肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤进展中作用的研究进展

陈成，谢旭综述，巴明臣审校

广州医科大学附属肿瘤医院肝胆肿瘤科，广州 510095

恶性肿瘤是由失去正常的生物学调节和细胞过度增殖导致，已成为中国居民的主要死亡原因之一。肿瘤微环境由免疫细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞等组成，是肿瘤发生发展的基础，其中免疫细胞是肿瘤微环境的主要成分。肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）指参与构成肿瘤微环境的巨噬细胞，是肿瘤微环境中重要的免疫细胞，广泛存在于各种肿瘤中，可分泌多种细胞因子、趋化因子和蛋白酶等，促进肿瘤细胞生长、侵袭、转移和耐药，其数量与肿瘤的恶性程度呈正比。但TAM 在肿瘤进展中如何发挥作用尚不明确，本文对TAM 在肿瘤进展中作用作一综述。

1 TAM 的来源、分型及生物学调节机制

1.1 TAM 的来源

TAM 是来源于外周血和组织中的巨噬细胞。肿瘤细胞及肿瘤基质细胞可分泌细胞因子、趋化因子等，促进巨噬细胞游走聚集在肿瘤周围，构成肿瘤微环境的一部分，这些聚集到肿瘤周围组织中的巨噬细胞具有抗炎、促肿瘤的特性，在肿瘤浸润、转移过程中发挥非常重要的作用，被称为TAM。巨噬细胞来源于骨髓造血干细胞和胚胎时期卵黄囊组织，前者被称为髓源性巨噬细胞，后者被称为组织驻留巨噬细胞。参与病原体反应的巨噬细胞来自血液循环中的单核细胞前体，这些细胞前体在趋化因子如CC 趋化因子配体（CC chemokine ligand，CCL）2、CCL5、CCL7、CCL20，以及一些细胞因子如巨噬细胞集落刺激因子、血管内皮 生 长 因 子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、巨噬细胞转移抑制因子、巨噬细胞炎性蛋白1α及血管生成素-2（angiopoietin-2，Ang-2）等的作用下被募集并渗透入至肿瘤组织中，在肿瘤微环境的影响下分化为TAM，成为肿瘤微环境的重要组成部分。

1.2 TAM 表型的极化

TAM 通常分为经典活化型（M1）和交替活化型（M2）。巨噬细胞受到辅助性T 细胞（T helper，Th）1 细胞介质如干扰素（interferon，ΙFN）-γ和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等介质的刺激向M1-TAM 极化。干扰素-γ与干扰素受体结合后，使酪氨酸激酶JAK1 和JAK2 磷酸化，从而激活信号转导与转录激活因子（signal transduction and activator of transcription，STAT）1，诱导多种细胞因子受体如白细胞介素（interleukin，ΙL）-6R、ΙL-12R 及细胞间黏附分子1（intercellular adhesion moleclar 1，ΙCAM1）、整合素α的表达，使巨噬细胞向M1-TAM极化；ΙNF-γ可诱导缺氧诱导因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HΙF-1α）高表达，产生ΙL-1β等炎性因子，也可促进巨噬细胞向M1-TAM 极化；脂多糖可被巨噬细胞Toll 样受体（toll-like receptor，TLR）识别，二者结合后通过衔接蛋白髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MYD88）介导一系列激酶如ΙRAK4 和ΙKKβ的激活，最终激活转录关键因子核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB），调控一系列炎性基因的表达，调节巨噬细胞向M1-TAM 极化；脂多糖与TLR 结合后也可通过TRΙF 相关 接 头 分 子（TRΙF- related adaptor molecule，TRAM）通路激活转录因子干扰素调节因子3（interferon regulatory factor 3，ΙRF3）诱导Ⅰ型干扰素如ΙFN-α和ΙFN-β的表达，Ⅰ型干扰素与其受体结合后可激活转录因子STAT1，最终巨噬细胞在NF-κB、STAT1 的调控下向M1-TAM 方向极化，产生生物学效应。

