肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤微环境中的作用新进展.pdf

1、肿瘤防治研究 2015年第 42卷第 11期 Cancer Res Prev Treat,2015,Vol.42,No.11 1165doi:10.3971/j.issn.1000-8578.2015.11.024收稿日期 ： 2015-01-15； 修回日期 ： 2015-04-16基金项目 ：湖北省自然科学基金（ 2014CFB307）；宜昌市自然科学基金 (14301-13)作者单位 ： 1. 443002 宜昌，三峡大学第一临床医学院，宜昌市中心人民医院放射科； 2. 443002 宜昌，三峡大学第一临床医学院，宜昌市中心人民医院检验科通信作者 ：谭超， E-mail: 作者简介 ：李

2、海涛 (1979-)，男，硕士，主治医师，主要从事影像生物介入治疗肿瘤等的研究综 述肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤微环境中的作用新进展李海涛1，谭超1,2，田书梅1，张晓磷1，赵云云1New Progress on Tumor-associated Macrophages in Tumor MicroenvironmentLI Haitao1, TAN Chao1,2, TIAN Shumei1, ZHANG Xiaolin1, ZHAO Yunyun11. Radiological Department of The First College of Clinical Medical Science

3、, Three Gorges University 2. Clinical Laboratory of The First College of Clinical Medical Science, China Three Gorges University Tumor microenvironment; Tumor metastasis; Cancer stem cells摘 要 ：众所周知，在肿瘤发生发展的各个阶段都有单核细胞通过血管壁进入肿瘤组织，这些单核细胞可分化形成具有独特表型的巨噬细胞，即肿瘤相关巨噬细胞（ tumor-associated macrophages, TAMs）。 T

4、AMs是肿瘤微环境的重要组成部分，参与了肿瘤的发生、生长、侵袭及转移过程，其中，向肿瘤组织的转移是肿瘤恶性发展的关键步骤。本文将 TAMs在肿瘤微环境形成中发挥作用的最新进展进行了总结，特别值得注意的是，细胞及动物实验研究表明， TAMs可为肿瘤的发生发展进程提供一个有利的微环境；同时，临床病理实验表明， TAMs在肿瘤内的累积与较差的临床疗效相关。最后，本文讨论了靶向 TAMs的治疗手段作为一种间接癌症治疗新方法的可行性。关键词 ：肿瘤相关巨噬细胞；肿瘤微环境；肿瘤转移；肿瘤干细胞中图分类号 ： R730.2 文献标识码 ： A0 引言巨噬细胞是机体的免疫细胞，在宿主的免疫防御及维护组织稳态

5、方面发挥着重要作用1。组织中的巨噬细胞及炎性巨噬细胞均起源于骨髓干细胞2-3，包括两种类型：经典活化的 M1型（ classically activated macrophage, caMphi）及替代活化的 M2型（ alternatively activated macrophage, aaMphi）4。 M1型受到 Th1分泌的细胞因子，如干扰素 -（ interferon-, INF-）、细菌脂多糖（ li-popolysaccharide, LPS）及 Toll样受体（ Toll-like re-ceptor, TLR）的调控，其特征是可分泌包括 IL-6、IL-12、 IL-23及

6、肿瘤坏死因子 -（ tumor necrosis factor-, TNF-）在内的促炎性因子。此外，肿瘤特异性抗原的呈递需要由 M1型巨噬细胞所高表达的主要组织相容性复合物（ major histocompatibility complex）类及类分子。因此， M1型巨噬细胞被认为是具有杀伤细菌及肿瘤细胞并可分泌多肿瘤防治研究 2015年第 42卷第 11期 Cancer Res Prev Treat,2015,Vol.42,No.11 1166种促炎性细胞因子的细胞。而 M2型巨噬细胞与M1型的作用截然相反，其被认识是一种具有抗炎及致癌作用的细胞。 M2型巨噬细胞又可被进一步划分为 M2a

7、、 M2b、 M2c及 M2d亚群。 Th2分泌的细胞因子，如 IL-4及 IL-13可刺激巨噬细胞转化为 M2a亚群， TLRs及免疫复合物可诱导其转化为M2b亚群， IL-10则可刺激其转化为 M2c亚群。近年来研究发现，肿瘤间质中的巨噬细胞是一类被称之为肿瘤相关巨噬细胞（ tumor-associ-ated macrophages, TAMs）的重要炎性反应细胞，其表现出与 M2型巨噬细胞相似的功能，隶属于巨噬细胞 M2d亚群5-6，可为肿瘤的生长、存活及血管的新生创造适宜的微环境7。尽管过去的一些研究证实 TAMs是抗炎性表型，但近几年的大量研究证明，活化的 TAMs可产生多种促炎性细

