肿瘤相关巨噬细胞研究背景

肿瘤相关巨噬细胞研究进展
0．引言
巨噬细胞是人体免疫系统中重要的组成部分。

既往人们曾认为，巨噬细胞在抗肿瘤的免疫调节过程中起到重要作用。

但近来研究表明，巨噬细胞具有很强的可塑性。

暴露于肿瘤微环境中的肿瘤相关巨噬细胞(tumor associated macrophages，TAM）并非发挥抗肿瘤作用，而是在调节肿瘤进展中的各个关键步骤中发挥效用，进而起到促进肿瘤生长、转移等作用，目前有临床证据显示TAM与恶性肿瘤的不良预后相关。

1．肿瘤相关巨噬细胞概述
巨噬细胞来源于人体血液循环中成熟的单核细胞。

血液循环中的单核细胞穿过毛细血管内皮，进而迁移到不同的组织中分化成为组织特异性的巨噬细胞。

在单核细胞分化成为巨噬细胞的过程中，细胞的形态和功能发生了很大的改变。

目前我们将这一分化过程分为如下几类：
（1）M1型巨噬细胞，又称经典活化途径的巨噬细胞(classically activatedmacrophage)
M1巨噬细胞的产生需要IFN-γ和细菌或其分解产物（e.g., LPS）的双信号诱导，它的表型特征为IL-12high、IL-23 high、IL-10 low。

这类巨噬细胞能高水平地表达杀伤分子(e.g., NO, ROI etc.)，分泌多种细胞因子(e.g., TNF, IL-1β, IL-6 etc.)，表达细胞因子受体(e.g., IL-7R，IL-15R)，分泌趋化因子(e.g., CCL2, CCL5, CXCL8)以及共刺激分子(e.g., CD80, CD86)。

M1型巨噬细胞在Thl型免疫应答中分泌大量的细胞因子，激活人体免疫反应，作为诱导细胞和效应细胞参与杀伤病原体和肿瘤细胞。

（2）M2型巨噬细胞，又称替代活化途径的巨噬细胞(alternatively activatedmacrophage)
M2型巨噬细胞在不同的诱导信号下将分化为不同的亚型，这包括：由IL-4与IL-13诱导的M2a型，由免疫复合物/TLR配体诱导的M2b型，由IL-10和糖皮质激素诱导的M2c 型。

M2型巨噬细胞的特征表型为IL-10high、IL-12low、IL-1ra high、IL-1decoyR high，可分泌趋化因子(e.g., CCL17, CCL18, CCL22)，并高表达甘露糖受体、清道夫受体。

这类细胞抗原提呈能力差，并通过下调M1型巨噬细胞的功能等方式控制人体的炎症反应。

但与此同时，这类细胞具有修复损伤、促进血管形成以及组织重构的作用。

还需要强调的一点是M-CSF在巨噬细胞的极化过程中起到了极其重要的调节作用。

在M-CSF的诱导下，单核细胞可以向两个方向分化成为不同类型的巨噬细胞，而在这一过程中的转录子存在巨大差距。

血液中高水平的M-CSF将诱导单核细胞向M2型巨噬细胞方向分化，这一过程将决定分化后M2型巨噬细胞的本质，而紧随其后IL-4对M2型巨噬细胞的诱导分化作用不过是锦上添花而已。

另外在一些其他的研究中表明，GM-SCF可诱导细胞向M1型巨噬细胞方向分化，而IL-6, TGF-β及PGE2也可诱导细胞向M2型巨噬细胞方向分化。

在肿瘤组织中，巨噬细胞占据了50%以上的比例。

近年来相关研究越来越倾向于认为肿瘤相关巨噬细胞(tumor associated macrophages，TAM）具有M2型巨噬细胞的特征。

这使得TAM表现出多种促肿瘤作用，高水平的TAM往往与肿瘤的不良预后和转移相关。

近年来研究表明CD68+这一巨噬细胞特征性信号，与霍奇金淋巴瘤、滤泡淋巴瘤、乳腺癌等恶性肿瘤的不良预后相关；CD68+ CD163+这一特征性细胞与血管免疫母细胞淋巴瘤的不良预后相关。

