結(jié)腸癌中腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的作用及靶向治療的研究進(jìn)展

李 悅 徐 可 韓增祥 孫 敏 樊國華 綜述 張 勇 審校

結(jié)腸癌(Colon cancer)是消化道常見的惡性腫瘤，其治療、預(yù)后與多種因素有關(guān)[1]。世界各地每年結(jié)腸癌新發(fā)病例超過一百萬例，我國結(jié)腸癌發(fā)病率僅次于肝癌、肺癌，是第三大惡性腫瘤，也是癌癥相關(guān)死亡的第四大常見原因[2]，其高死亡率主要是由于早期診斷困難及有效治療方法不足。目前，結(jié)腸癌的治療在臨床以手術(shù)為主，放療、化療為輔。隨著健康標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，患者迫切需求更有效的治療方法和更精確的預(yù)后指標(biāo)，越來越多證據(jù)表明靶向腫瘤微環(huán)境(Tumor microenvironment，TME)可對(duì)傳統(tǒng)治療進(jìn)行補(bǔ)充并提高治療效果。已形成的腫瘤通常存在免疫抑制微環(huán)境，從而阻斷抗腫瘤免疫，促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展[3]。

巨噬細(xì)胞是參與腫瘤發(fā)生和進(jìn)展過程中數(shù)量最多的細(xì)胞，可占瘤塊體積的50%，是TME中免疫細(xì)胞浸潤的主要成分[4]。TME中的巨噬細(xì)胞即腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(Tumor-associated macrophages，TAM)。巨噬細(xì)胞在不同條件作用下，可以極化為M1型(經(jīng)典活化巨噬細(xì)胞)或M2型(替代活化巨噬細(xì)胞)。M1型巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子如IL-1β、IL-6、TNF-α等殺死細(xì)胞內(nèi)微生物并誘導(dǎo)Th1免疫，發(fā)揮抗腫瘤作用。M2型巨噬細(xì)胞產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子如IL-10、IL-13、TGF-β等介導(dǎo)Th2免疫，清除凋亡細(xì)胞和碎片以及組織重塑，甚至發(fā)揮促腫瘤作用[5]。TAM在腫瘤微環(huán)境中主要具有M2型巨噬細(xì)胞表型，在致癌到轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮突出作用[6]。TAM可被認(rèn)為是預(yù)后不良的生物標(biāo)志物，其為腫瘤侵襲和進(jìn)展提供了合適的微環(huán)境，加速了腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[7]。因此，TAM可作為腫瘤治療的靶向細(xì)胞，達(dá)到抑制腫瘤活性的目的[8]。

1 TAM在結(jié)腸癌中的作用

1.1 TAM促進(jìn)結(jié)腸癌血管的生成

腫瘤細(xì)胞的供血對(duì)腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移起著重要的作用，腫瘤血管生成是腫瘤進(jìn)展的關(guān)鍵步驟。既往研究成果認(rèn)為，腫瘤血管的生成僅由腫瘤細(xì)胞本身誘導(dǎo)[9]。但是近年來研究表明，TAM也是調(diào)節(jié)腫瘤血管生成的主要參與者。Badawi等[10]采用免疫組織化學(xué)和圖像形態(tài)計(jì)量學(xué)分析的方法，對(duì)結(jié)腸癌活檢組織和15例良性腺瘤息肉進(jìn)行了巨噬細(xì)胞浸潤和微血管密度的研究，結(jié)果顯示惡性腫瘤中巨噬細(xì)胞浸潤與微血管密度之間存在顯著相關(guān)性，高度惡性腫瘤與高巨噬細(xì)胞浸潤顯著相關(guān)。Luput等[11]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，與單獨(dú)培養(yǎng)的小鼠結(jié)腸癌C26細(xì)胞相比，其與TAM共培養(yǎng)條件下獲得的細(xì)胞裂解物中血管生成蛋白量總體提高。此外，他們還發(fā)現(xiàn)NF-κB活性與C26細(xì)胞的VEGF水平呈負(fù)相關(guān)，TAM通過抑制NF-κB的表達(dá)促進(jìn)了血管生成。

1.2 TAM介導(dǎo)結(jié)腸癌的免疫抑制

腫瘤微環(huán)境主要由巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、樹突細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞和骨髓源性抑制細(xì)胞等免疫細(xì)胞構(gòu)成[12]。作為腫瘤微環(huán)境的主要組成細(xì)胞，TAM通過表達(dá)趨化因子和細(xì)胞因子抑制結(jié)腸癌免疫微環(huán)境，發(fā)揮免疫抑制作用[13]。由結(jié)腸癌TAM分泌的趨化因子如CCL5、CCL22、CCL20等募集調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)，而細(xì)胞因子如IL-10、TGF-β等則誘導(dǎo)Treg細(xì)胞，起到促腫瘤作用。此外，TAM還起到抑制T細(xì)胞和NK細(xì)胞的抗腫瘤效果[14]，與骨髓來源的抑制性細(xì)胞、腫瘤相關(guān)樹突狀細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞協(xié)同增強(qiáng)免疫抑制[15]。TAM還可通過分泌特異性酶如一氧化氮合酶(NOS)和精氨酸酶(ARGI)來抑制T細(xì)胞功能[16]。TAM高表達(dá)PD-1和CTLA-4(PDL1和B7-H1等配體)的配體，抑制T細(xì)胞、NKT細(xì)胞和NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性功能，進(jìn)一步降低機(jī)體對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞的殺傷作用[17]。