8、胞因子，如 IL-6等8，而这些因子影响着肿瘤细胞周期及凋亡抑制9。此外，临床研究亦表明，表现为高 TAMs密度肿瘤患者的无复发存活率及总存活率均显著低于低 TAMs密度肿瘤患者10。因此，肿瘤间质中的 TAMs对于癌症患者来说，是一个非常不利的预后因素，也可能是一个潜在的临床预后指标。1 TAMs可促进肿瘤侵袭及转移有研究认为 TAMs可通过调节肿瘤微环境，进而直接或间接影响肿瘤细胞的转移过程11。 Sierra-Filardi等研究发现，肿瘤细胞血管内渗的发生与乳腺肿瘤中的 TAMs有关，从而证实了 TAMs可促进肿瘤转移这一观点12。有研究者提出，起源于肿瘤及肿瘤微环境的内在与外在的信号

9、均在积极配合肿瘤细胞的转移过程。肿瘤微环境中的基质组分可调节 TAMs的功能，以提高肿瘤细胞的转移存活率。已有研究证明，多功能蛋白聚糖是一种大型的硫酸软骨素蛋白多糖（ chordroitin sulfate pro-teoglycans, CSPG），其多在恶性肿瘤中高表达，且与肿瘤进展密切相关，并可活化巨噬细胞。如Kobayashi等证明 Lewis肺癌细胞可产生大量的多功能蛋白聚糖，且此种聚糖能够经由 TLR-2/TLR-6来活化巨噬细胞，并增强转移性肿瘤的生长13。巨噬细胞是组织蛋白酶、基质金属蛋白酶及丝氨酸蛋白酶等蛋白水解酶的主要分泌细胞，研究者已证实这些巨噬细胞源性蛋白酶可降解其周围

10、的细胞外基质，从而帮助肿瘤细胞的入侵。此外，Gocheva等证实 TAMs衍生的组织蛋白 B及 S在肿瘤侵袭中发挥着重要作用14。由此可知， TAMs可通过调节肿瘤微环境，影响肿瘤细胞的转移，其主要通过帮助转移前微环境的形成、免疫抑制作用及影响肿瘤干细胞的自我更新来实现对肿瘤微环境的调控的。1.1 巨噬细胞对转移前微环境的形成的重要贡献肿瘤转移的过程需经多个步骤，在转移性肿瘤细胞定植之前，二级器官的局部微环境已发生了早期变化，研究者称之为 “转移前微环境 ”。最新研究表明，巨噬细胞的募集对转移性细胞的存活及转移前微环境的形成至关重要。如 Gil-Bern-ab等发现，肿瘤衍生的组织因子，包括凝

11、血因子（ coagulation factor ）、 CD142等可在转移位点上通过募集 CD11b+/CD68+/F4/80+/CX3CR1+巨噬细胞来提高后续肿瘤细胞的存活率15。 Solinas等证实，原发性肿瘤可通过分泌 VEGF-、 TNF-及 TGF-，促进肺中 S100A8及 S100A9蛋白的表达。这两个蛋白可诱导巨噬细胞抗原 1（ macrophage an-tigen 1, Mac1）的阳性髓样细胞在转移前微环境中的募集。此外，这些因子与特异性抗体间的作用，阻断了 Mac1阳性髓样细胞的浸润及肿瘤细胞从原发性肿瘤到肺的转移16，证实了 S100A8与 S100A9蛋白在转移

12、前微环境的形成中发挥的重要作用。Casazza等发现 S100A8与 S100A9可诱导血清淀粉样蛋白（ serum amyloid protein, SAP） A3，在肺泡巨噬细胞及内皮细胞内的表达17。 血清淀粉样蛋白A3及 S100A8通过使 TLR4与 MD-2衔接成为存在于肺血管内皮细胞中 TLR4的协同受体，进而增加血管通透性18-19。在靶器官中，肿瘤细胞会优先转移至脉管系统的高渗透性区域中，因此他们的发现针对巨噬细胞依赖性的肿瘤细胞转移过程提出了一种新的研究机制。1.2 肿瘤微环境中 TAMs介导的免疫抑制作用从免疫监视下逃逸出的肿瘤细胞是调控肿瘤生长、存活及转移的关键细胞之一

