肿瘤相关巨噬细胞与消化系统肿瘤的关系及相关机制研究进展

许召君 综述 陈小彬 安 娟 乔文杰 刘 韬 王亚丰 马晓明 审校

肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)是肿瘤细胞与人体免疫系统相互作用的重要场所，其中包括肿瘤细胞、免疫细胞、间质细胞及其分泌的活性因子等。肿瘤疾病的进展受肿瘤微环境中多种因素的共同影响[1]。肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAM)是肿瘤组织中浸润的巨噬细胞，具有高度的异质性和可塑性，其在肿瘤发生、发展过程中的动态变化、表型、信号通路以及功能状态已成为国内外学者研究的热点。本文通过描述TAM的来源、类型及其与消化道肿瘤的关系以及涉及的相关机制，旨在为消化系统肿瘤的发病机制和治疗策略的研究提供有利的依据。

1 肿瘤相关巨噬细胞

肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAMs)是肿瘤微环境中细胞的一个亚群，主要来源于骨髓中的单核细胞，影响着肿瘤的发生、发展[2]。在肿瘤进展过程中，血液中的免疫细胞被招募至肿瘤，在TME内诸多因素的作用下，形成TAMs，从而促进肿瘤的进展。Cortez-Retamozo等[3]发现TAMs存在于髓外部位，即脾脏中的CD11b(+)Ly-6C(hi)单核细胞中。TAMs作为TAM的关键成员，因其高度的可塑性，使得不同的巨噬细胞群体以不同方式与肿瘤细胞和其他TME成分相互作用[4]。Anfray等[5]认为TAMs至少被活化为2个亚型，根据TAM活化后作用的不同，通常将其分为经典活化的M1型和交替活化的M2型，他们在肿瘤中发挥的作用几乎相反，M1型TAM具有抑制肿瘤细胞和刺激免疫的特性，而M2型通过抑制T细胞免疫反应促进肿瘤细胞的生长、侵袭和转移。目前通常用CD163作为M2型TAM细胞的特异性标志物。在TME中，M1型TAM通过分泌IL-6、IL-12和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等方式发挥杀伤肿瘤细胞的作用；而M2型TAM通过高表达 CD23、CD163、CCR2、Arg-1、YM-1、IL-10等分子，抑制促炎因子的表达，促进肿瘤细胞的增殖和转移[6]。在肿瘤组织中，M1型和M2型TAMs是1个连续功能状态下的2个极端，而这种动态变化持续影响着肿瘤的发生、发展和转移[7]。

2 TAMs在胃癌中的作用

胃癌(gastric cancer，GC)是全球发病率和病死率较高的恶性肿瘤，世界卫生组织(WHO)发布的GLOBOCAN数据显示[8]，新发病例为103万例，位居第5位，且因胃癌早期症状多不明显，诊断时多为晚期，导致手术效果不佳，预后较差，且肿瘤干细胞(CSCs)的存在也大大降低了胃癌的5年生存率[9]，使其成为全球第二大致死性癌症。2015年，中国胃癌新发病例为67.9万例，死亡病例为49.8万例，位居我国恶性肿瘤的第2位，仅次于肺癌[10]。WHO根据组织学特征将胃癌分为五种不同的亚型：包括高分化的管状腺癌、乳头状腺癌和黏液腺癌，低分化的印戒细胞癌，以及较为少见的混合癌，其中以管状腺癌最为常见[11]。一直以来，胃癌都有着较高的发病率和死亡率，因此如何改善进展期胃癌患者的预后，提高其生存质量，延长生存期成为各国研究的热点。近年来，相关研究表明TAMs数量越多、集中密度越高的胃癌患者总体生存期(overall survival，OS)越差，表明TAMs的浸润水平与胃癌患者的预后存在一定的相关性[12]。而临床研究发现，M2型TAMs的含量与胃癌腹膜转移相关。检测腹水或腹腔灌洗液结果表明胃癌腹膜转移患者较未转移患者M2型TAMs含量明显增高[13]。故我们通过分析TAMs与胃癌患者的相关性及其相关机制，旨在探索胃癌新的诊疗方案。