肿瘤细胞产生的多种因子可以促进巨噬细胞向M2-TAM 极化。目前已经确定了几种主要的M2-TAM 刺激因子，分别为集落刺激因子1（colony stimulating factor 1，CSF1）、CCL2、CCL3、CCL14、ΙL-10、ΙL-4、ΙL-13、糖皮质激素和巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte macrophage-colony stimulating factor，GM-CSF），这些刺激因子可促进巨噬细胞向M2-TAM 表型分化。目前，已证实CCL2、CCL3 和CCL14 可刺激多发性骨髓瘤中巨噬细胞的增殖和极化；结肠癌细胞来源的CSF1 可促进巨噬细胞的招募和极化；ΙL-4 与CSF1 协同作用，诱导M2 型巨噬细胞极化；ΙL-10 可抑制巨噬细胞中促炎性细胞因子和趋化因子的产生，从而诱导巨噬细胞向M2-TAM 分化。此外，外周血单核细胞被招募至肿瘤部位后，肿瘤微环境可促进其分化为TAM。分泌至肿瘤微环境中的细胞因子可调节巨噬细胞极化，如ΙL-4，由CD4T 淋巴细胞分泌；ΙL-10，由调节性T细胞分泌。Th2细胞来源的ΙL-13亦可能在TAM极化过程中发挥作用。ΙL-4或ΙL-13与其受体结合可导致JAK1 和JAK3 的募集从而激活STAT6。研究发现，RON 受体酪氨酸激酶可通过STAT6 依赖机制促进精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）的表达，使巨噬细胞向M2-TAM 分化。M2又可分为M2a、M2b 和M2c 三种类型，M2 在细胞因子ΙL-4 和ΙL-13 作用下形成M2a，在免疫复合物、TLR 或ΙL-1 拮抗剂作用下形成M2b，在糖皮质激素和ΙL-10 作用下形成M2c。

1.3 TAM 生物调节机制及功能表达

M1-TAM 可分泌促炎细胞因子，如干扰素、ΙL-1、ΙL-12、ΙL-23、一氧化氮（nitric oxide，NO）、活性氧等，通过组织相容性复合体-Ⅱ（major histocompatibility complex-Ⅱ，MHC-Ⅱ）的表达，促进CD4T 细胞向Th1、Th17 细胞分化，发挥清除机体内细菌和病毒、促进炎性反应和抗肿瘤作用。M1-TAM 通过表达CXC 趋化因子配体10（C-X-C chemokine ligand 10，CXCL10）、CCL20 等驱动自然杀伤（nature killer，NK）细胞和树突状细胞迁移至肿瘤周围，并分泌干扰素和ΙL-12 以激活NK 细胞和树突状细胞。活化的NK 细胞释放的穿孔素和颗粒酶可杀伤多种肿瘤细胞，肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）通过Fas/FasL 通路诱导肿瘤细胞凋亡。活化的树突状细胞可高表达MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ类分子，该类分子与肿瘤细胞结合后形成肽-MHC 分子复合物，呈递给T 淋巴细胞，启动MHC-Ⅰ类限制性细胞毒性T 淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）反应和MHC-Ⅱ类限制性的CD4Thl 反应杀伤肿瘤细胞。树突状细胞与T 淋巴细胞结合，可分泌ΙL-12、ΙL-18 促进T 淋巴细胞增殖，诱导CTL 生成及Th1 型免疫应答，有利于清除肿瘤细胞。树突状细胞分泌的趋化因子可促使效应T 淋巴细胞长期存在于肿瘤部位，释放抗血管生成物质（如ΙFN-γ）影响肿瘤新生血管生成。活化的NK 细胞和树突状细胞可分泌ΙFN、ΙL-12 等细胞因子，以正反馈的形式促进更多的M1-TAM、NK细胞和树突状细胞活化。此外，M1-TAM 还可通过分泌趋化因子CCL15、CCL20、CXCL10 和CXCL11激活T 淋巴细胞增强机体免疫应答以达到清除肿瘤细胞的作用。

肿瘤微环境有利于巨噬细胞向M2-TAM 极化，M2-TAM 是肿瘤间质中数量最多的细胞，占肿瘤间质细胞总数的30%～50%。M2-TAM 的抗原呈递能力较差，但有抑制炎症和促进肿瘤活性的作用。M2-TAM 可抑制Th1 的适应性免疫应答，参与Th2 反应，可产生抗炎细胞因子来抑制炎症。M2-TAM 可分泌免疫抑制细胞因子和趋化因子，选择性地招募T 淋巴细胞抑制抗肿瘤免疫反应，促进肿瘤侵袭、生长和转移，参与组织重塑和肿瘤新生血管生成。活化的M2-TAM 可分泌Th2 型细胞因子、上调ΙL-10 和（或）TGF-β、下调免疫应答反应来发挥抑制炎症、促进肿瘤活性的作用。研究表明，肿瘤微环境中M2-TAM 浸润数量与肿瘤细胞的远处转移明显相关，提示肿瘤微环境中的M2-TAM参与了肿瘤细胞的侵袭、转移过程。

