腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在放療中的研究進(jìn)展

王茵 吳茜茜 劉來昱 官鍵

1 南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院放療科，廣州 510515；2 南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，廣州 510515

腫瘤微環(huán)境主要由免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管和細(xì)胞外基質(zhì)等共同構(gòu)成，其在良惡性腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮極為重要的作用[1-2]。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophages，TAMs）是腫瘤免疫微環(huán)境的重要組成部分，其在腫瘤組織中的占比可達(dá)50%以上。TAMs（尤其是免疫抑制表型）的浸潤與大多數(shù)腫瘤的不良預(yù)后密切相關(guān)[3]，且與治療耐藥相關(guān)。放療是實體瘤的主要治療方法之一[4]，但患者常因腫瘤復(fù)發(fā)而預(yù)后不良。在不同的腫瘤類型和放療模式下，放療可對TAMs 等免疫細(xì)胞進(jìn)行重編程，TAMs 重編程又進(jìn)一步影響放療的療效，導(dǎo)致放療抵抗和腫瘤復(fù)發(fā)等結(jié)局[5]。因此，探究TAMs 在放療中的重要角色及作用機制對預(yù)測腫瘤治療的療效和調(diào)整治療方案至關(guān)重要。

1 TAMs 概述

1.1 TAMs 的招募

在生理狀態(tài)下，大多數(shù)組織和器官中的巨噬細(xì)胞均來源于組織駐留巨噬細(xì)胞和外周血單核細(xì)胞[6]。TAMs 同樣由組織中已存在的巨噬細(xì)胞和骨髓來源的外周血單核細(xì)胞構(gòu)成[7]，后者通過多種趨化因子的趨化作用進(jìn)入腫瘤組織，并分化為巨噬細(xì)胞。

CC 基序趨化因子配體（CC chemokine ligand，CCL）2 是介導(dǎo)單核細(xì)胞招募至腫瘤的主要趨化因子，腫瘤中CCL2 的水平與TAMs 的浸潤程度顯著相關(guān)[8]。腫瘤細(xì)胞和腫瘤基質(zhì)細(xì)胞中哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1（mTORC1）通路的活化及肝激酶B1（LKB1）基因的丟失均可促進(jìn)CCL2 的表達(dá)，從而促進(jìn)TAMs 的招募[9-10]。其他多種趨化性因子（如CCL5）及細(xì)胞因子[血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和集落刺激因子1（colony-stimulating factor-1，CSF-1）亦參與TAMs 的招募。環(huán)境因素也會影響促進(jìn)TAMs招募的主要分子，如缺氧時腫瘤細(xì)胞分泌的CXC基序趨化因子配體（CXC chemokine ligand，CXCL）12 和CCL8[11]等增加，可促進(jìn)TAMs 在缺氧部位的聚集。

1.2 TAMs 的極化

巨噬細(xì)胞具有高度可塑性[12]。在生理狀態(tài)下，巨噬細(xì)胞可以極化為M1 型和M2 型。M1 型即經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞，由干擾素γ 和TNF-α 誘導(dǎo)，參與輔助性T 細(xì)胞（helper T cell，Th）1 型免疫反應(yīng)，增強細(xì)胞殺傷活性；M2 型即替代性活化的巨噬細(xì)胞，由白細(xì)胞介素（interleukin，IL）4 和IL-13 等誘導(dǎo)，主要誘導(dǎo)Th2 型免疫反應(yīng)，參與組織修復(fù)，并促進(jìn)慢性炎癥反應(yīng)。

TAMs 可在多種刺激下[如腫瘤細(xì)胞分泌的趨化因子（CCL2 和CCL5）、CSF-1 以及間質(zhì)細(xì)胞分泌的IL-1 等]向M1 型或M2 型極化，從而在腫瘤的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。一方面，TAMs 可分泌多種生長因子來刺激腫瘤細(xì)胞增殖，并產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶和VEGF 等重塑細(xì)胞外基質(zhì)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞擴散并誘發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移，同時，TAMs 可通過上調(diào)程序性細(xì)胞死亡配體（programmed cell deathligand，PD-L）1、PD-L2[8]和細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4（CTLA-4）配體等的表達(dá)水平來參與免疫抑制微環(huán)境的形成；另一方面，TAMs 也可通過Fas/FasL 凋亡相關(guān)通路介導(dǎo)對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，并通過釋放TNF-α、干擾素γ、IL-1β 和NO激活Th1 和自然殺傷細(xì)胞的免疫活性。

2 放療和TAMs 的相互作用

放療除了能夠直接殺傷腫瘤細(xì)胞外，還可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的功能及調(diào)控腫瘤的免疫應(yīng)答[13]。放療能夠影響TAMs 向腫瘤的招募及其在腫瘤中的分布，并可對TAMs 進(jìn)行重編程，從而影響放療的療效。