TAMs参与胃癌进程主要考虑以下几个方面：第一，TAMs通过分泌的VEGF-C和VEGF-A等方式来促进胃癌血管和淋巴管的生成，其中涉及NF-κB通路的活化[14]。第二，胃癌细胞在低氧环境长期刺激下可导致TAMs增殖并表达低氧诱导因子1(hypoxia-inducible factors-1，HIF-1)和低氧诱导因子2(hypoxia-inducible factors-2，HIF-2)等转录因子，而这些转录因子可激活一系列促进肿瘤生长、转移、血管生成等的信号通路；此外，增殖的TAMs可通过诱导VEGF分泌、MMP-2、MMP-9活性的增强来促进肿瘤血管的生成[15]。第三，TAMs可通过诱导TGF-β/BMPs、TNF-α/Wnt、β-catenin/Wnt、STAT3/IL-6/IRF4等通路的活化来促进胃癌细胞的增殖、侵袭和转移。第四，一些分子如CCL5、ADAM8、ADAM9、TIMP3、Tim-3、OPN等也参与TAMs促进胃癌细胞的增殖、侵袭和转移的过程[16-17]。第五，胃癌组织中高表达的高迁移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)可通过激活糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation endproducts，RAGE)增强M2型巨噬细胞的促瘤作用，从而促进胃癌血管的生成[18]。第六，TAMs可通过诱导转录因子叉头框Q1(forkhead box Q1，FOXQ1)的表达和TGF-β的活化来促进胃癌细胞发生侵袭和转移[19]。第七，一方面肿瘤源性外泌体遗传物质可诱导TAMs向M2型TAM转化；另一方面，TAMs分泌的外泌体可通过激活P13K/AKT通路，协助载脂蛋白E(apoli-poprotein E，ApoE)向肿瘤细胞转移，导致细胞结构发生改变，从而促进胃癌细胞的转移[20]。

3 TAMs在肝癌中的作用

肝癌是常见的消化系统恶性肿瘤，其发病率位居世界第六，因其早期症状隐匿，诊断时多为晚期，因而错过了最佳治疗时机，故预后较差，死亡率较高，5年生存率低于20%，位居全球第4位，其中肝细胞癌(HCC)是肝癌中最常见的类型，约占90%，而其他类型包括肝内胆管癌、肝母细胞瘤等[21-22]。近年来，HCC疾病的进展不仅与肿瘤自身的因素相关，还与其所处的微环境密切相关，其中以肿瘤相关巨噬细胞影响最大。相关文献已报道，TAMs可通过分泌相关促炎因子、抑制机体的免疫反应、促进HCC的血管生成，从而协助HCC的增殖和转移。

相关研究表明，TAMs可通过分泌多种细胞因子来促进HCC细胞的增殖和转移，同时通过诱导上皮-间质细胞转化(epithelial to mesenchy-mal transition，EMT)，加速HCC疾病的进展[23]。Fangyu等[24]通过在体外将HCC细胞与M2型TAMs共培养，发现HCC细胞增殖能力显著提高，表明M2型TAMs在一定程度上可提高HCC的增殖能力。Dengke等[25]指出线粒体结构改变(裂变)导致的DNA稳定性减弱在一定程度上可促进HCC患者肿瘤微环境中TAMs的浸润，从而促进HCC的生长、转移。TAMs参与HCC疾病的进展主要考虑以下几个方面：第一，TAMs可通过分泌外泌体，而外泌体中富含一些遗传物质(DNA、RNA、蛋白质等)可协助HCC细胞的增殖，显著提高HCC细胞的干细胞特性[26]；第二，TAMs可通过诱导同种异体移植物炎症因子1(AIF1)的表达来激活CSF1R-MEK1/2-ERK1/2-c-Jun信号通路，从而增强HCC细胞的增殖和转移能力，进而促进HCC的生长[27]。第三，M2型TAMs可通过激活TLR4/STAT3信号通路，诱导EMT来促进HCC的增殖和转移[28]；另外一方面，TAMs分泌的IL-6、IL-8通过激活JAK/STAT3通路，下调E-cad-herin的表达，上调vimentin、ZEB1、ZEB2以及Snail，进而诱导ENT的发生，从而协助HCC细胞的转移[29]。第四，TAMs可通过分泌多种金属蛋白酶(如MMP-2、MMP-7 和 MMP-9等)、TNF-α促进HCC新生血管的生成，为HCC的生长和转移提供有利的条件，其中TNF-α通过活化ERK信号通路，从而上调血管内皮细胞表面趋化因子受体4(CXCR4)的表达，进而促进HCC血管的生成；抑制TAMs的数量可显著减少肿瘤相关血管的生成，阻碍HCC疾病的进展[30]。

