集落刺激因子-1受体、集落刺激因子-1在恶性肿瘤发生发展及治疗中的作用研究进展

陈泽南，蒿艳蓉

(1广西壮族自治区人民医院，南宁 530021；2广西中医药大学)

当今社会恶性肿瘤严重威胁人类的生命健康，虽然治疗方式多样，如放疗、化疗、手术、免疫治疗、靶向治疗等，但癌症依然是全世界尚未攻克的难题。恶性肿瘤的发生、发展及预后是多因素、多基因、多阶段改变的共同结果，研究其相关蛋白分子及基因，不仅可以了解恶性肿瘤的发病机制，也可在为临床医生在临床诊断、靶向治疗及预后评估等方面提供依据。集落刺激因子-1(CSF-1)又被称为巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)，是调节巨噬细胞生长、增殖和分化的主要生长因子，还可以调节巨噬细胞和单核细胞的运动。CSF-1与集落刺激因子-1受体(CSF-1R)形成信号轴可促进机体中巨噬细胞的生长，同时调节组织器官的正常发育和内稳态，而机体稳态失衡则会引发多种疾病如炎症、免疫系统疾病、肿瘤等。此外，肿瘤细胞可通过分泌CSF-1，吸引更多巨噬细胞进入肿瘤微环境，而CSF-1R又可诱导这些肿瘤相关巨噬细胞(TAM)进一步促进肿瘤的发展和转移。越来越多的证据表明，治疗后的肿瘤会分泌更多的CSF-1，其TAM的募集增加对治疗又起到了抵抗作用。本文就CSF-1R、CSF-1在恶性肿瘤发生发展及治疗中的作用研究进展情况作一综述。

1 CSF-1R、CSF-1的生物学特性

1.1 CSF-1R CSF-1R是由c-fms原癌基因编码的一种由972个氨基酸残基组成的单链跨膜糖蛋白，属于络氨酸激酶受体(RTK)，由成骨细胞、骨髓基质细胞、内皮细胞、成纤维细胞和上皮细胞等产生，其表达广泛，疾病状态下可在多种组织中检测到。CSF-1R在细胞外配体结合部分中有5个免疫球蛋白样结构域，细胞内部分中有单个跨膜结构域和分裂激酶结构域[1]。CSF-1R与CSF-1结合可诱导受体二聚化，产生构象变化，从而导致细胞内结构域中酪氨酸残基磷酸化。这些磷酸化残基大部分可吸引效应分子，激活巨噬细胞存活、增殖、分化和运动等所必需的一系列信号传导途径。实验[2]表明，CSF-1R与某种基因作用可激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)产生肌醇-3,4,5-三磷酸，刺激肌动蛋白调节细胞运动。RTK还可直接激活IA类PI3K，其中有p110α、p110β、p110δ三种p110催化亚型。研究发现，巨噬细胞中CSF-1R主要通过PI3K p110δ激活下游靶蛋白，从而影响细胞的运动和侵袭。

1.2 CSF-1 CSF-1表达广泛，是巨噬细胞生存、增殖、分化和发挥功能的主要调节因子，通过结合单一的高亲和力受体CSF-1R发挥作用[1]。CSF-1最初被认为是CSF-1R的惟一配体，后在分泌蛋白的功能筛选中发现的IL-34被证实为CSF-1R的另一个配体[3]。研究[4]发现，CSF-1在驱动巨噬细胞扩增中占优势。体外研究[1]也显示，IL-3和粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)在缺乏CSF-1的情况下可支持巨噬细胞增殖，但这些细胞的增殖率低且不如CSF-1中增殖的那些成熟。因此，尽管CSF-1不是惟一能够刺激巨噬细胞增殖的生长因子，但它更具有高效性。实验发现，在CSF-1缺乏的小鼠中最显著的异常是出现骨质疏松，这可能是由于CSF-1及NF-κB配体的受体激活剂对于骨吸收及破骨细胞的产生有关，在CSF-1不存在的情况下，骨骼功能及其支持的造血功能均降低。相似报道显示，延长使用CSF-1R抑制剂M279可消融成年雌性小鼠的破骨细胞[5]。CSF-1缺陷小鼠在发育过程中可于血管重塑和脂肪形成中发生缺陷，并影响整体发育迟缓[6]。因此，CSF-1不仅在个体发育中募集巨噬细胞于不同组织中，还能长期维持这些巨噬细胞的增殖、分化、运动及分泌。

