腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系及相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

許召君 綜述 陳小彬 安 娟 喬文杰 劉 韜 王亞豐 馬曉明 審校

腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)是腫瘤細(xì)胞與人體免疫系統(tǒng)相互作用的重要場(chǎng)所，其中包括腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞及其分泌的活性因子等。腫瘤疾病的進(jìn)展受腫瘤微環(huán)境中多種因素的共同影響[1]。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages，TAM)是腫瘤組織中浸潤的巨噬細(xì)胞，具有高度的異質(zhì)性和可塑性，其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的動(dòng)態(tài)變化、表型、信號(hào)通路以及功能狀態(tài)已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文通過描述TAM的來源、類型及其與消化道腫瘤的關(guān)系以及涉及的相關(guān)機(jī)制，旨在為消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病機(jī)制和治療策略的研究提供有利的依據(jù)。

1 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages，TAMs)是腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞的一個(gè)亞群，主要來源于骨髓中的單核細(xì)胞，影響著腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[2]。在腫瘤進(jìn)展過程中，血液中的免疫細(xì)胞被招募至腫瘤，在TME內(nèi)諸多因素的作用下，形成TAMs，從而促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。Cortez-Retamozo等[3]發(fā)現(xiàn)TAMs存在于髓外部位，即脾臟中的CD11b(+)Ly-6C(hi)單核細(xì)胞中。TAMs作為TAM的關(guān)鍵成員，因其高度的可塑性，使得不同的巨噬細(xì)胞群體以不同方式與腫瘤細(xì)胞和其他TME成分相互作用[4]。Anfray等[5]認(rèn)為TAMs至少被活化為2個(gè)亞型，根據(jù)TAM活化后作用的不同，通常將其分為經(jīng)典活化的M1型和交替活化的M2型，他們?cè)谀[瘤中發(fā)揮的作用幾乎相反，M1型TAM具有抑制腫瘤細(xì)胞和刺激免疫的特性，而M2型通過抑制T細(xì)胞免疫反應(yīng)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移。目前通常用CD163作為M2型TAM細(xì)胞的特異性標(biāo)志物。在TME中，M1型TAM通過分泌IL-6、IL-12和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等方式發(fā)揮殺傷腫瘤細(xì)胞的作用；而M2型TAM通過高表達(dá) CD23、CD163、CCR2、Arg-1、YM-1、IL-10等分子，抑制促炎因子的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[6]。在腫瘤組織中，M1型和M2型TAMs是1個(gè)連續(xù)功能狀態(tài)下的2個(gè)極端，而這種動(dòng)態(tài)變化持續(xù)影響著腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移[7]。

2 TAMs在胃癌中的作用

胃癌(gastric cancer，GC)是全球發(fā)病率和病死率較高的惡性腫瘤，世界衛(wèi)生組織(WHO)發(fā)布的GLOBOCAN數(shù)據(jù)顯示[8]，新發(fā)病例為103萬例，位居第5位，且因胃癌早期癥狀多不明顯，診斷時(shí)多為晚期，導(dǎo)致手術(shù)效果不佳，預(yù)后較差，且腫瘤干細(xì)胞(CSCs)的存在也大大降低了胃癌的5年生存率[9]，使其成為全球第二大致死性癌癥。2015年，中國胃癌新發(fā)病例為67.9萬例，死亡病例為49.8萬例，位居我國惡性腫瘤的第2位，僅次于肺癌[10]。WHO根據(jù)組織學(xué)特征將胃癌分為五種不同的亞型：包括高分化的管狀腺癌、乳頭狀腺癌和黏液腺癌，低分化的印戒細(xì)胞癌，以及較為少見的混合癌，其中以管狀腺癌最為常見[11]。一直以來，胃癌都有著較高的發(fā)病率和死亡率，因此如何改善進(jìn)展期胃癌患者的預(yù)后，提高其生存質(zhì)量，延長(zhǎng)生存期成為各國研究的熱點(diǎn)。近年來，相關(guān)研究表明TAMs數(shù)量越多、集中密度越高的胃癌患者總體生存期(overall survival，OS)越差，表明TAMs的浸潤水平與胃癌患者的預(yù)后存在一定的相關(guān)性[12]。而臨床研究發(fā)現(xiàn)，M2型TAMs的含量與胃癌腹膜轉(zhuǎn)移相關(guān)。檢測(cè)腹水或腹腔灌洗液結(jié)果表明胃癌腹膜轉(zhuǎn)移患者較未轉(zhuǎn)移患者M(jìn)2型TAMs含量明顯增高[13]。故我們通過分析TAMs與胃癌患者的相關(guān)性及其相關(guān)機(jī)制，旨在探索胃癌新的診療方案。