2 TAM 促进肿瘤进展的作用机制

2.1 促进肿瘤新生血管生成

肿瘤的生长和侵袭转移与肿瘤新生血管生成密切相关。肿瘤新生血管生成为肿瘤细胞存活和生长提供充足的氧气和营养，并带走代谢废物。TAM 可表达转录因子如低氧诱导因子-1（hypoxia inducible factor-1，HΙF-1）来应对肿瘤的低氧环境，可调节一系列基因的表达以促进肿瘤新生血管生成和红细胞生成，进而促进肿瘤细胞的生长。TAM 还可分泌血管生成因子，如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、成 纤 维 细 胞 生 长 因 子2（fibroblast growth factor 2，FGF2）、血 小 板 衍 生 生 长 因 子（platelet-derived growth factor，PDGF）和肾上腺髓质素（adrenomedullin，ADM）、胸苷磷酸化酶，这些血管生成因子在肿瘤进展和侵袭中均可发挥重要作用。TAM 可通过分泌VEGFC 和VEGFA，促进胃癌血管和淋巴管的生成，NF-κB 通路和加压素-1可能是其中重要的调控机制，TAM 还通过产生血管生成因子胸苷磷酸化酶参与肿瘤新生血管生成，其表达水平与肿瘤新生血管有关，体外研究表明，胸苷磷酸化酶可促进内皮细胞的迁移。Badawi 等探讨人结肠癌巨噬细胞浸润与肿瘤新生血管生成的关系时发现，恶性肿瘤组织浸润性巨噬细胞的数量明显高于良性息肉组织，血管密度也高于良性息肉组织。肿瘤微血管的密度与肿瘤中浸润的TAM 密度密切相关，因此，肿瘤恶性程度与肿瘤组织中浸润的TAM 数量呈正相关。

此外，内皮细胞酪氨酸激酶受体2（tyrosine kinase receptors 2，Tie2）表达的单核细胞是一种存在于人类外周血和肿瘤中的TAM，在肿瘤血管生成和生长中发挥重要作用。Tie2 与血管生成素结合后可维持血管内皮细胞动态平衡及存活状态，促进血管分支形成。Ang2 由肿瘤新生血管生成，是Tie2 的配体，也是单核细胞的趋化剂。研究表明，Tie2阳性的TAM能够明显促进肿瘤新生血管生成，对小鼠子宫内膜异位病变、卵巢癌等的研究也证实了单核细胞在肿瘤新生血管生成中的作用。Chen 等的研究认为，肿瘤复发由肿瘤内血管再生引起，与Tie2 的过表达密切相关。因此，肿瘤组织中TAM 的浸润可促进肿瘤新生血管生成，在肿瘤新生血管生成中发挥关键作用。

2.2 促进淋巴管生成

肿瘤淋巴管形成是肿瘤细胞扩散的重要过程，研究表明，TAM 可释放淋巴管内皮生长因子，从而促进肿瘤淋巴管生成。TAM 分泌的促血管生成因子（VEGFC 和VEGFD）与肿瘤淋巴管生成密切相关，TAM 上调VEGFC 的表达可以使乳腺癌组织的微淋巴管密度升高，淋巴管上皮细胞再生，从而促进淋巴管的生成。此外，研究发现，阻断NF-κB通路可以明显下调VEGFC的表达，表明NF-κB通路是介导TAM上调产生VEGFC的主要途径之一，这为研究TAM 促淋巴管生成的分子机制奠定了基础。对宫颈癌的研究发现，TAM 释放的VEGFC 在肿瘤淋巴管生成及最终发生淋巴结转移过程中均发挥着重要作用。对膀胱癌的研究发现，TAM释放的VEGFC 不但有助于肿瘤新生血管生成，还可促进肿瘤淋巴管生成。TAM 诱导VEGFC 的表达还可促进肺癌的淋巴结转移。同样，胃癌患者的淋巴结转移也与TAM 的浸润密切相关。上述研究结果均表明，TAM 可刺激原有的淋巴管内皮细胞分化，从而促进肿瘤淋巴管生成，还可通过转分化的方式融入淋巴管内皮层，并表达淋巴内皮标志物。多数肿瘤细胞的转移首先是经过淋巴途径进行的，而TAM 可通过各种途径来促进异常淋巴管的生成，为肿瘤细胞的侵袭转移提供了便利。