13、。 TAMs呈递抗原的能力较差，且其可释放免疫抑制因子 IL-10与TGF-等，从而抑制了 T细胞的免疫应答20。如 Za-ynagetdinov等观察发现，由活化的单核细胞分泌出的 TNF-与 IL-10显著诱导了细胞程序性死亡配体 -1（ programmed cell death ligand-1, PD-L1）的自分泌21。阻断 PD-L1与特异性抗体便可改善特异性T细胞的免疫力，这表明 PD-L1的存在会限制 T细胞消除肿瘤细胞的能力。 Gordon等研究发现，虽然人卵巢癌中调节性 T细胞数量表现为显著增加，但 TAMs产生了趋化因子 CCL22，其作为 CCR4的配体之一，可将 T

14、regs转运到肿瘤中22，进而抵消肿瘤防治研究 2015年第 42卷第 11期 Cancer Res Prev Treat,2015,Vol.42,No.11 1167了 T细胞介导的免疫应答作用19-21。1.3 肿瘤微环境中 TAMs在肿瘤干细胞自我更新中的作用癌症干细胞（ cancer stem cells， CSCs的）代表了一种具有自我更新能力并可产生恶性后代肿瘤的癌细胞群体。由于 CSCs对化疗药物存在抵抗力，因此也成为了控制肿瘤复发的关键所在23。已有报告提出， TAMs可通过细胞因子、趋化因子、生长因子与胞外基质分子组成的复杂网络，同时控制 CSCs的自我更新能力与耐药性。如

15、Yi等24发现，胶质瘤源性细胞可比胶质瘤细胞产生更高水平的 CCL2、 CCL5、 VEGF-及神经降压素，这表明 CSCs通过分泌巨噬细胞趋化因子在 TAMs的募集过程中发挥了重要作用。另一项研究也通过表皮生长因子信号通路的旁分泌循环模式，提出 TAMs在 CSCs自我更新中的多重作用。如 Yang等在报告中提出，在小鼠的乳腺癌细胞中， TAMs可通过活化 EGF信号促进 STAT3的磷酸化，并诱导了维持肿瘤细胞 CSCs表型的 SOX-2表达25。肿瘤微环境中的基质成分也可调节 TAMs协助 CSCs自我更新的功能。如 Okuda等在报告中提到，产生自转移性乳腺 CSCs的透明质酸，促进了

16、 TAMs与 CSCs间的相互作用，进而由 TAMs分泌出血小板衍生生长因子（ platelet-derived growth factor, PDGF） BB活化成纤维细胞，而成骨细胞通过诱导成纤维细胞生长因子（ fibroblast growth factors, FGF） 7与 9的表达，协助 CSCs的自我更新，提高肿瘤侵袭并转移到骨微环境中的能力26。2 靶向 TAMs的癌症疗法的未来发展前景越来越多的证据指出， TAMs的累积与临床预后不良及抗癌疗法密切相关27，其部分原因是TAMs的免疫抑制与致癌活性。基于这些发现，TAMs正在成为肿瘤治疗干预的一个 “魅力靶点 ”。2.1 依赖

17、于细胞因子的靶向 TAMs的癌症疗法目前，靶向 TAMs的癌症疗法的主要策略为：抑制巨噬细胞的募集，使致瘤 M2型向抗肿瘤 M1型转化及抑制 TAMs的存活。肿瘤及间质衍生的趋化因子（ chemokine, CK）促进了巨噬细胞募集到肿瘤内。因此，通过调节 CK来抑制巨噬细胞的募集或许可成为一个有效的癌症疗法。目前已有研究表明， CK CCL2与宾达利（ Bindarit）的药理抑制作用可显著减少巨噬细胞的募集并抑制肿瘤生长28。血管内皮生长因子受体（ vascular endothelial growth factor receptor, VEGFR） 2的选择性抑制则可与特异性抗体一起有效

18、降低巨噬细胞的浸润与肿瘤生长29。同时，靶向细胞集落刺激因子（ colony-stimulating factor, CSF） 1受体的疗法也可能是另一种用于调控肿瘤内巨噬细胞数目的新策略。2.2 促进 M2型巨噬细胞向 M1型转化的癌症疗法标准的 M1型巨噬细胞具有抗肿瘤活性，因此将促进肿瘤的 M2型巨噬细胞转化为杀肿瘤细胞的 M1型巨噬细胞，似乎是癌症疗法一个更佳的潜在手段。一些研究发现，某些 TLRs的活化可使得 M2型巨噬细胞转化为杀肿瘤细胞的 M1型巨噬细胞。如 Shime等发现，在荷瘤小鼠中， TLR3通过活化 Poly（ I:C）迅速诱导促炎性细胞因子的产生，并随之加速 M1型巨

