结肠癌中肿瘤相关巨噬细胞的作用及靶向治疗的研究进展

李 悦 徐 可 韩增祥 孙 敏 樊国华 综述 张 勇 审校

结肠癌(Colon cancer)是消化道常见的恶性肿瘤，其治疗、预后与多种因素有关[1]。世界各地每年结肠癌新发病例超过一百万例，我国结肠癌发病率仅次于肝癌、肺癌，是第三大恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第四大常见原因[2]，其高死亡率主要是由于早期诊断困难及有效治疗方法不足。目前，结肠癌的治疗在临床以手术为主，放疗、化疗为辅。随着健康标准的日益提高，患者迫切需求更有效的治疗方法和更精确的预后指标，越来越多证据表明靶向肿瘤微环境(Tumor microenvironment，TME)可对传统治疗进行补充并提高治疗效果。已形成的肿瘤通常存在免疫抑制微环境，从而阻断抗肿瘤免疫，促进肿瘤发生发展[3]。

巨噬细胞是参与肿瘤发生和进展过程中数量最多的细胞，可占瘤块体积的50%，是TME中免疫细胞浸润的主要成分[4]。TME中的巨噬细胞即肿瘤相关巨噬细胞(Tumor-associated macrophages，TAM)。巨噬细胞在不同条件作用下，可以极化为M1型(经典活化巨噬细胞)或M2型(替代活化巨噬细胞)。M1型巨噬细胞产生促炎细胞因子如IL-1β、IL-6、TNF-α等杀死细胞内微生物并诱导Th1免疫，发挥抗肿瘤作用。M2型巨噬细胞产生抗炎细胞因子如IL-10、IL-13、TGF-β等介导Th2免疫，清除凋亡细胞和碎片以及组织重塑，甚至发挥促肿瘤作用[5]。TAM在肿瘤微环境中主要具有M2型巨噬细胞表型，在致癌到转移过程中发挥突出作用[6]。TAM可被认为是预后不良的生物标志物，其为肿瘤侵袭和进展提供了合适的微环境，加速了肿瘤细胞的转移[7]。因此，TAM可作为肿瘤治疗的靶向细胞，达到抑制肿瘤活性的目的[8]。

1 TAM在结肠癌中的作用

1.1 TAM促进结肠癌血管的生成

肿瘤细胞的供血对肿瘤的发生和转移起着重要的作用，肿瘤血管生成是肿瘤进展的关键步骤。既往研究成果认为，肿瘤血管的生成仅由肿瘤细胞本身诱导[9]。但是近年来研究表明，TAM也是调节肿瘤血管生成的主要参与者。Badawi等[10]采用免疫组织化学和图像形态计量学分析的方法，对结肠癌活检组织和15例良性腺瘤息肉进行了巨噬细胞浸润和微血管密度的研究，结果显示恶性肿瘤中巨噬细胞浸润与微血管密度之间存在显著相关性，高度恶性肿瘤与高巨噬细胞浸润显著相关。Luput等[11]通过动物实验证实，与单独培养的小鼠结肠癌C26细胞相比，其与TAM共培养条件下获得的细胞裂解物中血管生成蛋白量总体提高。此外，他们还发现NF-κB活性与C26细胞的VEGF水平呈负相关，TAM通过抑制NF-κB的表达促进了血管生成。

1.2 TAM介导结肠癌的免疫抑制

肿瘤微环境主要由巨噬细胞、T淋巴细胞、自然杀伤细胞、树突细胞、嗜中性粒细胞和骨髓源性抑制细胞等免疫细胞构成[12]。作为肿瘤微环境的主要组成细胞，TAM通过表达趋化因子和细胞因子抑制结肠癌免疫微环境，发挥免疫抑制作用[13]。由结肠癌TAM分泌的趋化因子如CCL5、CCL22、CCL20等募集调节性T细胞(Treg)，而细胞因子如IL-10、TGF-β等则诱导Treg细胞，起到促肿瘤作用。此外，TAM还起到抑制T细胞和NK细胞的抗肿瘤效果[14]，与骨髓来源的抑制性细胞、肿瘤相关树突状细胞和嗜中性粒细胞协同增强免疫抑制[15]。TAM还可通过分泌特异性酶如一氧化氮合酶(NOS)和精氨酸酶(ARGI)来抑制T细胞功能[16]。TAM高表达PD-1和CTLA-4(PDL1和B7-H1等配体)的配体，抑制T细胞、NKT细胞和NK细胞的细胞毒性功能，进一步降低机体对结肠癌细胞的杀伤作用[17]。