2.1 放療促進(jìn)TAMs 的招募

放射線照射可通過CSF-1/CSF-1 受體（CSF-1 receptor，CSF-1R）、CXCL2/CXC 基序趨化因子受體（CXC chemokine receptor，CXCR）4、CCL2/CC基序趨化因子受體（CC chemokine receptor，CCR）2 和VEGF/VEGF 受體（VEGFR）等信號通路促進(jìn)TAMs 在腫瘤部位的浸潤，從而影響放療的療效。通過引起DNA 損傷，放射線可導(dǎo)致埃布爾森鼠白血病病毒致癌基因同系物1（ABL1）激酶活化、入核，促進(jìn)CSF-1 的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，從而招募表達(dá)CSF-1R 的TAMs；應(yīng)用CSF-1R 抑制劑可改善前列腺癌同系移植小鼠皮下模型對放療的反應(yīng)[14]。立體定向消融放療可上調(diào)腫瘤細(xì)胞的CCL2 分泌，從而促進(jìn)淋巴細(xì)胞抗原6C（Ly6C）+CCR2+TAMs 在腫瘤部位的招募[15]。放射線照射可促進(jìn)小鼠原位乳腺癌模型的基質(zhì)細(xì)胞分泌CCL3、CCL4和CCL5，從而促進(jìn)整合素CD11b+F4/80+TAMs 向照射部位浸潤，而TAMs 又可以分泌CCL4，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞向照射部位遷移，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)移[16]。

此外，放療可通過破壞腫瘤血管引發(fā)其缺氧，并上調(diào)殘存的腫瘤細(xì)胞或基質(zhì)細(xì)胞中的缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor，HIF）1 和HIF-2[17]，HIF可促進(jìn)多種細(xì)胞因子和趨化因子的轉(zhuǎn)錄，從而招募TAMs 向腫瘤部位（尤其是缺氧部位）浸潤。在接受放療的小鼠膠質(zhì)母細(xì)胞瘤異種移植模型中，腫瘤細(xì)胞以HIF 依賴的方式上調(diào)CXCL12 的分泌，從而促進(jìn)CD11b+細(xì)胞（包括TAMs）在腫瘤缺氧部位的浸潤[18]。腫瘤缺氧時，VEGF、內(nèi)皮-單核細(xì)胞激活多肽酶Ⅱ（EMAPⅡ）、內(nèi)皮素1、內(nèi)皮素2、信號素3A（Sema3A）等[11]的表達(dá)均增加，參與TAMs 向腫瘤部位的招募。

2.2 放療促進(jìn)TAMs 的極化

Nowosielska 等[19]對BALB/c 及C57BL/6 小鼠模型進(jìn)行10 次0.01～0.1 Gy 的全身X 射線預(yù)照射后，分別使用肉瘤細(xì)胞和肺癌細(xì)胞構(gòu)建肺轉(zhuǎn)移模型，結(jié)果表明，照射可通過上調(diào)巨噬細(xì)胞中的NO 水平來抑制小鼠肺轉(zhuǎn)移灶的生長。而Prakash等[20]在腫瘤形成后對其行放射線照射，并檢測放射線對已形成的腫瘤中TAMs 數(shù)量和表型的變化調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)在對大鼠胰島素基因1 啟動子（RIP1）-猴空泡病毒40 大T 抗原（Tag）5 小鼠模型（小鼠于30 周齡時形成自發(fā)性胰島素瘤）行2 Gy γ 射線全身照射后，TAMs 向表達(dá)誘導(dǎo)型NO 合酶（iNOS）的M1 型極化，M1 型效應(yīng)因子（如TNF-α 和干擾素γ）分泌增加，促進(jìn)效應(yīng)T 細(xì)胞浸潤，并調(diào)控內(nèi)皮型NO 合酶（eNOS）陽性的內(nèi)皮細(xì)胞分泌NO 來促進(jìn)血管生成，從而促進(jìn)腫瘤血管正?；涂鼓[瘤免疫反應(yīng)。但Seifert 等[21]對KPC 胰腺癌轉(zhuǎn)基因小鼠模型（小鼠于8 周齡時形成自發(fā)性胰腺導(dǎo)管腺癌）或胰腺種植瘤小鼠模型行12 Gy 照射后，胰腺癌細(xì)胞中CSF-1 的分泌增加，這使得TAMs 向M2 型復(fù)極化，PD-L1 表達(dá)上調(diào)，促使效應(yīng)T 細(xì)胞失活，并調(diào)控T 細(xì)胞向免疫抑制表型分化。