TAMs參與胃癌進(jìn)程主要考慮以下幾個(gè)方面：第一，TAMs通過分泌的VEGF-C和VEGF-A等方式來促進(jìn)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，胃癌細(xì)胞在低氧環(huán)境長(zhǎng)期刺激下可導(dǎo)致TAMs增殖并表達(dá)低氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factors-1，HIF-1)和低氧誘導(dǎo)因子2(hypoxia-inducible factors-2，HIF-2)等轉(zhuǎn)錄因子，而這些轉(zhuǎn)錄因子可激活一系列促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移、血管生成等的信號(hào)通路；此外，增殖的TAMs可通過誘導(dǎo)VEGF分泌、MMP-2、MMP-9活性的增強(qiáng)來促進(jìn)腫瘤血管的生成[15]。第三，TAMs可通過誘導(dǎo)TGF-β/BMPs、TNF-α/Wnt、β-catenin/Wnt、STAT3/IL-6/IRF4等通路的活化來促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。第四，一些分子如CCL5、ADAM8、ADAM9、TIMP3、Tim-3、OPN等也參與TAMs促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移的過程[16-17]。第五，胃癌組織中高表達(dá)的高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)可通過激活糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation endproducts，RAGE)增強(qiáng)M2型巨噬細(xì)胞的促瘤作用，從而促進(jìn)胃癌血管的生成[18]。第六，TAMs可通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子叉頭框Q1(forkhead box Q1，F(xiàn)OXQ1)的表達(dá)和TGF-β的活化來促進(jìn)胃癌細(xì)胞發(fā)生侵襲和轉(zhuǎn)移[19]。第七，一方面腫瘤源性外泌體遺傳物質(zhì)可誘導(dǎo)TAMs向M2型TAM轉(zhuǎn)化；另一方面，TAMs分泌的外泌體可通過激活P13K/AKT通路，協(xié)助載脂蛋白E(apoli-poprotein E，ApoE)向腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[20]。

3 TAMs在肝癌中的作用

肝癌是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，其發(fā)病率位居世界第六，因其早期癥狀隱匿，診斷時(shí)多為晚期，因而錯(cuò)過了最佳治療時(shí)機(jī)，故預(yù)后較差，死亡率較高，5年生存率低于20%，位居全球第4位，其中肝細(xì)胞癌(HCC)是肝癌中最常見的類型，約占90%，而其他類型包括肝內(nèi)膽管癌、肝母細(xì)胞瘤等[21-22]。近年來，HCC疾病的進(jìn)展不僅與腫瘤自身的因素相關(guān)，還與其所處的微環(huán)境密切相關(guān)，其中以腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞影響最大。相關(guān)文獻(xiàn)已報(bào)道，TAMs可通過分泌相關(guān)促炎因子、抑制機(jī)體的免疫反應(yīng)、促進(jìn)HCC的血管生成，從而協(xié)助HCC的增殖和轉(zhuǎn)移。

相關(guān)研究表明，TAMs可通過分泌多種細(xì)胞因子來促進(jìn)HCC細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，同時(shí)通過誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(epithelial to mesenchy-mal transition，EMT)，加速HCC疾病的進(jìn)展[23]。Fangyu等[24]通過在體外將HCC細(xì)胞與M2型TAMs共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)HCC細(xì)胞增殖能力顯著提高，表明M2型TAMs在一定程度上可提高HCC的增殖能力。Dengke等[25]指出線粒體結(jié)構(gòu)改變(裂變)導(dǎo)致的DNA穩(wěn)定性減弱在一定程度上可促進(jìn)HCC患者腫瘤微環(huán)境中TAMs的浸潤，從而促進(jìn)HCC的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移。TAMs參與HCC疾病的進(jìn)展主要考慮以下幾個(gè)方面：第一，TAMs可通過分泌外泌體，而外泌體中富含一些遺傳物質(zhì)(DNA、RNA、蛋白質(zhì)等)可協(xié)助HCC細(xì)胞的增殖，顯著提高HCC細(xì)胞的干細(xì)胞特性[26]；第二，TAMs可通過誘導(dǎo)同種異體移植物炎癥因子1(AIF1)的表達(dá)來激活CSF1R-MEK1/2-ERK1/2-c-Jun信號(hào)通路，從而增強(qiáng)HCC細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移能力，進(jìn)而促進(jìn)HCC的生長(zhǎng)[27]。第三，M2型TAMs可通過激活TLR4/STAT3信號(hào)通路，誘導(dǎo)EMT來促進(jìn)HCC的增殖和轉(zhuǎn)移[28]；另外一方面，TAMs分泌的IL-6、IL-8通過激活JAK/STAT3通路，下調(diào)E-cad-herin的表達(dá)，上調(diào)vimentin、ZEB1、ZEB2以及Snail，進(jìn)而誘導(dǎo)ENT的發(fā)生，從而協(xié)助HCC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[29]。第四，TAMs可通過分泌多種金屬蛋白酶(如MMP-2、MMP-7 和 MMP-9等)、TNF-α促進(jìn)HCC新生血管的生成，為HCC的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移提供有利的條件，其中TNF-α通過活化ERK信號(hào)通路，從而上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞表面趨化因子受體4(CXCR4)的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)HCC血管的生成；抑制TAMs的數(shù)量可顯著減少腫瘤相關(guān)血管的生成，阻礙HCC疾病的進(jìn)展[30]。