1.3 TAM加重結(jié)腸癌病程中炎癥反應(yīng)

相關(guān)調(diào)查研究顯示，超過20%的癌癥發(fā)病率與長期的慢性炎癥相關(guān)，幾乎所有的實(shí)體瘤都有炎性反應(yīng)[18]。炎癥條件下浸潤的巨噬細(xì)胞主要來自外周血液中的單核細(xì)胞。早期研究表明，成熟單核吞噬細(xì)胞的原位增殖可能有助于TAM的積累，而TAM又是腫瘤相關(guān)炎癥的(Cancer related inflammation，CRI)重要組成部分[19]。此外，Kim等[20]還發(fā)現(xiàn)TAM的分布與結(jié)腸癌的分子表型、預(yù)后密切相關(guān)，其分別用泛巨噬細(xì)胞標(biāo)記物CD68和M2型巨噬細(xì)胞標(biāo)記物CD163進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色，通過統(tǒng)計(jì)得出共同標(biāo)記較高的患者預(yù)后較差。

1.4 TAM加重DNA損傷

DNA損傷是引起腫瘤發(fā)生的主要機(jī)制，包括點(diǎn)突變、插入、缺失等類型。由巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎性介質(zhì)可能會(huì)使DNA損傷，導(dǎo)致突變，使患者致癌，這種由巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的誘發(fā)腫瘤的一個(gè)例子是克羅恩病，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的自由基能顯著增加患結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)。如TAM可通過自噬活動(dòng)分泌MMP9、MMP13、TGF-β、組織蛋白酶等降解細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix，ECM)成分，使腫瘤細(xì)胞更易擴(kuò)散[21]。此外，Aswin等[22]發(fā)現(xiàn)，將免疫缺陷型小鼠感染肝螺桿菌誘導(dǎo)為慢性結(jié)腸炎模型后，因中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤，DNA修復(fù)減弱，20周后大部分小鼠慢性結(jié)腸炎可進(jìn)展為結(jié)腸癌。Barrett等[23]認(rèn)為硒蛋白P(SEPP1)具有內(nèi)源性抗氧化功能，可以預(yù)防結(jié)腸癌，腫瘤微環(huán)境中SEPP1功能的缺失會(huì)明顯增加DNA損傷，促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞極化，從而進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤發(fā)展。

1.5 TAM參與結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移

腫瘤轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致超過90%的癌癥患者死亡的主要原因。TAM已被證明是轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵參與者，主要參與包括上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)、局部入侵和血管內(nèi)滲入，通過循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)、外轉(zhuǎn)和種子轉(zhuǎn)移的幾個(gè)步驟，形成轉(zhuǎn)移灶的生存和生長[24]。Castells等[25]認(rèn)為，結(jié)腸癌TAM可以通過釋放各種趨化因子、促炎因子和生長因子來促進(jìn)轉(zhuǎn)移，涉及CCL2和/或CSF-1的正反饋途徑。Jinushi等[26]證明轉(zhuǎn)移作用主要來源于腫瘤細(xì)胞響應(yīng)TAM分泌的細(xì)胞因子從而定向遷移。Taniguchi等[27]發(fā)現(xiàn)在小鼠結(jié)腸癌模型中Six1蛋白過表達(dá)，導(dǎo)致TAM募集，進(jìn)而促進(jìn)結(jié)腸癌進(jìn)一步轉(zhuǎn)移。

1.6 TAM促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞耐藥

TAM會(huì)降低化療效果。體內(nèi)研究顯示TAM通過提供存活因子介導(dǎo)化療耐藥或激活惡性細(xì)胞中的抗凋亡程序[28]。通常涉及巨噬細(xì)胞分泌的可溶性因子，也可能涉及細(xì)胞外基質(zhì)沉積和/或重塑或直接的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用[29]。結(jié)腸癌細(xì)胞耐藥性主要取決于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)的激活，涉及巨噬細(xì)胞分泌的IL-6或其他巨噬細(xì)胞衍生因子[30]。Russell等[31]發(fā)現(xiàn)，STAT3活化促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和存活，包括在體外表現(xiàn)出IL-6依賴或STAT3的化療耐藥性。與自分泌產(chǎn)生的IL-6不同，骨髓來源的巨噬細(xì)胞與結(jié)腸癌細(xì)胞共培養(yǎng)后也會(huì)誘導(dǎo)TAMs旁分泌IL-6。Franklin等[32]通過動(dòng)物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TAM可以激活腫瘤細(xì)胞抗凋亡程序，從而降低對(duì)化療藥物的敏感性，而結(jié)腸癌細(xì)胞的化療耐藥是影響結(jié)腸癌患者化療效果的主要原因。