2.3 降低机体免疫功能

肿瘤微环境主要由巨噬细胞、T 淋巴细胞、NK细胞、树突状细胞、中性粒细胞组成。肿瘤微环境中的TAM 可表达趋化因子和细胞因子，促进肿瘤微环境的免疫抑制，通过减少抗原提呈细胞和阻碍T淋巴细胞的增殖来抑制特异性免疫反应。TAM分泌的趋化因子、ΙL-10、TGF-β可诱导调节性T 细胞（regulatory T cell，Treg），抑制巨噬细胞表面的MHC-Ⅱ类分子表达，使巨噬细胞不能有效地向T淋巴细胞提呈肿瘤抗原，阻碍T 淋巴细胞对肿瘤细胞发挥特异性杀伤作用，从而抑制肿瘤微环境的免疫应答。TAM 的涎免凝集素15 可以识别肿瘤细胞的唾液酸抗原，并提高TGF-β的表达。TAM 也可分泌人类白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）如HLA-C、HLA-E、HLA-G，均可抑制NK 细胞与杀伤性T 细胞的活化，并通过骨髓来源的抑制性细胞（myeloid derived suppressor cell，MDSC）、肿瘤相关树突状细胞和中性粒细胞协同作用来抑制肿瘤微环境。TAM 还可通过表达多种受体或配体来发挥抑制功能，如表达Arg-1 来抑制T 淋巴细胞的活性。此外，肿瘤细胞通常通过表达程序性死亡受体配体1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1），与程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）结合，从而诱发免疫逃逸。有研究表明，TAM 能激活胃腺癌细胞PD-L1 的表达，促使PD-L1 表达上调，在鼻咽癌患者中，PD-L1 的表达与TAM 的浸润程度相关，且肿瘤细胞和TAM、MDSC 间存在相互作用，肿瘤细胞能通过调控TAM、MDSC 中的环氧化酶2（cyclooxygenase 2，COX2）/膜结合型前列腺素E2 合成酶1（membrane-associated prostaglandin E synthase-1，mPGES-1）/前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）通 路 调 节PD-L1 的 表 达。TAM 能表达PD-1，且其表达水平与TAM 吞噬作用呈反比。阻断PD-1 可增强TAM 的吞噬功能，延缓肿瘤细胞的生长。还有研究表明，PD-1 阳性的巨噬细胞倾向于表达M2 型巨噬细胞表面标志物，PD-1 阴性的巨噬细胞倾向于表达M1 型巨噬细胞的表面标志物。表明TAM 在肿瘤微环境里发挥自然免疫抑制作用，使肿瘤逃脱机体免疫监视，从而促进肿瘤细胞的增殖和转移。研究肿瘤微环境中TAM 介导的免疫抑制机制网络可有力支持恶性肿瘤免疫治疗新药物的开发。

2.4 促进肿瘤细胞增殖

TAM可产生多种肿瘤侵袭转移因子，释放入肿瘤间质的产物可直接刺激肿瘤生长，如表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、ΙL-6 和CXCL8等。在胃淋巴瘤组织中，侵袭性TAM 可分泌一种增殖诱导配体（a proliferation-inducing ligand，APRΙL）的细胞因子，其可以直接维持肿瘤细胞的增殖，免疫组化分析结果显示，APRΙL 在邻近肿瘤细胞的TAM 中高表达。TAM 通过表达TNF-α、ΙL-6、ΙL-11等炎性因子激活NF-κB，活化转录激活因子STAT3，从而提高肿瘤细胞的存活及增殖能力。TAM 表达的某些因子的促肿瘤作用受肿瘤发展阶段的影响，如CSF1 缺乏对早期乳腺癌的促进作用，可明显促进晚期乳腺癌的发展。TAM 可表达降解细胞外基质的酶类，如纤溶酶、尿激酶型纤溶酶原激活因子、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等，这些酶可降解细胞外基质，减弱细胞间链接强度，利于肿瘤细胞的侵袭和转移。同时，降解肿瘤细胞外基质还会释放肝素结合生长因子，促进肿瘤新生血管生成，支持肿瘤血管化和转移。肿瘤细胞通常通过淋巴管及血管转移，TAM 增强肿瘤细胞的侵袭能力促进肿瘤细胞进入淋巴管及血管，进一步促进肿瘤细胞的生长和远处转移。