4 TAMs在結(jié)腸癌中的作用

結(jié)腸癌(Colon cancer)是一種常見的消化道惡性腫瘤，全球結(jié)腸癌每年新發(fā)病例為100多萬例，根據(jù)國家癌癥中心發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，中國結(jié)直腸癌的發(fā)病人數(shù)占全球的24.3%，僅次于肝癌、肺癌，死亡人數(shù)占22.9%，且有逐年上升的趨勢(shì)，其較高的死亡率與早期診斷難度大未及時(shí)治療密切相關(guān)[31]。結(jié)腸癌目前多以手術(shù)治療為主，放、化療為輔助。近期，相關(guān)文獻(xiàn)已表明腫瘤微環(huán)境(TME)聯(lián)合傳統(tǒng)治療可提高結(jié)腸癌的治療效果。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)是TME中免疫細(xì)胞的主要成分。TAM在TME中的功能主要以M2型為主，在癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移中扮演重要的角色，即M2型TAM可作為癌癥患者預(yù)后不良的指標(biāo)，加速腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[32]。

腫瘤血管生成在腫瘤的進(jìn)展中扮演著重要的角色，Manal等[33]通過對(duì)結(jié)腸癌組織活檢發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌組織中巨噬細(xì)胞浸潤情況與微血管數(shù)量成正相關(guān)。Luput等[34]通過將TAM和結(jié)腸癌細(xì)胞共培養(yǎng)與單獨(dú)培養(yǎng)的結(jié)腸癌細(xì)胞比較發(fā)現(xiàn)，與TAM共培養(yǎng)的小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞中血管生成蛋白表達(dá)增加，表明TAM通過抑制NF-κB信號(hào)通路促進(jìn)血管的生成。Mangerich等[35]通過建立慢性結(jié)腸炎模型的小鼠發(fā)現(xiàn)，隨著巨噬細(xì)胞不斷浸潤，慢性結(jié)腸炎模型的小鼠可進(jìn)展為結(jié)腸癌。此外，Kim等[36]發(fā)現(xiàn)TAM的增殖情況與結(jié)腸癌的類型、患者的預(yù)后密切相關(guān)。由此可見TAM參與結(jié)腸癌疾病的進(jìn)展，主要考慮以下幾個(gè)方面：第一，TAM可通過誘導(dǎo)PD-1和CTLA-4配體的表達(dá)，抑制T細(xì)胞、NK細(xì)胞的活性，從而降低機(jī)體對(duì)結(jié)腸癌的殺傷作用[37]。第二，腫瘤微環(huán)境中硒蛋白P(SEPP1)表達(dá)的下降可促進(jìn)M2型TAM極化，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[38]。第三，在結(jié)腸癌中，M2型TAM可通過釋放各種促炎因子、生長(zhǎng)因子促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，其中涉及CCL2、CSF-1的正反饋途徑[39]。第四，TAMs在重塑細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)中也發(fā)揮著作用，通過促進(jìn)蛋白酶和其他重塑酶的表達(dá)使TME成為有利于腫瘤生長(zhǎng)的環(huán)境，從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)[40]。由此可見，TAM在結(jié)腸癌中主要是促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。

綜上所述，TAM是TME重要的組成部分，TAM在TME中主要以M2型為主，可作為腫瘤患者預(yù)后不良的因素。TAMs在胃癌、肝細(xì)胞癌、結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展中扮演重要的角色，主要通過參與腫瘤血管、淋巴管的生成、侵襲和轉(zhuǎn)移等方面，在腫瘤預(yù)后的評(píng)估中表現(xiàn)出巨大的潛能。然而目前，諸多實(shí)驗(yàn)仍然僅僅停留在臨床前階段，還未廣泛應(yīng)用于臨床階段，TAMs在腫瘤中的詳細(xì)作用機(jī)制尚不明確，還需后期進(jìn)一步研究以確定其具體機(jī)制。我們通過研究相關(guān)文獻(xiàn)總結(jié)TAMs在胃癌、肝癌、結(jié)腸癌中的作用及相關(guān)機(jī)制，旨在為后期將其應(yīng)用于腫瘤患者預(yù)后的評(píng)估以及未來針對(duì)TME(如特定標(biāo)志物CD163)實(shí)施靶向治療提供依據(jù)。