2．TAM的产生与分布
一般而言，巨噬细胞来源于血液循环中的单核细胞。

对TAM而言，部分单核细胞被募集进入肿瘤组织后，在肿瘤微环境中的各种信号的作用下，最终大部分会分化为肿瘤相关巨噬细胞（TAM）。

（1）单核细胞的募集
血液中的单核细胞在肿瘤细胞及间质细胞所分泌的多种分子的作用下，募集进入肿瘤组织，这包括以下机制：
在这一过程中，由肿瘤细胞所产生的趋化因子CCL2起到了很重要的作用。

值得一提的是，TAM本身也会产生一定的CCL2。

也就是说TAM的这一表现为单核细胞的募集起到了不断加强的作用。

同样，针对CCL2的抗体药物也许是未来抗肿瘤的治疗的策略之一。

除了CCL2以外，趋化因子CCL5、CCL7、CCL8、CCL12，细胞因子VEGF、PDFG 以及生长因子M-CSF也对单核细胞的募集起到了一定的作用。

另外，由巨噬细胞和/或肿瘤细胞水解的细胞外基质蛋白所产生的纤维结合蛋白、纤维
蛋白原也对募集单核细胞起到作用。

（2）单核细胞的分化与TAM的产生
当单核细胞进入肿瘤组织，它的分化方向将由肿瘤微环境所决定。

在肿瘤微环境中缺乏单核细胞分化为M1型巨噬细胞所需的IFN-γ及细菌分解产物等分子，但具有使单核细胞分化为M2型巨噬细胞所需的种种分子。

这包括由肿瘤细胞、调节性T细胞（Treg）、成纤维细胞所产生的TGF-β、IL-10；Th2淋巴细胞提供的IL-4及IL-13。

多项研究表明，在肿瘤微环境中所产生的TAM类似于M2型巨噬细胞。

TAM自身上调表达了多种与M2型巨噬细胞相关的基因，这包括CD163，IgG的Fc段，热休克蛋白、凝集素等。

（3）TAM的分布
TAM的分布同样取决于肿瘤微环境。

IL-10等细胞因子将决定单核细胞的分化方向（树突细胞或肿瘤相关巨噬细胞），肿瘤微环境中IL-10可能呈梯度分布。

由于这一原因，在甲状腺癌和乳腺癌中我们发现DC往往分布在肿瘤外周，而TAM往往分布在肿瘤组织之中。

另外，肿瘤的低氧环境将诱导HIF-1依赖型分子（e.g., VEGF, CXCL12及其受体CXCR4）的表达。

在这些分子的作用下，TAM往往多分布于肿瘤组织中缺氧、坏死、没有血管的部位。

4．TAM的作用
在肿瘤微环境中，TAM具有多种促肿瘤作用，这包括以下各个方面：
（1）影响肿瘤生长：
TAM可表达多种促进肿瘤细胞增殖和存活的的细胞因子，包括EGF, EFGR, PDGF, TGF-β1, bFGF等。