1.3 TAM加重结肠癌病程中炎症反应

相关调查研究显示，超过20%的癌症发病率与长期的慢性炎症相关，几乎所有的实体瘤都有炎性反应[18]。炎症条件下浸润的巨噬细胞主要来自外周血液中的单核细胞。早期研究表明，成熟单核吞噬细胞的原位增殖可能有助于TAM的积累，而TAM又是肿瘤相关炎症的(Cancer related inflammation，CRI)重要组成部分[19]。此外，Kim等[20]还发现TAM的分布与结肠癌的分子表型、预后密切相关，其分别用泛巨噬细胞标记物CD68和M2型巨噬细胞标记物CD163进行免疫组织化学染色，通过统计得出共同标记较高的患者预后较差。

1.4 TAM加重DNA损伤

DNA损伤是引起肿瘤发生的主要机制，包括点突变、插入、缺失等类型。由巨噬细胞介导的炎性介质可能会使DNA损伤，导致突变，使患者致癌，这种由巨噬细胞介导的诱发肿瘤的一个例子是克罗恩病，巨噬细胞产生的自由基能显著增加患结肠癌的风险。如TAM可通过自噬活动分泌MMP9、MMP13、TGF-β、组织蛋白酶等降解细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)成分，使肿瘤细胞更易扩散[21]。此外，Aswin等[22]发现，将免疫缺陷型小鼠感染肝螺杆菌诱导为慢性结肠炎模型后，因中性粒细胞和巨噬细胞浸润，DNA修复减弱，20周后大部分小鼠慢性结肠炎可进展为结肠癌。Barrett等[23]认为硒蛋白P(SEPP1)具有内源性抗氧化功能，可以预防结肠癌，肿瘤微环境中SEPP1功能的缺失会明显增加DNA损伤，促进M2型巨噬细胞极化，从而进一步促进肿瘤发展。

1.5 TAM参与结肠癌的转移

肿瘤转移是导致超过90%的癌症患者死亡的主要原因。TAM已被证明是转移的关键参与者，主要参与包括上皮间质转化(EMT)、局部入侵和血管内渗入，通过循环系统转运、外转和种子转移的几个步骤，形成转移灶的生存和生长[24]。Castells等[25]认为，结肠癌TAM可以通过释放各种趋化因子、促炎因子和生长因子来促进转移，涉及CCL2和/或CSF-1的正反馈途径。Jinushi等[26]证明转移作用主要来源于肿瘤细胞响应TAM分泌的细胞因子从而定向迁移。Taniguchi等[27]发现在小鼠结肠癌模型中Six1蛋白过表达，导致TAM募集，进而促进结肠癌进一步转移。

1.6 TAM促进结肠癌细胞耐药

TAM会降低化疗效果。体内研究显示TAM通过提供存活因子介导化疗耐药或激活恶性细胞中的抗凋亡程序[28]。通常涉及巨噬细胞分泌的可溶性因子，也可能涉及细胞外基质沉积和/或重塑或直接的细胞-细胞相互作用[29]。结肠癌细胞耐药性主要取决于信号转导和转录激活因子3(STAT3)的激活，涉及巨噬细胞分泌的IL-6或其他巨噬细胞衍生因子[30]。Russell等[31]发现，STAT3活化促进结肠癌细胞增殖和存活，包括在体外表现出IL-6依赖或STAT3的化疗耐药性。与自分泌产生的IL-6不同，骨髓来源的巨噬细胞与结肠癌细胞共培养后也会诱导TAMs旁分泌IL-6。Franklin等[32]通过动物试验发现，TAM可以激活肿瘤细胞抗凋亡程序，从而降低对化疗药物的敏感性，而结肠癌细胞的化疗耐药是影响结肠癌患者化疗效果的主要原因。

