床試驗(yàn)顯示針對(duì)TAM的治療,包括清除TAM、TAM的再極化及提高TAM的抗原遞呈功能等手段,不僅具有單獨(dú)的抗腫瘤作用,而且還和免疫檢查點(diǎn)等免疫治療手段具有良好的協(xié)同作用。腫瘤細(xì)胞糖酵解和缺氧是抗腫瘤治療失敗的主要因素,TAM清除劑和免疫檢查點(diǎn)抗體聯(lián)用可以增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)抗體的抗腫瘤效率。Jeong 等[46]在非小細(xì)胞肺癌的研究中表明,TAM 可以分泌TNF-α 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的糖酵解,而TAM 中增加的AMP 活化蛋白激酶(AMP-activatedprotein kinase,AMPK)和過(guò)氧化物酶體增殖激活受體γ共激活因子1-α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha,PPARGC1α)會(huì)導(dǎo)致腫瘤缺氧。應(yīng)用氯磷酸鹽清除TAM能夠消除腫瘤的有氧糖酵解和使缺氧、需氧的腫瘤細(xì)胞表達(dá)PD-L1顯著增加、腫瘤中T 細(xì)胞浸潤(rùn)增加,從而使原本對(duì)PD-L1 抗體不反應(yīng)的非小細(xì)胞肺癌患者產(chǎn)生了明顯的抗腫瘤反應(yīng)。

ADCC長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是巨噬細(xì)胞和NK細(xì)胞介導(dǎo)殺死腫瘤細(xì)胞的重要機(jī)制。來(lái)自臨床前模型和臨床相關(guān)證據(jù)的發(fā)現(xiàn)表明，ADCC是治療腫瘤用的單克隆抗體有效性的重要組成部分，包括那些針對(duì)CD20、HER2和EGFR的單克隆抗體[47]。對(duì)接受治療患者的FcγR基因研究發(fā)現(xiàn)了與抗體具有高親和力結(jié)合的多態(tài)性。這些基因型的表達(dá)與淋巴瘤患者對(duì)利妥昔單抗(抗CD20抗體)、結(jié)直腸癌患者對(duì)西妥昔單抗(抗EGFR抗體)和乳腺癌患者對(duì)曲妥珠單抗(抗HER2抗體)的治療應(yīng)答增強(qiáng)相關(guān)[44]。這表明TAMs在單克隆抗體的臨床治療中起著重要作用。

多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)是一種致命的高度侵襲性惡性腦腫瘤,目前已發(fā)現(xiàn)TAM 和小膠質(zhì)細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中促進(jìn)腫瘤的主要細(xì)胞,阻斷SIRPα-CD47信號(hào)能夠誘導(dǎo)TAM 和小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的吞噬作用,此方法對(duì)包括GBM 在內(nèi)的各種腦腫瘤有效[48]。

5 展望

腫瘤的持續(xù)治療不僅需要針對(duì)增殖的腫瘤細(xì)胞，還需要針對(duì)整個(gè)腫瘤微環(huán)境。由于有充分證據(jù)證明慢性炎性反應(yīng)會(huì)促進(jìn)腫瘤進(jìn)展并抑制免疫抗腫瘤反應(yīng)，因此腫瘤所致炎性反應(yīng)是需要針對(duì)的目標(biāo)。一些抑制炎性細(xì)胞因子或設(shè)計(jì)用于靶向腫瘤中巨噬細(xì)胞的藥物制劑已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中顯示出一定效果，其中TAMs通過(guò)VEGF-A在腫瘤血管、淋巴管及EMT進(jìn)程的各個(gè)階段發(fā)揮著作用，已成為抗腫瘤靶向藥物研究的重要靶標(biāo)。這些藥物的早期臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，一些患者確實(shí)獲得了顯著的臨床效益，能保證一定的疾病穩(wěn)定(SD)和較長(zhǎng)的無(wú)進(jìn)展生存期(PFS)，藥物不良反應(yīng)適中且可控。這些結(jié)果相當(dāng)重要，為聯(lián)合化療或其他療法奠定基礎(chǔ)。