肿瘤相关巨噬细胞在恶性肿瘤侵袭和转移过程中的作用

2022-11-23张小沛马方达隋爱霞赵新宇张燕

癌症进展 2022年12期

张小沛，马方达，隋爱霞，赵新宇，张燕

1河北北方学院研究生院，河北张家口 075132

2河北省人民医院肿瘤六科，石家庄 050057

石家庄市人民医院3重症肌无力诊疗中心，4肿瘤四科，石家庄 050011

全世界恶性肿瘤的发病率和病死率均呈上升趋势，据统计，2020年全球新增1930万恶性肿瘤病例和近1000万恶性肿瘤死亡病例[1]。侵袭和转移是恶性肿瘤患者病情恶化及死亡的主要原因，该过程不仅依赖肿瘤细胞本身，还与肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）中多种类型的细胞相关，肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）是其中最重要的一类[2]。不同的TME能够诱导巨噬细胞分化为不同亚型，目前认为主要包括经典活化型（M1-TAM）和替代活化型（M2-TAM），M1-TAM主要参与抗原呈递而具有抗瘤作用，M2-TAM则主要促进抗炎反应而发挥致瘤作用。研究发现，M2型巨噬细胞在邻近恶性肿瘤的转移性淋巴结和非转移性淋巴结中增加，大转移患者的M2-TAM计数高于微转移患者[3]。本文对TAM在恶性肿瘤侵袭和转移过程中的作用进行综述。

1 TAM的募集

肿瘤转移前生态位的形成和特定的转移器官趋向性受骨髓来源的造血免疫祖细胞、未成熟髓细胞、细胞因子、趋化因子和生长因子的共同调控，它们可以改变器官或组织的局部微环境，促进循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）的黏附和生存[4]。TAM的募集是由巨噬细胞趋化剂的上调介导的，包括C-C趋化因子配体2（chemokine CC motif ligand 2，CCL2）和血管内皮生长因子（vascular endothlial growth factor，VEGF）。在原发肿瘤生长过程中，TAM主要在缺氧区域积累，且80%为M2型巨噬细胞[5]。M2-TAM对肿瘤缺氧区域具有较高的趋向性，缺氧时内质网应激蛋白肌醇酶1（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）信号通路被激活，抑制细胞糖酵解，促进氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）和细胞内脂质积累，从而形成M2-TAM的典型表型，提示调控M2-TAM的内质网应激反应可能是抗肿瘤治疗的一个新的研究方向[6]。

整合素α4β1是血管细胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule 1，VCAM1）的受体，可选择性地促进髓系细胞向TME归巢[7]，为肿瘤细胞的侵袭和转移提供条件，这一观点在睾丸癌[8]、乳腺癌[9]、肺癌[10]中得到初步验证。Wang等[11]研究发现，体内外直肠癌细胞中，高迁移率族蛋白A2（high mobility group A2，HMGA2）能够促进巨噬细胞募集和M2极化。HMGA2直接与信号转导和转录激活因子 3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）的启动子结合，激活其转录，进而诱导CCL2分泌，促进巨噬细胞募集，导致患者的总生存率较低。

在转移性肿瘤的发展过程中，组织驻留的TAM是第一批与原发肿瘤细胞相互作用的细胞之一，因此，其与肿瘤的发生和发展有着密切关系。开发抗巨噬细胞募集的靶向抗肿瘤药物可能成为一个新的研究方向。

2 TAM与肿瘤局部侵袭和迁移

TAM主要通过降解细胞外基质和基底膜促进肿瘤的局部侵袭。在转移生态位的形成中，TAM可以分泌大量的生物活性分子并装载到细胞外载体中，参与形成旁分泌信号环，该信号环包括肿瘤来源的集落刺激因子1（colony-stimulating factor 1，CSF1）和巨噬细胞来源的表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF），二者共同促进转移生态位的形成[12]。除此之外，TAM还可分泌基质蛋白、基质重塑酶、蛋白酶、组织蛋白酶及趋化因子等，这些成分对正常组织间质消化和重塑具有重要意义，其中上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal tran-sition，EMT）被认为是关键步骤[13]。TAM到达TME后，通过促进EGF、促迁移因子和纤维胶原产生，与肿瘤相关成纤维细胞（cancer associated fibroblast，CAF）协同分割细胞外基质（extracellular matrix，ECM）[14-15]。关于乳腺癌的研究发现，骨桥蛋白、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）均是乳腺癌中巨噬细胞来源的生长因子，能够促进肿瘤细胞与巨噬细胞之间的相互作用[16-17]。Zheng等[18]从外泌体和M2-TAM中分离出的细胞裂解液中发现了明显的微小RNA（microRNA，miRNA）-21，功能研究表明，外泌体miRNA-21可直接从巨噬细胞转移到胃癌细胞，从而为TAM促进肿瘤局部侵袭提供了理论依据。

除此之外，TAM还是蛋白酶的主要来源，如半胱氨酸组织蛋白酶（cysteine cathepsin，CC），其与多种肿瘤进展和耐药性有关[19]。化疗和放疗会诱导可溶性细胞因子释放，如血管细胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule 1，VCAM1）和CCL2，从而招募大量巨噬细胞浸润TME，放化疗诱导的这种TAM募集使治疗耐药性循环延续。应用氯膦酸脂质体或通过CSF1基因消融阻断TAM可显著干扰TAM在肿瘤局部侵袭和转移过程中的作用，并且可增强抗VEGF抗体在皮下肿瘤模型中的抗肿瘤和抗血管生成作用。然而，目前的研究表明，当作为单一药物使用时，TAM靶向策略减灭原发肿瘤生长的效果并不理想，许多TAM靶向治疗在与其他疗法联合使用时可发挥更大的效果[20]。