1.7 TAM影響腫瘤微環(huán)境

TAM促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，其數(shù)量與多種腫瘤的惡性程度、預(yù)后差有關(guān)。越來越多的研究揭示了TAM對(duì)腫瘤微環(huán)境的影響。TAM在結(jié)腸癌中主要是通過促進(jìn)腫瘤生長和發(fā)生以及通過增加癌癥干細(xì)胞的數(shù)量促進(jìn)血管生成、免疫抑制、腫瘤轉(zhuǎn)移和耐藥。TAM可以改變癌癥免疫治療期間的腫瘤微環(huán)境并提供抗腫瘤免疫。因此，近年來相關(guān)臨床研究提出了通過抑制TAMs的募集，通過調(diào)節(jié)TAMs極化以及阻斷與TAMs的抗原功能相關(guān)的因子和途徑來靶向TAM的腫瘤免疫治療。

2 靶向TAM治療結(jié)腸癌的研究

2.1 抑制結(jié)腸癌腫瘤微環(huán)境中TAM前體單核細(xì)胞的募集

抑制腫瘤微環(huán)境中單核細(xì)胞的募集是靶向TAM的療法之一。其中以地喹乙醇為代表的抗腫瘤藥物就是基于此而來，地喹乙醇除了抗腫瘤作用外，還可以減少巨噬細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，抑制放射治療后的TAM浸潤，減少局部放射的小鼠腫瘤的轉(zhuǎn)移程度。Mantovani等[33]認(rèn)為，來源于單核細(xì)胞的結(jié)腸癌TAM具有分化能力，因此可能需要阻斷差異的聯(lián)合療法才能有效地靶向這些細(xì)胞。干擾素γ可誘導(dǎo)單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞向結(jié)腸癌腫瘤微環(huán)境募集并在體內(nèi)抑制其分化為TAM。Chanmee等[34]證實(shí)，結(jié)腸癌TAM在腫瘤微環(huán)境的低氧作用下，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子HIF-1、CXCL-12和CXCR4表達(dá)增加，靶向HIF-1/CXCR4通路會(huì)阻斷TAM的聚集。

2.2 調(diào)節(jié)TAM極化

TAM主要是“交替活化”的M2型巨噬細(xì)胞，與“經(jīng)典活化”的M1型巨噬細(xì)胞作用相反。TAM作為促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的共同體，可與腫瘤細(xì)胞共存，特別是通過腫瘤微環(huán)境極化為促血管生成、免疫抑制的M2型巨噬細(xì)胞[35]。M1和M2型巨噬細(xì)胞可以相互轉(zhuǎn)換表型。Grudzinski等[36]認(rèn)為，結(jié)腸癌TAM是阻斷腫瘤進(jìn)展的理想治療靶點(diǎn)，可通過復(fù)極化將M2型逆轉(zhuǎn)為M1表型。Georgoudaki等[37]通過免疫檢查點(diǎn)療法在小鼠MC38結(jié)腸癌模型中通過將TAM群復(fù)極化為M1型并增加腫瘤免疫原性，誘導(dǎo)抗腫瘤活性。

2.3 阻斷與TAM抗原功能相關(guān)因子和途徑

Ye等[38]研究認(rèn)為，TAMs能加速血管生長的能力由幾種促血管生成因子如VEGF等介導(dǎo)，臨床模型和早期試驗(yàn)中的抗腫瘤治療都將巨噬細(xì)胞作為癌癥治療的有效靶標(biāo)。Booth等[39]研究表明，結(jié)腸癌細(xì)胞可以通過釋放IL-24、IL-26、IL-210、PGE2和TGF2β等分子抑制TAM的細(xì)胞毒性，而且可以抑制TAM表達(dá)MHCⅡ分子，減少其向M1型極化。Wahab等[40]認(rèn)為，結(jié)腸癌微環(huán)境中大量浸潤的巨噬細(xì)胞在IL-4、IL-13等多種因子誘導(dǎo)作用下分化為M2表型的TAM，若可以阻斷相關(guān)因子，將有助于免疫治療取得成功。

3 小結(jié)與展望

結(jié)腸癌作為臨床常見腫瘤，發(fā)病率呈不斷上升趨勢(shì)。研究人員普遍認(rèn)為炎性環(huán)境可誘發(fā)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。TAM是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，其腫瘤微環(huán)境動(dòng)員在惡性進(jìn)展中起關(guān)鍵作用，包括促進(jìn)腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移與耐藥。在結(jié)腸癌中，TAM水平與結(jié)腸癌侵襲密切相關(guān)。與傳統(tǒng)療法相比，靶向TAM治療不直接破壞腫瘤細(xì)胞，而是通過宿主的免疫應(yīng)答促進(jìn)腫瘤細(xì)胞被殺傷。事實(shí)上，了解腫瘤與免疫系統(tǒng)之間復(fù)雜的相互作用，揭示腫瘤中的免疫調(diào)控機(jī)制，為改善化療的臨床效果、減少免疫耐受與副反應(yīng)提供了大量的科學(xué)依據(jù)。因此，我們需要深入探討TAM促進(jìn)結(jié)腸癌進(jìn)展的機(jī)制，為結(jié)腸癌治療提供新線索。