在体外进行的肿瘤细胞与巨噬细胞共同培养实验也证实了巨噬细胞通过分泌的物质促进肿瘤生长。

M1型巨噬细胞可通过NOS和L-Arg为底物合成NO，进而发挥细胞毒作用。

但对于TAM而言这一通路被阻断，取而代之的是以L-Arg为底物合成Orn和多肽类物质，而这些物质具有促进肿瘤生长的作用。

由肿瘤部位缺氧处HIF-1所调解的转录因子NF-κB具有多个方面的促进肿瘤生长的作用。

它可以由TAM所分泌的细胞因子（e.g., IL-1, TNF）激活，也在一定的状态下被TAM 所抑制。

这是近期研究的重点领域之一。

（2）血管生成作用
在神经胶质瘤、食道癌、乳腺癌、膀胱癌以及前列腺癌中，TAM的表现出促肿瘤血管生成的作用。

TAM常常在缺氧部位或是无血管处发挥促血管生成作用。

这一作用受到HIF-1与HIF-2的调节。

在乳腺癌中，TAM在缺氧及无血管处会显著的表达VEGF，另外TAM还会通过表达PDGF, TGF-β,FGFs等细胞因子起到促肿瘤血管生成的作用。

在缺氧处HIF-1依赖型趋化因子CXCL12及其受体CXCR4受到HIF-1的调节，并得以
表达，进而起到促进血管生成的作用。

TAM同时还会表达一些其他的参与血管生成过程的趋化因子，包括：CCL2, CXCL1, CXCL5, CXCL8, CXCL13。

这其中CXCL5和CXCL13的表达水平与促进肿瘤血管的生成程度成正比，和病人的生存期呈反比。

此外，TAM还会分泌一些调节血管生成的酶，例如：MMP-2, MMP-7, MMP-9, MMP-12以及COX-2。

这些间质金属蛋白酶（MMP）使得TAM和相关骨髓细胞可以在VEGF的信号被抑制时重塑肿瘤组织的血管。

（3）免疫抑制作用
TAM具有很强的免疫抑制作用，这包括：
TAM分泌的高水平的IL-10，进而抑制细胞毒T细胞激活，同时降低NK细胞和淋巴因子激活的免疫细胞的杀伤活性。

TAM分泌趋化因子（e.g., CCL17，CCL22），这些趋化因子会优先募集如Treg、Th2等缺乏细胞毒性的T细胞亚群，进而抑制免疫作用。

同时Treg、Th2这些低毒性的T细胞亚群可分泌IL-4，IL-10及IL-13，起到再次促进趋化因子分泌的作用。

这一细胞学行为形成了一个封闭的循环，将不断放大由M2型巨噬细胞所介导的免疫抑制作用。

TAM分泌趋化因子CCL18，募集幼稚T细胞。

在肿瘤微环境中的M2型巨噬细胞和未成熟的树突细胞的作用下，这些T细胞最终将不具备正常的细胞免疫作用。

（4）促进肿瘤浸润与转移
许多研究表明在肿瘤微环境中，TAM能够大量分泌基质蛋白和蛋白酶（丝氨酸蛋白酶，MMPs，组织蛋白酶等），进而作用于细胞之间的连接，修饰细胞外基质的组成，促进基底膜的破坏。

例如：在MCF-7乳腺癌细胞与巨噬细胞共同培养的过程中，间质金属蛋白酶（MMP）的表达会上升。

在肺癌研究中，VEGFR-1依赖型机制将促使MMP-9的分泌。

在肿瘤细胞与巨噬细胞共同培养的过程中，TNF会刺激巨噬细胞使其分泌MMP，最终使得恶性肿瘤细胞的侵袭力得到提高。

此外，在小鼠黑色素瘤模型中巨噬细胞分泌的IL-1被证明具有促进肿瘤转移的作用，在小鼠的乳腺癌模型中巨噬细胞分泌的EGF也被证明具有促肿瘤肺转移的作用。

前人实验方法讨论
经Pubmed搜索，TAM在T-cell lymphoma的相关研究共有20篇文献，2009年以来共有文献5篇。

在所有的20篇文献中，共有16篇文献采取了以鼠类为宿主的T细胞淋巴瘤（Dalton's lymphoma）研究模型进行实验。

TAM在其他癌症领域的研究中，也多采用以鼠类为宿主的各种肿瘤研究模型进行实验。

虽然有不少研究涉及到了细胞培养及免疫组化染色，但是究其根本还是需要活体动物为实验模型。

我认为原因如下：
（1）对于TAM这种存活于肿瘤微环境中的巨噬细胞而言，活体生物体内才能更好地满足其生长要求，单纯体外培养的难度较大。

（2）相比于病理标本而言，以活体动物为实验模型的具有一定优势。

我们可以在活体动物的实验过程中加用一定的处理手段，以观察处理后的情况，最终得到结论。

这使得实验具有更强的操作性，并且会使最终研究结论的逻辑性更强。