3 TAM与肿瘤细胞内渗

内渗是指巨噬细胞与肿瘤细胞之间的相互作用促进肿瘤细胞进入血管的过程。血管内渗过程中巨噬细胞和肿瘤细胞之间的动态相互作用使肿瘤细胞表现出沿胶原纤维向血管移动的高速极化运动趋势[21]。血管的趋化性是对与血管相关的巨噬细胞分泌的EGF等趋化剂的反应，其具有加强引导肿瘤细胞向血管移动的作用，且内渗效率与肿瘤细胞向血管的迁移和原发肿瘤中的巨噬细胞密度直接相关[22]。缺氧会触发聚集性CTC的内渗[23]，这与之前提到的缺氧诱导M2-TAM极化微环境一致[24]。Pignatelli等[25]研究发现，阻断肿瘤细胞与巨噬细胞之间的信号转导能够预防乳腺癌细胞的内渗，并阻断人体乳腺癌模型内皮迁移，但该技术目前尚处于实验阶段，临床中尚未得到广泛应用。在一项纳入497例肺腺癌患者的临床研究中发现，TAM的浸润程度可能成为评估肿瘤细胞进入血液循环、预后及指导个体化治疗的指标[26]。因此，可以推断在肿瘤细胞内渗入血管的过程中，TAM发挥着“敲门砖”的作用。

目前，多光子活体成像技术已在观察活体动物肿瘤转移扩散过程中TAM-肿瘤的相互作用方面得到初步应用，其可清楚地观察巨噬细胞定位于血管外渗部位并帮助肿瘤细胞进入循环[27]。Rabah等[28]制备了TAM可视化转基因小鼠模型，为进一步了解TAM在CTC内渗过程中发挥的作用奠定了基础，期待更多TAM相关研究能够从该模型中获益。

4 TAM与肿瘤细胞在循环中的存活

进入循环中的肿瘤细胞为CTC，其存在于与实体瘤组织微环境完全不同的微环境中，主动分离或从原发性肿瘤脱落到淋巴和血液中，它们与基质分离并暴露于免疫系统和血液中[29]。一些CTC亚群获得了存活、归巢和远处定植的能力，造成肿瘤转移[30]。CTC在循环中面临着几种环境应激源，包括氧化应力、剪切力和免疫系统的攻击，因此许多CTC在血液循环中死亡[31]。然而，TAM在促进CTC存活过程中可与其他因素协同发挥免疫逃逸作用[32]。研究发现，位于T细胞反应上游的TAM可以通过程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）和程序性死亡受体配体 1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1，PD-L1）直接与T细胞结合，诱导T细胞衰竭和功能障碍，TME支持转移前生态位和CTC发展并促进CTC从免疫监视中逃逸[33]。

5 TAM与CTC外渗

外渗是指CTC与内皮细胞相互附着，从而破坏内皮屏障的稳定，并迁移、植入到邻近的血管外组织的过程。外渗是肿瘤转移性生长的必要条件。外渗过程中的关键步骤是肿瘤细胞与内皮的黏附及其跨内皮迁移。Kühlbach等[34]研究转移级联的新型三维模型及微流体装置，使人们能够更加直观地了解CTC外渗过程。CTC进入血液循环后，血管中巨噬细胞分泌的VEGF会导致血管渗漏，帮助肿瘤细胞外渗[35]。

研究表明，参与细胞凋亡和增殖的转录因子CCAAT增强子结合蛋白δ（CCAAT enhancer binding protein δ，C/EBPδ）基因敲除对肿瘤细胞的转移具有抑制作用[36]。然而，C/EBPδ的表达并不局限于肿瘤前体上皮细胞，也在TAM中显著表达[37]。一项利用原位胰腺癌模型和特异性外渗模型的研究发现，氯硝柳胺和福斯科林可显著降低斑马鱼的肿瘤细胞外渗，并通过调节信号通路、趋化因子和肿瘤-内皮细胞相互作用来限制肿瘤细胞外渗，且在小鼠模型中得到了同样的验证[38]。虽然巨噬细胞在CTC外渗中的具体机制尚不完全清楚，但上述动物实验已初步证明这一过程需要肿瘤细胞和TAM相互作用，这可能为抗肿瘤治疗提供了一个新的思路。

6 TAM与肿瘤细胞在转移部位的定植

远处器官的定植是转移级联反应的最后阶段，通常通过3个关键步骤来实现：定植、休眠和生长[39]。根据“种子与土壤”假说，微环境可以提供一个理想的生态位，允许转移的肿瘤细胞茁壮成长[40]。进入转移部位后的肿瘤细胞通过分泌细胞因子和生长因子，影响免疫细胞的正常功能，从而为肿瘤细胞定植提供有利条件。TAM与肿瘤细胞的相互作用对于调节多种肿瘤在转移部位的定植和生长至关重要。在肺癌骨转移[41]、直肠癌肝转移[42]等相关研究中，这种串扰也越来越多地涉及，当肿瘤细胞定植于转移部位时，转移部位的巨噬细胞群体，如F4/80+/CD11c+巨噬细胞，将被肿瘤来源的刺激因子驯化为转移相关的TAM，这些特定的巨噬细胞可以分泌趋化因子来改变转移前生态位的微环境，促进肿瘤细胞的定植，TAM作为肿瘤细胞的“向导”间接促进肿瘤细胞的生长，然而，TAM与肿瘤细胞直接结合促进肿瘤细胞在转移部位生长的机制仍需要更多的研究来阐明[43]。