放療對TAMs 表型的影響主要與照射劑量相關(guān)。中等劑量（4 Gy）的照射更易使TAMs 向M1 型極化，增強其抗腫瘤免疫效果；而低劑量（<1 Gy）和高劑量（>10 Gy）的照射使得TAMs 向M2 型極化。在多組體外實驗中，巨噬細(xì)胞在低劑量（0.01～1 Gy）X 射線照射下均顯示出抗炎因子[轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）]分泌上調(diào)和促炎因子分泌下調(diào)[22]。Crittenden 等[23]對小鼠前列腺癌模型行3 次20 Gy的X 射線照射后，M2 型TAMs 的標(biāo)志物精氨酸酶1（Arg1）的表達(dá)顯著上調(diào)，而M1 型TAMs 的標(biāo)志物誘導(dǎo)型NO 合酶（iNOS）的表達(dá)下調(diào)。

3)果實淀粉系數(shù)。蘋果成熟過程中淀粉含量逐漸降低，淀粉遇到碘溶液時會呈現(xiàn)藍(lán)色，所以把蘋果切開，將其橫斷面浸入配制好的碘液中30秒，觀察果肉變藍(lán)的面積和程度，可反映果實的成熟度。不同品種的蘋果成熟過程中淀粉含量的變化特性不同，可以制作不同品種蘋果成熟過程中淀粉變藍(lán)的圖譜，判斷成熟度很方便。根據(jù)圖譜，做到蘋果的適時采收。

3 放療調(diào)控TAMs 的機制

3.1 放療直接影響TAMs 信號通路

放療可以激活或抑制多種調(diào)控TAMs 活化的信號通路和轉(zhuǎn)錄因子，從而調(diào)節(jié)TAMs 的功能。照射后TAMs 的表型取決于活性氧水平、DNA 損傷水平和下游活化通路。

入射光子可促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生，此后，活性氧或放射線直接作用于DNA，引發(fā)DNA 損傷。一方面，共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴張突變（ATM）積聚啟動DNA 修復(fù)通路，可激活轉(zhuǎn)錄因子核因子（nuclear factor kappa-B，NF-κB）和干擾素調(diào)節(jié)因子5（IRF5），NF-κB 等轉(zhuǎn)錄因子參與細(xì)胞炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡等多種生物學(xué)過程[24]，其可通過激活TAMs 內(nèi)的炎癥反應(yīng)通路來促進(jìn)TAMs 向M1 型極化；另一方面，活性氧和DNA 損傷可引起凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1（ASK1）磷酸化，絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路激活，從而促進(jìn)TAMs 向M1 型重編程。

3.2 放療間接調(diào)控TAMs 表型

放療可通過調(diào)控TAMs 非自主細(xì)胞反應(yīng)影響其功能，這主要是通過細(xì)胞-細(xì)胞間相互作用或釋放可溶性介質(zhì)實現(xiàn)[25]。TAMs 上的Mer 受體酪氨酸激酶（MerTK）[26]和CD36[27]等凋亡受體可與放療后凋亡腫瘤細(xì)胞上表達(dá)的“吃掉我”信號直接地或通過橋梁分子間接地結(jié)合來清除凋亡腫瘤細(xì)胞，并促進(jìn)抗炎因子（如TGF-β 和IL-10）的產(chǎn)生，抑制促炎因子（如TNF-α、IL-1β 和IL-12）的分泌，以阻止過度的炎癥反應(yīng)。

而立體定向消融放療等超分割模式可以通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的免疫原性死亡，誘導(dǎo)損傷相關(guān)模式分子高遷移率族蛋白B1[28]、ATP[29]和鈣網(wǎng)蛋白[30]的釋放，它們分別作用于巨噬細(xì)胞的Toll 樣受體4（TLR4）、嘌呤能受體P2X7 和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白[31]，從而通過激活NF-κB 和Nod 樣受體蛋白3（NLRP3）[32]引起促炎因子（如IL-1β）的表達(dá)。腫瘤細(xì)胞釋放的雙鏈DNA 也可通過環(huán)狀一磷酸鳥苷（GMP）-一磷酸腺苷（AMP）合成酶（cGAS）/干擾素基因刺激蛋白（STING）信號通路促進(jìn)Ⅰ型干擾素的釋放，從而增強抗腫瘤免疫反應(yīng)。

4 靶向TAMs 與放療的聯(lián)合治療

鑒于TAMs 在腫瘤進(jìn)展和治療抵抗中的重要角色，其作為腫瘤治療中的潛在靶點受到廣泛關(guān)注。針對TAMs 的治療策略主要包括以下3 個方面：耗竭TAMs、抑制TAMs 向腫瘤部位浸潤、重編程TAMs 以使其向抗腫瘤表型發(fā)展。

4.1 靶向TAMs 治療

早期靶向TAMs 的研究方向是耗竭TAMs。曲貝替定通過靶向腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TRAIL），作用于包括TAMs 在內(nèi)的單核/巨噬細(xì)胞系統(tǒng)而不影響其他白細(xì)胞亞群[33]。然而，清除巨噬細(xì)胞存在增加感染風(fēng)險和患者體重減輕等不良反應(yīng)，抑制TAMs 招募和重編程TAMs 是目前更為常見的靶向TAMs 的治療策略。

