肿瘤相关巨噬细胞在三阴性乳腺癌中的作用及治疗进展

聂冰,刘慧

(河南大学人民医院/河南省人民医院 乳腺外科,河南 郑州 450003)

1 TNBC的治疗现状

根据全球癌症统计数据,乳腺癌已经超过肺癌成为女性发病率最高的癌症,全球范围内每年确诊病例超过200万[1]。三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer,TNBC)是雌激素受体(estrogen receptor,ER)、孕激素受体(progesterone receptor,PR)和人表皮生长因子受体2(human epidermal growthfactor receptor 2,HER2)表达均为阴性的乳腺癌亚型,占乳腺癌的15%～20%[2]。与其他亚型乳腺癌相比,TNBC具有易复发、整体预后较差的特点[3]。由于缺乏有效的分子靶点,化疗是TNBC患者的一线治疗方案,但部分患者经标准治疗后仍在短期内出现复发及转移。而对于转移性三阴性乳腺癌一旦出现内脏转移,解救治疗往往效果不佳,转移后的中位总生存期大多不到2 a。因此,有必要探索治疗TNBC新的有效策略。

近年来,关于TNBC的研究不再局限于肿瘤细胞本身。肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)作为肿瘤细胞生长的“土壤”,与肿瘤细胞构成一个功能性的整体,共同促进肿瘤的发生发展[4]。肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages,TAMs)作为TME中最重要的先天免疫效应细胞,在TNBC中的表达量可达71.4%,显著高于其他肿瘤。研究表明,TAMs参与TNBC发生、发展到转移的全过程,是TNBC患者预后不良的关键因素[5-6]。在TNBC微环境中,TAMs可在不同细胞因子的诱导下极化为2种功能表型,即M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞。其中,M1型巨噬细胞通过分泌炎症介质、呈递抗原和吞噬肿瘤细胞发挥促炎抗肿瘤作用;相反,M2型巨噬细胞具有促肿瘤活性,与促进肿瘤细胞生长、血管生成、转移和免疫抑制密切相关。在肿瘤进展过程中,绝大多数TAMs是M2型巨噬细胞,促进TNBC发生和发展。因此,本文综述了TAMs的起源、招募、极化以及TAMs在TNBC进展中的作用。同时,文章也讨论了目前通过TAMs靶向治疗TNBC的最新进展。

2 TAMs的生物学信息和极化

2.1 TAMs的起源目前认为,TAMs主要来源于2种途径:(1)骨髓髓系祖细胞产生的单核细胞,这些单核细胞离开循环后在肿瘤组织中进一步分化为巨噬细胞[7];(2)由胚胎早期的卵黄囊或胎肝原位分化直接产生,而后在血液循环系统驱动和趋化因子的诱导下,精准定位到胚内的各个靶器官中,形成一个能够局部增殖和自我更新的群体,称之为组织定植巨噬细胞(tissue resident macrophagea,TRMs)[8]。其中,胚胎来源TAMs和骨髓单核细胞的巨噬细胞共存已被证实存在于多种肿瘤中,比如乳腺肿瘤[9]。

2.2 TAMs的招募肿瘤分泌的生长因子促进了TAMs在TNBC微环境中的募集。集落刺激因子-1(colony stimulating factor 1,CSF-1)通过与其受体CSF-1R结合,在诱导外周血单核细胞向TME募集以及分化中发挥重要作用[10]。研究发现,TNBC比非TNBC分泌更多的CSF-1,招募更多TAMs[11]。CC趋化因子配体2(CC chemokine ligand 2,CCL2)是一种与肿瘤密切相关的趋化因子,通过识别CC趋化因子受体2(CC chemokine ligand receptor 2,CCR2)介导单核细胞向肿瘤的迁移[12]。CC趋化因子配体5(CC chemokine ligand 5,CCL5)是一种广泛分布的趋化因子,可募集巨噬细胞聚集到肿瘤部位,由此促进肿瘤细胞的侵袭和转移。文献报道,CCL5可通过与肿瘤细胞中的CC趋化因子受体3(CC chemokine ligand receptor 3,CCR3)结合,导致TNBC患者的不良预后[13]。另外,一项对40例TNBC患者肿瘤组织进行免疫组化分析的研究发现,癌周脂肪微环境可通过产生CCL5促进TNBC的侵袭和转移[14]。此外,血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)作为血管生成重要的组织因子,也被证明与乳腺癌TAMs的募集相关。在TNBC中,VEGF高表达与巨噬细胞指数增加具有相关性[15]。