1.7 TAM影响肿瘤微环境

TAM促进肿瘤的发生，其数量与多种肿瘤的恶性程度、预后差有关。越来越多的研究揭示了TAM对肿瘤微环境的影响。TAM在结肠癌中主要是通过促进肿瘤生长和发生以及通过增加癌症干细胞的数量促进血管生成、免疫抑制、肿瘤转移和耐药。TAM可以改变癌症免疫治疗期间的肿瘤微环境并提供抗肿瘤免疫。因此，近年来相关临床研究提出了通过抑制TAMs的募集，通过调节TAMs极化以及阻断与TAMs的抗原功能相关的因子和途径来靶向TAM的肿瘤免疫治疗。

2 靶向TAM治疗结肠癌的研究

2.1 抑制结肠癌肿瘤微环境中TAM前体单核细胞的募集

抑制肿瘤微环境中单核细胞的募集是靶向TAM的疗法之一。其中以地喹乙醇为代表的抗肿瘤药物就是基于此而来，地喹乙醇除了抗肿瘤作用外，还可以减少巨噬细胞的运动，抑制放射治疗后的TAM浸润，减少局部放射的小鼠肿瘤的转移程度。Mantovani等[33]认为，来源于单核细胞的结肠癌TAM具有分化能力，因此可能需要阻断差异的联合疗法才能有效地靶向这些细胞。干扰素γ可诱导单核细胞或巨噬细胞向结肠癌肿瘤微环境募集并在体内抑制其分化为TAM。Chanmee等[34]证实，结肠癌TAM在肿瘤微环境的低氧作用下，诱导转录因子HIF-1、CXCL-12和CXCR4表达增加，靶向HIF-1/CXCR4通路会阻断TAM的聚集。

2.2 调节TAM极化

TAM主要是“交替活化”的M2型巨噬细胞，与“经典活化”的M1型巨噬细胞作用相反。TAM作为促进肿瘤进展的共同体，可与肿瘤细胞共存，特别是通过肿瘤微环境极化为促血管生成、免疫抑制的M2型巨噬细胞[35]。M1和M2型巨噬细胞可以相互转换表型。Grudzinski等[36]认为，结肠癌TAM是阻断肿瘤进展的理想治疗靶点，可通过复极化将M2型逆转为M1表型。Georgoudaki等[37]通过免疫检查点疗法在小鼠MC38结肠癌模型中通过将TAM群复极化为M1型并增加肿瘤免疫原性，诱导抗肿瘤活性。

2.3 阻断与TAM抗原功能相关因子和途径

Ye等[38]研究认为，TAMs能加速血管生长的能力由几种促血管生成因子如VEGF等介导，临床模型和早期试验中的抗肿瘤治疗都将巨噬细胞作为癌症治疗的有效靶标。Booth等[39]研究表明，结肠癌细胞可以通过释放IL-24、IL-26、IL-210、PGE2和TGF2β等分子抑制TAM的细胞毒性，而且可以抑制TAM表达MHCⅡ分子，减少其向M1型极化。Wahab等[40]认为，结肠癌微环境中大量浸润的巨噬细胞在IL-4、IL-13等多种因子诱导作用下分化为M2表型的TAM，若可以阻断相关因子，将有助于免疫治疗取得成功。

3 小结与展望

结肠癌作为临床常见肿瘤，发病率呈不断上升趋势。研究人员普遍认为炎性环境可诱发肿瘤的发生和发展。TAM是肿瘤微环境的重要组成部分，其肿瘤微环境动员在恶性进展中起关键作用，包括促进肿瘤发生、转移与耐药。在结肠癌中，TAM水平与结肠癌侵袭密切相关。与传统疗法相比，靶向TAM治疗不直接破坏肿瘤细胞，而是通过宿主的免疫应答促进肿瘤细胞被杀伤。事实上，了解肿瘤与免疫系统之间复杂的相互作用，揭示肿瘤中的免疫调控机制，为改善化疗的临床效果、减少免疫耐受与副反应提供了大量的科学依据。因此，我们需要深入探讨TAM促进结肠癌进展的机制，为结肠癌治疗提供新线索。