2 CSF-1R、CSF-1在恶性肿瘤发生发展中的作用

CSF-1R、CSF-1与多种恶性肿瘤的发生发展密切相关，如在乳腺癌[7]、卵巢癌、结直肠癌[8]、胰腺癌以及霍奇金淋巴瘤[9]等，患者体内均可检测到CSF-1表达上调。研究认为，CSF-1高表达之所以致癌，主要是由于其受体配体的共表达比单一受体活性突变更易诱发肿瘤[10]。一方面，CSF-1R通过肿瘤细胞的自分泌与CSF-1共同表达，另一方面它可以旁分泌(如肿瘤相关成纤维细胞可分泌CSF-1)的方式被激活。研究发现，在CSF-1诱导的成纤维细胞和上皮细胞中可检测到c-fms高表达，并最终在裸鼠体内形成肿瘤，这说明CSF-1/CSF-1R轴可导致肿瘤的发生。CSF-1R、CSF-1的作用已经在乳腺癌[7]和卵巢癌中得到最广泛的研究，最近也有研究证实CSF-1R参与了鼻咽癌[11,12]的发生发展过程。

2.1 乳腺癌 CSF-1R、CSF-1在乳腺癌中的作用机制得到广泛研究。正常情况下，乳房组织不表达CSF-1R，且CSF-1仅有低水平的表达[10]。但转移性乳腺癌患者血清中CSF-1表达升高，尤其在晚期疾病中CSF-1可能比正常高10倍[13]。此外，58%的乳腺癌患者表达CSF-1R ，浸润性乳腺癌患者中至少85%表达c-fms，而共同表达CSF-1及CSF-1R的患者约占总数的36%。可见CSF-1R/CSF-1是通过共同作用诱导乳腺癌的发生。另外，临床大数据显示了c-fms的高表达与患者淋巴结转移和不良预后相关[14]。为探究其机制，Lin等通过构建乳腺癌小鼠模型以揭示CSF-1/CSF-1R轴与肿瘤侵袭转移之间呈正相关。有趣的是，CSF-1的缺失并不影响乳腺癌的发生，但却可延迟肿瘤的浸润及肺部转移。之后恢复乳腺上皮细胞中CSF-1的表达，可恢复肿瘤的浸润和转移。同样当CSF-1过度表达时，疾病进展迅速。由此猜测，CSF-1驱动肿瘤细胞局部浸润和转移的作用可能是CSF-1R介导产生，然而Wyckoff等[15]认为，CSF-1之所以致瘤转移是因为CSF-1参与表皮生长因子(EGF)的旁分泌循环，且这个循环中涉及巨噬细胞和乳腺细胞之间的信号通路。有学者[14]证明，CSF-1R、CSF-1与上皮细胞肿瘤的不良预后相关，且对乳腺癌同侧复发有预测价值。此外研究认为，CSF-1通过募集巨噬细胞，使其产生血管生成因子(VEGF)、生长因子(EGF)和基质金属蛋白酶(MMP)等，促进血管的生成及肿瘤细胞的运动。CSF-1缺乏的小鼠，血管生成显着钝化，而强制CSF-1过度表达后，可导致肿瘤血管密度和致癌性均增加[16]。除了有利于生成血管外，CSF-1通过TAM间接支持肿瘤细胞的存活、增殖、运动及药物抵抗作用[17]，且TAM的产生、募集及分泌受CSF-1/CSF-1R轴的调节。通过CSF-1抗体等方法阻断该轴，可抑制约40%～50%的人MCF-7乳腺细胞在小鼠中的生长，这可能是由抑制巨噬细胞的募集以减少MMP和VEGF产生的效果。另外CSF-1抗体的治疗也表明，MCF-7异种移植物的化学耐受性，提示CSF-1与肿瘤的治疗抵抗作用相关。总的来说，CSF-1R/CSF-1轴在调控乳腺癌的发生、血管的生成及减少肿瘤周围基质作用中起关键作用。