2.3 TAMs的极化巨噬细胞具有高度可塑性,在不同微环境和刺激因子的作用下,巨噬细胞可极化2种不同功能表型的巨噬细胞,即M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞,且两者之间可以在某些因素作用下相互转化。M1型巨噬细胞主要由脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)、干扰素γ(interferon γ,INF-γ)和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte macrophage-colony stimulating factor,GM-CSF)诱导产生,通过释放肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-lβ,IL-1β)和IL-1等炎症递质发挥促炎、抗肿瘤活性。相反,M2型巨噬细胞由IL-4、IL-10、VEGF和转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)等多种细胞因子刺激产生,发挥促进肿瘤发生、发展和转移的作用。此外,研究发现,在肿瘤发展的不同时期,2种表型巨噬细胞通常以不同比例共存。在肿瘤发展早期,更多的巨噬细胞被极化为M1表型发挥抗肿瘤功能;随着肿瘤的进展,M2型巨噬细胞的浸润增加,成为TME中TAMs的主要类型[16]。

3 TAMs在TNBC进展中的作用

3.1 促进肿瘤细胞生长TAMs的浸润与TNBC肿瘤细胞的生长密切相关。首先,TAMs分泌TGF-β、VEGF和IL-10等多种信号分子抑制效应T细胞的抗肿瘤功能,促进肿瘤细胞的生长[17]。此外,肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs)是具有干细胞特性的特殊癌细胞亚群,具有启动肿瘤发生的潜力。研究表明,TAMs分泌的CCL2通过激活CCL2/AKT/β-catenin信号通路显著增强CSCs的特性,进一步促进TNBC肿瘤细胞的生长[18]。

3.2 促进血管生成血管系统为肿瘤细胞的生长和转移提供氧气和营养。在TNBC中,TAMs主要通过3种机制参与肿瘤血管生成:(1)TAMs分泌的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)和组织蛋白酶,如MMP-7、MMP-9等导致细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的溶解,为肿瘤新血管的生成提供有利条件[19];(2)缺氧是实体肿瘤TME的标志性特征。在TNBC中,缺氧环境激活巨噬细胞极化为TAMs,导致TAMs大量聚集在缺氧的肿瘤区域,并刺激TAMs过表达缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor,HIF-1)。活化的HIF-1可作为转录启动因子与血管内皮生长因子-A(vascular endothelial growth factor,VEGF-A)等靶基因的启动子结合,从而诱导VEGF-A的表达[20];(3)TAMs通过表达TGF-β、TNF-α等多种促血管生成因子促进VEGF的表达[21]。研究发现,TAMs分泌的VEGF可通过上调前列腺癌相关转录物6,促进TNBC血管生成[22]。

3.3 促进转移转移是导致TNBC患者死亡的主要原因,TAMs在促进TNBC肿瘤细胞的侵袭和转移方面起着不可或缺的作用。TAMs分泌MMPs导致ECM的重塑,帮助TNBC肿瘤细胞脱离原发部位[23]。上皮-间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)是肿瘤细胞形态转变的一个重要过程,导致肿瘤细胞更加宽松的细胞连接能力,加快肿瘤细胞的移动,被认为是肿瘤细胞获得侵袭和转移能力的关键步骤[24]。TAMs可通过分泌的TGF-β[25]、TNF-α[26]及IL-8[27]等多种细胞因子参与EMT过程。其中,TAMs释放的TNF-α和TGF-β可在EMT过程中相互作用,共同促进肿瘤细胞的侵袭和转移[28]。在TNBC中,IL-8的过表达可通过PI3K-Akt信号通路和EMT促进肿瘤细胞的侵袭和EMT过程[29]。

3.4 诱导免疫抑制免疫抑制是肿瘤形成和生长的先决条件。TAMs可直接抑制效应T细胞的功能。表达CD80和CD86的TAMs与T细胞表面的细胞毒T淋巴细胞相关抗原4受体结合,抑制效应T细胞活化和细胞周期阻滞,导致免疫抑制[30]。TAMs在TNBC微环境中分泌的TGF-β和IL-10等抗炎细胞因子,通过抑制效应T细胞和其他免疫细胞的细胞毒性,导致肿瘤的免疫逃逸。此外,程序性细胞死亡受体-1(programmed cell death protein 1,PD-1)作为抑制T细胞杀伤作用的调节因子,通过与程序性细胞死亡配体1(programmed cell death ligand 1,PD-L1)的结合,能够有效抑制T细胞的活性,从而诱导免疫抑制。研究发现,相较于非TNBC,TNBC患者的肿瘤细胞表面高表达PD-L1,T细胞受抑制程度明显高于其他类型乳腺癌[31]。

4 靶向TAMs的治疗策略

鉴于TAMs在肿瘤免疫中发挥的关键作用,针对TAMs在癌症中促瘤作用的临床前和临床研究正在不断开展。当前,TAMs的治疗策略主要分为3种:(1)减少TAMs的数量;(2)重编程TAMs;(3)阻断CD47-信号调节蛋白α(signal regulatory protein α,SIRPα)通路。