4.2 靶向TAMs 與放療聯(lián)合治療的現(xiàn)狀

鑒于腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性，單純調(diào)控TAMs不足以完全抑制腫瘤進(jìn)展?？紤]到放療可以影響TAMs 在腫瘤中的浸潤和功能，將靶向TAMs 與放療聯(lián)合有望協(xié)同增強抗腫瘤免疫反應(yīng)[37]。

臨床前實驗結(jié)果顯示，應(yīng)用TAMs 靶向藥物可增強放療療效。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠原位及皮下瘤模型中，使用CSF-1R 小分子抑制劑PLX3397可抑制放療引起的CD11b+髓系細(xì)胞向腫瘤部位的浸潤，并抑制單核細(xì)胞向促腫瘤型TAMs 分化，相比于單純放療，聯(lián)合治療后小鼠的中位生存期延長[38]。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠模型中，CXCL12 抑制劑NOX-A12 可以抑制放療后腫瘤的血管生成和腫瘤復(fù)發(fā)，其療效優(yōu)于放療和替莫唑胺聯(lián)合的治療方案[39]。使用CCL2 中和抗體可調(diào)控胰腺導(dǎo)管腺癌行大劑量放療后導(dǎo)致的TAMs 浸潤，從而增強放療效果[15]。

現(xiàn)有多項關(guān)于靶向TAMs 與放療聯(lián)合治療的臨床研究正在開展，一項Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗研究（臨床試驗注冊編號：NCT01977677）結(jié)果顯示，對新診斷的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者在標(biāo)準(zhǔn)同步放化療的基礎(chǔ)上加用4 周CXCR4 抑制劑普樂沙福行灌注治療，其中位生存期明顯延長[40]。然而，一項Ⅰb/Ⅱ期臨床研究（臨床試驗注冊編號：NCT01790503）結(jié)果顯示，使用CSF-1R 抑制劑PLX3397 與放療和替莫唑胺聯(lián)合治療的新診斷的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的無進(jìn)展生存期和總生存期未明顯改善[41]。

為使患者在聯(lián)合治療中獲益，仍有幾個關(guān)鍵因素需關(guān)注和探討（如腫瘤類型的特異性、TAMs 靶向藥物相較于放療的施藥順序以及最佳的治療持續(xù)時間）。針對CXCL12/CXCR4 軸靶向藥物普樂沙福與放療治療順序的動物模型研究結(jié)果顯示，在原位宮頸癌異種移植小鼠模型中，在15 次2 Gy 的X射線放療與順鉑聯(lián)合治療后，序貫給予3 周的普樂沙福比在放療同期給予的治療效果更好，這種治療順序也能減少普樂沙福與順鉑同期使用時所增加的晚期骨髓增生障礙等不良反應(yīng)[42]。

5 小結(jié)與展望

TAMs 參與調(diào)控腫瘤進(jìn)展的各個方面，故靶向TAMs，削弱其促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的作用，并增強其抗腫瘤功能是極有希望的腫瘤免疫治療方案。鑒于靶向TAMs 的單一治療顯示出有限的臨床獲益，其與化療、放療及其他免疫治療的聯(lián)合治療成為解決療效不佳問題的關(guān)鍵策略。放療作為“免疫佐劑”，與靶向TAMs 的聯(lián)合治療對于抑制腫瘤進(jìn)展具有協(xié)同作用。由于放療對TAMs 的調(diào)控方向與單次分割劑量、總劑量和照射方式等有關(guān)，故一方面需探索放療與靶向TAMs 聯(lián)合治療的最佳治療策略（包括先后順序、劑量選擇等），避免治療相關(guān)的不良反應(yīng)；另一方面，需關(guān)注放療過程中TAMs的動態(tài)變化情況，尤其是不同來源TAMs 的占比變化及基因表達(dá)譜的改變，深入探索放療誘導(dǎo)TAMs招募和極化的機制，為降低放療耐藥風(fēng)險及探索TAMs 靶向藥物的臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

靶向TAMs 與放療聯(lián)合治療有望成為新的腫瘤治療策略，目前關(guān)于聯(lián)合治療的方案及分子學(xué)機制的探索將有助于提高放療療效，減少放療耐藥性，使腫瘤患者更好的獲益。

利益沖突 本研究由署名作者按以下貢獻(xiàn)聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明 王茵負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的檢索、綜述的撰寫；吳茜茜負(fù)責(zé)綜述的修訂；劉來昱負(fù)責(zé)綜述的審閱；官鍵負(fù)責(zé)命題的提出、綜述的校對。