2.5 TAM 在循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）种植转移中的作用

肿瘤细胞多经过血液进行远处转移。肿瘤细胞进入血液循环后，必须存活下来才能迁移转移至其他组织或器官，进入血液循环的肿瘤细胞被称为CTC。TAM 在外周血CTC 存活中发挥重要作用，Adams 等研究表明，TAM 可与外周血中的CTC 结合，有助于肿瘤细胞在远处的种植转移。有研究在88%的乳腺癌病灶处检测到了TAM，而乳腺良性病灶中为26%，证实乳腺癌患者外周血中存在与CTC 结合的TAM。此外，TAM 通过分泌MMP 和CXCL12 等促进肿瘤细胞转化为CTC。这证实了TAM 在恶性肿瘤患者血液循环中的重要性及其在远处转移发展中的作用，对TAM 的存在进行筛查可能成为诊断肿瘤进展的生物标志物。

3 TAM 在抗肿瘤治疗中的作用

3.1 诱导M2-TAM 向M1-TAM 转化

在肿瘤细胞生长增殖的过程中，肿瘤微环境中均存在M1-TAM、M2-TAM 两种类型。M1-TAM 具有明显的抗肿瘤作用，能够识别和杀伤肿瘤细胞，而M2-TAM 具有促进肿瘤细胞生长的功能。肿瘤早期以M1-TAM 为主，中晚期以M2-TAM 为主，随着肿瘤进展，M1-TAM 逐渐向M2-TAM 极化。动物实验和临床研究显示，肿瘤组织中M2-TAM 的比例增高常提示预后不良，这一现象也伴随肿瘤细胞增殖能力增强和肿瘤组织血管密度增高。通过巨噬细胞的可塑性，可以对M2-TAM 进行调节，促进M2-TAM 向M1-TAM 极化，可有效抑制肿瘤的发生发展过 程。BLZ945 是ΙFN-γ、CD40 单抗、CSF-1R 等多种小分子的抑制剂，具有TAM 极性转化的能力，可延长肿瘤患者的生存期。采用TLR4、TLR7 等的激动剂处理TAM 后与肿瘤细胞共培养，可明显抑制肿瘤细胞的增殖能力。甘露糖修饰的聚合物纳米粒包载

IκBα

siRNA 的药物可恢复TAM 中NF-κB 的活性，体外实验证实，TAM具有良好的转化能力。上述研究表明，可通过TAM 的极性转化来抑制肿瘤生长，为抗肿瘤治疗提供了研究方向与基础。

3.2 抑制巨噬细胞向肿瘤组织募集

阻断巨噬细胞向肿瘤组织趋化是抗TAM 的治疗策略之一。CCL2/CCR2 通路在巨噬细胞招募过程中可发挥重要作用，靶向此通路是抗肿瘤治疗的有效策略。CCL2 阻断剂——卡芦单抗（carlumab）在动物实验中已被证实可以抑制多种肿瘤细胞的生长。研究结果表明，接受卡芦单抗治疗患者的耐受性良好，可出现短暂的CCL2 抑制及抗肿瘤活性反应。CCR2 拮抗剂——PF04136309 能抑制巨噬细胞从骨髓向肿瘤部位游走，从而抑制胰腺癌细胞的生长。一项Ⅰ期临床试验采用PF04136309 联合化疗治疗局部晚期、非转移性胰腺癌患者，显示出一定的客观反应率，且安全性及耐受性良好。

4 小结与展望

肿瘤组织中的M2-TAM 表达的趋化因子、促血管生成相关因子、淋巴管生成相关因子、免疫抑制因子，可提高肿瘤细胞的侵袭转移能力，使肿瘤细胞容易逃避机体的免疫监视，促进肿瘤细胞生长和转移。但这些因子通过何种通路促进肿瘤进展尚不明确。随着在肿瘤免疫、肿瘤微环境及TAM 领域的深入研究，可以逐渐阐明TAM 影响肿瘤发生发展的具体机制及通路，为肿瘤临床治疗和新药研发提供重要的理论依据。