4 TAMs在结肠癌中的作用

结肠癌(Colon cancer)是一种常见的消化道恶性肿瘤，全球结肠癌每年新发病例为100多万例，根据国家癌症中心发布的最新数据显示，中国结直肠癌的发病人数占全球的24.3%，仅次于肝癌、肺癌，死亡人数占22.9%，且有逐年上升的趋势，其较高的死亡率与早期诊断难度大未及时治疗密切相关[31]。结肠癌目前多以手术治疗为主，放、化疗为辅助。近期，相关文献已表明肿瘤微环境(TME)联合传统治疗可提高结肠癌的治疗效果。肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)是TME中免疫细胞的主要成分。TAM在TME中的功能主要以M2型为主，在癌细胞的增殖和转移中扮演重要的角色，即M2型TAM可作为癌症患者预后不良的指标，加速肿瘤细胞的转移[32]。

肿瘤血管生成在肿瘤的进展中扮演着重要的角色，Manal等[33]通过对结肠癌组织活检发现，结肠癌组织中巨噬细胞浸润情况与微血管数量成正相关。Luput等[34]通过将TAM和结肠癌细胞共培养与单独培养的结肠癌细胞比较发现，与TAM共培养的小鼠结肠癌细胞中血管生成蛋白表达增加，表明TAM通过抑制NF-κB信号通路促进血管的生成。Mangerich等[35]通过建立慢性结肠炎模型的小鼠发现，随着巨噬细胞不断浸润，慢性结肠炎模型的小鼠可进展为结肠癌。此外，Kim等[36]发现TAM的增殖情况与结肠癌的类型、患者的预后密切相关。由此可见TAM参与结肠癌疾病的进展，主要考虑以下几个方面：第一，TAM可通过诱导PD-1和CTLA-4配体的表达，抑制T细胞、NK细胞的活性，从而降低机体对结肠癌的杀伤作用[37]。第二，肿瘤微环境中硒蛋白P(SEPP1)表达的下降可促进M2型TAM极化，从而促进肿瘤细胞的增殖和转移[38]。第三，在结肠癌中，M2型TAM可通过释放各种促炎因子、生长因子促进结肠癌细胞的转移，其中涉及CCL2、CSF-1的正反馈途径[39]。第四，TAMs在重塑细胞外基质(ECM)中也发挥着作用，通过促进蛋白酶和其他重塑酶的表达使TME成为有利于肿瘤生长的环境，从而促进肿瘤的生长[40]。由此可见，TAM在结肠癌中主要是促进癌细胞的生长和转移。

综上所述，TAM是TME重要的组成部分，TAM在TME中主要以M2型为主，可作为肿瘤患者预后不良的因素。TAMs在胃癌、肝细胞癌、结肠癌的发生发展中扮演重要的角色，主要通过参与肿瘤血管、淋巴管的生成、侵袭和转移等方面，在肿瘤预后的评估中表现出巨大的潜能。然而目前，诸多实验仍然仅仅停留在临床前阶段，还未广泛应用于临床阶段，TAMs在肿瘤中的详细作用机制尚不明确，还需后期进一步研究以确定其具体机制。我们通过研究相关文献总结TAMs在胃癌、肝癌、结肠癌中的作用及相关机制，旨在为后期将其应用于肿瘤患者预后的评估以及未来针对TME(如特定标志物CD163)实施靶向治疗提供依据。