19、噬细胞的产生。唑来膦酸（ Zoledronic acid）是一种治疗癌症的临床药物，已发现其可通过将巨噬细胞由 M2表型还原为 M1表型以抑制自发性乳腺癌的发生30。 Zhang等在报告中提出， M2型巨噬细胞转化为 M1表型可有效抑制乳腺肿瘤的生长，并抑制瘤内血管的生成31。此外， Rolny等最近证实，富含组氨酸的糖蛋白（ histidine-rich glycoprotein, HRG）通过诱导巨噬细胞转化进而抑制了肿瘤的生长与转移，并通过下调胎盘生长因子（ placental growth factor, PlGF）使得血管正常化32。3 结论在侵袭性肿瘤中， TAMs是肿瘤微环境的重

20、要组成部分，且其向肿瘤组织中的转移是肿瘤恶性发展的一个关键的步骤。巨噬细胞的浸润与极化受到肿瘤细胞及肿瘤微环境中多重特征信号的调控。在 TAMs与肿瘤微环境间直接或间接的相互作用之下， TAMs合成并释放出各种各样的生长因子、细胞因子、趋化因子、细胞外基质成分及蛋白酶。这些 TAMs源性的因子随后促进基质重塑、血管再生、抗免疫应答反应及肿瘤恶化。 CSCs对化疗药物的抗性也与 TAMs相关联。因为 TAMs的高度渗入与患者的不良预后及治疗失败相关，所以 TAMs向抗肿瘤 M1表型巨噬细胞的重新编程，可有效抑制 TAMs的募集及抑制 TAMs的存活，有望成为一种新型癌症疗法。参考文献 ：1 Go

21、rdon S, Martinez FO. Alternative activation of macrophages: Mechanism and functionsJ. Immunity, 2010, 32(5): 593-6042 Davies LC, Jenkins SJ, Allen JE, et al. Tissue-resident macrophagesJ. Nat Immunol, 2013, 14 (10): 986-953 Murray PJ, Wynn TA. Protective and pathogenic functions of 肿瘤防治研究 2015年第 42卷

22、第 11期 Cancer Res Prev Treat,2015,Vol.42,No.11 1168macrophage subsetsJ. Nat Rev Immunol, 2011, 11(11): 723-37.4 Germano G, Frapolli R, Belgiovine C, et al. Role of macrophage targeting in the antitumor activity of trabectedinJ. Cancer Cell, 2013, 23(2): 249-625 Sica A, Mantovani A. Macrophage plastic

23、ity and polarization: In vivo veritasJ. J Clin Invest, 2012, 122 (3): 787-956 Hao NB, Lu M H, Fan YH, et al. Macrophages in tumor microenvironments and the progression of tumorsJ. Clin Dev Immunol, 2012, 2012: 9480987 Coffelt SB, Tal AO, Scholz A, et al. Angiopoietin-2 regulates gene expression in T

24、IE2-expressing monocytes and augments their inherent proangiogenic functionsJ. Cancer Res, 2010, 70(13): 5270-808 Dalton HJ, Armaiz-Pena GN, Gonzalez-Villasana V, et al. Monocyte subpopulations in angiogenesisJ. Cancer Res, 2014, 74(5): 1287-939 Liao Q, Zeng Z, Guo X, et al. LPLUNC1 suppresses IL-6-

25、induced nasopharyngeal carcinoma cell proliferation via inhibiting the Stat3 activationJ. Oncogene, 2014, 33(16): 2098-10910 Movahedi K, Laoui D, Gysemans C, et al. Different tumor microenvironments contain functionally distinct subsets of macrophages derived from Ly6C (high) monocytesJ. Cancer Res,

26、 2010, 70 (14): 5728-3911 Qian BZ, Li J, Zhang H, et al. CCL2 recruits inflammatory monocytes to facilitate breast-tumour metastasisJ. Nature, 2011, 475(7355): 222-5.12 Sierra-Filardi E, Nieto C, Dominguez-Soto A, et al. CCL2 shapes macrophage polarization by GM-CSF and M-CSF: Identification of CCL2

27、/CCR2-dependent gene expression profileJ. J Immunol, 2014, 192(8): 3858-67.13 Kobayashi N, Miyoshi S, Mikami T, et al. Hyaluronan deficiency in tumor stroma impairs macrophage trafficking and tumor neovascularizationJ. Cancer Res, 2010, 70(18): 7073-8314 Gocheva V, Wang HW, Gadea BB, et al. IL-4 ind