2.2 卵巢癌 早期研究认为，CSF-1/CSF-1R参与滋养层细胞的侵袭与破骨细胞的形成，大多数卵巢癌细胞系表达CSF-1，表达程度与侵袭能力相关。在原发性卵巢癌中，约76%可检测出CSF-1，转移灶中约70%。CSF-1R在原发肿瘤中表达约90%，转移灶中约80%。配体受体共表达对转移性肿瘤是一种独立预后不良因素，其平均复发时间可缩短11个月左右。这种共表达允许细胞因子与受体之间通过自分泌相互作用。CSF-1与CSF-1R的结合激活了某种自分泌途径，该途径驱动恶性肿瘤的侵袭及转移。此外临床研究发现，上皮性卵巢癌患者的血液与腹水中CSF-1升高的时间与预后相关，且在疾病发展过程中血液CSF-1的升高预示着疾病的复发或进展。研究[18]证实，CSF-1的升高可作为卵巢癌早期检测的新型标志物。多数学者认为，高表达c-fms的卵巢癌细胞通过CSF-1/CSF-1R轴的调控，促使卵巢癌细胞自由漂浮在腹水或血液中，从而更具侵入性、运动性、黏附性和体内致瘤性，以提高卵巢癌体外侵袭及体内转移扩散[19]。一方面，研究未发现共表达CSF-1/CSF-1R在非侵袭性肿瘤中可见；另一方面，有学者指出在正常卵巢上皮细胞中可检测到CSF-1R，但却检测不到或仅检测到少量的CSF-1，可见通过检测CSF-1R、CSF-1的共表达不仅有利于卵巢癌的诊断，还有助于肿瘤的定位。CSF-1R、CSF-1促进卵巢癌进展的机制仍在研究中，除了已知的c-fms在CSF-1R/CSF-1轴中发挥作用，也有学者认为尿激酶纤溶酶原激活剂(uPA)在该轴中仍起关键作用。与良性肿瘤及正常卵巢上皮相比，CSF-1R、CSF-1及uPA在恶性卵巢肿瘤中均有所提高，但该种丝氨酸蛋白酶在卵巢恶性肿瘤的侵袭和转移中通过CSF-1R/CSF-1发挥作用的方式仍不完全明确。

2.3 鼻咽癌 放疗是鼻咽癌的主要治疗方式，然而某些病变细胞照射后不仅没有死亡，其损伤的基因还可能继续参与机体转录翻译过程，从而改变基因组，诱导放疗抵抗作用引起病变复发及转移，因此阻断放疗抵抗作用是如今研究的热点。Yang等发现，CSF-1R在放疗抵抗型和放疗敏感型患者中表达差异最大，提示它可能是放疗抵抗的一个关键分子，但当时并未阐明该机制。之后本课题组从人鼻咽癌细胞株中筛选出CSF-1R高表达及低表达的细胞，并通过转染技术强制改变不同细胞的CSF-1R表达量，从细胞实验层面发现射线诱导的细胞凋亡与CSF-1R相关，但也与其他因子相关。同时我们又从基因水平与蛋白水平证实，CSF-1R的表达和癌细胞的放射抵抗性呈正相关。那么哪些因子与该过程中的细胞凋亡有关呢？这些因子与CSF-1R又有何种关系呢？陈嘉羽等[11]证实，在CSF-1R过表达的人6-10B鼻咽癌细胞中，Bcl-2表达量上调，而Bax表达量下调，且该细胞株增殖能力增高，而凋亡减少，这表明体外过表达CSF-1R可能通过调节Bcl-2和Bax之间的平衡关系，使6-10B细胞的凋亡延缓，阻止肿瘤细胞凋亡。通过分析筛选，徐细明等[12]发现Cyclin D1可能是促进鼻咽癌细胞增殖的信号分子，进一步研究表明CSF-1R可能通过Cyclin D1的过度表达使G1/S调控点失控，进而驱动鼻咽癌细胞的恶性增殖，这可能PI3K/AKT的信号通路有关。