4.1 减少TAMs的数量

4.1.1阻断CSF-1/CSF-1R信号轴 TAMs可被CSF-1招募到乳腺癌TME中,促进肿瘤细胞的侵袭和转移。CSF-1与集落刺激因子-1受体(colony stimulating factor 1 receptor,CSF-1R)结合可调节TAMs的募集和存活。阻断CSF-1R不仅减少TAMs的浸润,而且可以延缓肿瘤的进展和转移[32]。因此,CSF-1R有希望成为减少TAMs浸润和延缓肿瘤进展的治疗靶点。Emactuzumab(RG7155)是一种靶向CSF-1R的试验性单克隆抗体。RG7155通过与CSF-1R结合并阻断其被CSF-1激活,特异性靶向TAMs。在动物模型中,RG7155可显著降低TAMs的数量,并促进T细胞活性的增加,改善肿瘤的免疫抑制微环境。然而在一项Ⅰ期临床研究中,应用RG7155显示免疫抑制型TAMs减少,但单独或联合紫杉醇使用没有临床获益[33]。因此,在决定使用CSF-1R治疗之前,需要仔细评估TME。

4.1.2阻断CCL2/CCR2信号轴 CCL2可大量募集TAMs和血液中表达CCR2的单核细胞到肿瘤部位并分化为TAMs。研究表明,抑制CCL2可以阻止TAMs的募集和CSCs的更新,从而抑制TNBC的进展[34-35]。但需要注意的是,在停止抗CCL2治疗后出现了反弹效应,TAMs浸润增加,进而加快了小鼠乳腺癌的转移并降低了小鼠的存活率[36]。这项研究提示使用抗CCL2药物作为单药疗法治疗转移性疾病仍不成熟,并强调了解TME的组成是对抗肿瘤转移的关键因素。

4.1.3阻断CCL5/CCR5信号轴 CCL5在肿瘤生长和转移方面发挥重要作用,其受体CCR5在TNBC中过表达[37]。研究表明,在TNBC中,CCL5的表达与新辅助化疗后残留肿瘤的大小相关[38]。通过分析新辅助治疗后的乳腺癌患者的基因表达数据,发现CCL5的表达在治疗后的残留肿瘤细胞中升高,通过在残留肿瘤中招募巨噬细胞,诱导乳腺癌的复发[39]。因此,阻断CCR5/CCR5轴,减少巨噬细胞在TNBC肿瘤中的聚集,是一个有希望的治疗策略。

4.2 重编程TAMs巨噬细胞具有极强的可塑性,在不同微环境影响下可以改变其表型而呈现不同的功能。因此,将TAMs重编程为具有促炎抗肿瘤活性的M1型巨噬细胞是一种有潜力的TNBC治疗策略。CD40是抗原呈递细胞(包括巨噬细胞)和B细胞上表达的TNF受体家族的一员,其配体CD40L由活化的T细胞表达。CD40和CD40L之间的相互作用可诱导TNF、活性氧和活性氮的产生,以及刺激T细胞的活化和抗肿瘤免疫反应。在临床前研究中,CD40激动剂通过将具有促肿瘤活性的TAMs转化为具有抗肿瘤活性的类M1型巨噬细胞,成功对巨噬细胞进行再教育,最终实现免疫监视,延缓肿瘤进展[40]。同样,Toll样受体(toll-like receptors,TLRs)激动剂也被证明能够对TAMs进行重编程,提示对TNBC患者的治疗有很大的潜力[41]。此外,在小鼠乳腺癌模型中证实,唑来膦酸可促进TNBC微环境中巨噬细胞从M2型向M1型的转化,降低肿瘤生长和血管生成,从而减轻转移的负担[42]。

4.3 阻断CD47-SIRPα通路CD47是一种在多种癌细胞表面高度表达的跨膜蛋白。据报道,CD47在TNBC肿瘤中高表达,并与TNBC患者预后不良密切相关[43]。SIRPα是另一种跨膜蛋白,CD47与SIRPα的结合会产生“别吃我”的信号,启动抑制巨噬细胞吞噬能力的信号级联反应。因此,表达SIRPα的巨噬细胞不会吞噬过度表达CD47的肿瘤细胞,从而导致TNBC的发生和发展。鉴于此,阻断CD47-SIRPα通路有望恢复TAMs的吞噬作用和抗肿瘤疗效。目前,多种阻断CD47-SIRPα通路的药物已经进入临床试验。临床研究已经证实阻断CD47是一种治疗TNBC的有效策略,抑制了肿瘤的发展和转移[44]。

5 展望和总结

由于缺乏特异性靶点,TNBC是一种具有高度侵袭性和转移性的乳腺癌亚型。近年来已有大量关于TAMs与TNBC关系的研究,并且已经证实TAMs的浸润与TNBC的不良预后密切相关。本文就TAMs的起源和招募、TAMs在TNBC中的研究进展及其在治疗评估中的作用进行综述,靶向TAMs可能成为将来治疗TNBC的有效手段之一。