28、uces cathepsin protease activity in tumor-associated macrophages to promote cancer growth and invasionJ. Genes Dev, 2010, 24(3): 241-5515 Gil-Bernab AM, Ferjancic S, Tlalka M, et al. Recruitment of monocytes/macrophages by tissue factor-mediated coagulation is essential for metastatic cell survival

29、and premetastatic niche establishment in miceJ. Blood, 2012, 119(13): 3164-75.16 Solinas G, Schiarea S, Liguori M, et al. Tumor-conditioned macrophages secrete migration-stimulating factor: A new marker for M2-polarization, influencing tumor cell motilityJ. J Immunol, 2010, 185(1): 642-5217 Casazza

30、A, Laoui D, Wenes M, et al. Impeding macrophage entry into hypoxic tumor areas by Sema3A/Nrp1 signaling blockade inhibits angiogenesis and restores antitumor immunityJ. Cancer Cell, 2013, 24(6): 695-70918 Hiratsuka S, Ishibashi S, Tomita T, et al. Primary tumours modulate innate immune signalling to

31、 create pre-metastatic vascular hyperpermeability fociJ. Nat Commun, 2013, 4: 1853.19 Hiratsuka S, Goel S, Kamoun WS, et al. Endothelial focal adhesion kinase mediates cancer cell homing to discrete regions of the lungs via E-selectin up-regulationJ. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011, 108(9): 3725-3020

32、 Eubank TD, Roda JM, Liu H, et al. Opposing roles for HIF-1 and HIF-2 in the regulation of angiogenesis by mononuclear phagocytesJ. Blood, 2011, 117(1): 323-32.21 Zaynagetdinov R, Sherrill TP, Polosukhin VV, et al. A critical role for macrophages in promotion of urethane-induced lung carcinogenesisJ

33、. J Immunol, 2011, 187(11): 5703-1122 Gordon S, Mantovani A. Diversity and plasticity of mononuclear phagocytesJ. Eur J Immunol, 2011, 41(9): 2470-223 Laoui D, van Overmeire E, di Conza G, et al. Tumor hypoxia does not drive differentiation of tumor-associated macrophages but rather fine-tunes the M

34、2-like macrophage populationJ. Cancer Res, 2014, 74(1): 24-3024 Yi L, Xiao H, Xu M, et al. Glioma-initiating cells: a predominant role in microglia/macrophages tropism to gliomaJ. J Neuroimmunol, 2011, 232(1-2): 75-82.25 Yang J, Liao D, Chen C, et al. Tumor-associated macrophages regulate murine bre

35、ast cancer stem cells through a novel paracrine EGFR/Stat3/Sox-2 signaling pathwayJ. Stem Cells, 2013, 31 (2): 248-58.26 Okuda H, Kobayashi A, Xia B, et al. Hyaluronan synthase HAS2 promotes tumor progression in bone by stimulating the interaction of breast cancer stem-like cells with macrophages an

36、d stromal cellsJ. Cancer Res, 2012, 72(2): 537-4727 Cieslewicz M, Tang J, Yu JL, et al. Targeted delivery of proapoptotic peptides to tumor-associated macrophages improves survivalJ. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013, 110(40): 15919-24.28 Mok S, Koya RC, Tsui C, et al. Inhibition of CSF-1 receptor impr

37、oves the antitumor efficacy of adoptive cell transferimmunotherapyJ. Cancer Res, 2014, 74(1): 153-6129 Ries CH, Cannarile MA, Hoves S, et al. Targeting tumor-associated macrophages with Anti-CSF-1R antibody reveals a strategy for cancer therapyJ. Cancer Cell, 2014, 25(6): 846-5930 Shime H, Matsumoto

38、 M, Oshiumi H, et al. Toll-like receptor 3 signaling converts tumor-supporting myeloid cells to tumoricidal effectorsJ. Proc Natl Acad Sci U S A, 2012, 109(6): 2066-7131 Zhang X, Tian W, Cai X, et al. Hydrazinocurcumin encapsuled nanoparticles “re-educate” tumor-associated macrophages and exhibit an

39、ti-tumor effects on breast cancer following STAT3 suppressionJ. PLoS One, 2013, 8(6): e65896.32 Rolny C, Mazzone M, Tugues S, et al. HRG inhibits tumor growth and metastasis by inducing macrophage polarization and vessel normalization through downregulation of PlGFJ. Cancer Cell, 2011, 19(1): 31-44编辑 ：周永红； 校对 ：尤婷婷