3 CSF-1R、CSF-1在恶性肿瘤治疗中的应用

3.1 通过肿瘤相关巨噬细胞在治疗中发挥作用 肿瘤相关巨噬细胞不仅可以促进肿瘤进展的复杂过程，还影响肿瘤对化疗和放疗的反应。研究[20,21]发现，TAM可以改善患者对化疗的耐受反应，在乳腺癌中CSF-1R抑制剂联合紫杉醇可通过阻止TAM浸润到原发肿瘤中，减缓了原发性肿瘤进展和肺转移。由于TAM密度与胶质瘤的分级和不良预后相关，在胶质母细胞瘤的小鼠模型中测试了CSF-1R的抑制作用[22]，结果显示这种方法并未减少TAM数量，而是引起肿瘤分泌其他几种细胞因子，如IFNγ和GM-CSF，从而缩小肿瘤，推测GM-CSF可在CSF-1R阻断时促其抗肿瘤行为[23]。有趣的是，放疗也与肿瘤中巨噬细胞增加有关，且这些细胞通过促进肿瘤生长和血管生成来抵抗放疗效果[24]。因此，CSF-1R抑制剂联合化疗或放疗以减少TAM的募集从而可能提高恶性肿瘤对治疗的反应，提高癌症患者的疗效。

3.2 在靶向治疗中的应用 目前，恶性肿瘤中的靶向治疗中主要涉及单克隆抗体(Mabs)和酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)两种类型的药物。已知抑制CSF-1R的临床相关受体TKIs是伊马替尼、达沙替尼、尼罗替尼、帕唑帕尼、索拉非尼和舒尼替尼以及选择性抑制剂坦度替尼、PLX-3397、PLX-5622和JNJ-28312141等。针对CSF-1R或CSF-1的多种小分子和单克隆抗体在临床发展中既可作为单一疗法，也可与标准治疗方案如化疗、放疗以及免疫疗法组合。早期伊马替尼在病例中被证明对于复发弥漫型腱鞘巨细胞瘤(dt-GCT)，疾病可达到完全缓解，并认为其对dt-GCT的完全应答是由于其抑制CSF-1R的活化，阻断负责肿瘤生长的旁分泌环[25]。然而，进一步评估伊马替尼[26]和尼罗替尼的疗效时发现仅在少数dt-GCT患者中出现肿瘤萎缩[27]。Ries等[28]发现，CSF-1R单抗RG7155可通过阻断受体二聚化来抑制CSF-1R配体的激活。在结直肠腺癌和纤维肉瘤的动物模型中，CSF-1R阻断剂消耗TAM并导致CD8+T细胞的相对增加和CD4+T细胞的减少，并可延缓肿瘤的生长和转移。与这一发现一致的是，在转移性卵巢癌和乳腺癌患者的Ⅰ期研究中，RG7155的治疗可显著降低CSF-1R表达并增加CD8+T细胞与CD4+T细胞的比率。此外，28例dt-GCT患者在同一试验中招募并接受治疗，其中24例达到客观缓解。总体而言，RG7155治疗耐受性良好，只有18%患者发生3/4级不良事件(虚弱、水肿和发热)。这些结果为进一步研发CSF-1R阻断剂联合化疗、免疫疗法提供依据。同时，多项临床试验也发现CSF-1R抑制剂不仅可以在联合治疗中有利于患者肿瘤组织缩小，还能改善临床症状，降低不良事件的发生率。目前针对CSF-1R的各种诊疗方法正在临床开发中，有关CSF-1/CSF-1R靶向药物也已成为标准治疗模式的组合伴侣。

综上所述，CSF-1及CSF-1通过自分泌或旁分泌信号传导促进肿瘤细胞增殖和存活，在恶性肿瘤发生和发展中扮演重要角色。阻断CSF-1/CSF-1R轴不仅可以直接靶向表达CSF-1R的肿瘤细胞，而且可以改善肿瘤微环境。CSF-1R、CSF-1不仅可通过刺激肿瘤细胞分泌并募集局部巨噬细胞，继而介导免疫抑制，促进癌细胞的转移和增加对细胞毒性化学疗法及放疗的抗性。还可成为多种恶性肿瘤临床靶向治疗的新型手段，同时联合其他治疗方式以提高症状缓解率，降低不良事件发生率。目前，恶性肿瘤中CSF-1R/CSF-1轴的具体机制及临床诊疗的相关研究还未完善，仍需要我们进行更加深入地探索和临床验证，从而在提高靶向药物及综合治疗效果的同时，还有助于我们在恶性肿瘤中寻找新的预测标志物以帮助临床早期诊断及术后预测，并为更准确地选择CSF-1R靶向治疗的对象提供依据，以达到个体化治疗与精准医学的目的，为恶性肿瘤患者带来重获治疗的新希望。