肿瘤相关巨噬细胞研究进展论文
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・综述・
肿瘤相关巨噬细胞研究进展
王正林孔繁学胡祥
作者单位:116011大连医科大学附属第一医院胃肠外科(王正林、胡祥),眼科(孔繁学);200032上海,复旦大学附属中山医院普外科(王正林)王正林和孔繁学为共同第1作者通信作者:胡祥,Email:wzl7623@163.com
DOI:10.3760/cma.j.issn.1001-9030.2016.02.084
【摘要】肿瘤微环境浸润的巨噬细胞称作肿瘤相关巨噬细胞(TAMs),是肿瘤微环境当中重要的细胞成
分。TAMs可以分泌多种细胞因子,以近分泌、旁分泌的作用发挥着复杂的生物学效用,参与了肿瘤的侵袭转移、血管新生和免疫抑制等病理过程。本文阐述TAMs的特征及其在癌症当中作用机制及其研究进展,为癌症治疗提供了新的方向。
【关键词】肿瘤相关巨噬细胞;癌症
Theresearchprogressionoftumor—associatedmacrophages
WangZhenglin,KongFanxue,HuXiang
DepartmentofGastroenterologiealJs¨rge可,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedwalUniversity,Dalian116011,
China(WangZL,Hux);DepartmentofOphthalmology,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116011,China(KongFX);DepartmentofGeneralSurgery,ZhongshanHospital,FudanUniversity,Shanghai200032,China(WangZL)
WangZhenglinandKongFanxuearethefirstauthorswhocontributedequallytothearticleCorrespondingauthor:HuXiang,Email:wzl7623@163.tom
calledtumor—associatedmacrophages【Abstract】Macrophagesinfiltratingthetumormicroenvimnment
are
(TAMs),which
arc
veryimportant
cellularcomponentsinthetumormicroenvironment.TAMssecrete
a
variety
ofcy.
tokinesandplaycomplexbiologicalrolesthroughjuxtacrineandparacrinesignalingandparticipatepathologicalproces-
sesinvolvedintumor
invasion,metastasis,angiogenesisandimmunesuppression.ThisarticledescribestheTAMscharacteristicsanditsprogressin
cancer
research,whichprovides
Cancer
a
noveldirectionfor
cancertreatment.
【Keywords】Tumor—associatedmaerophages;
肿瘤微环境浸润的巨噬细胞被称作肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)。实体肿瘤不仅包括肿瘤细胞成分,肿瘤组织当中还有相当多的其他非肿瘤细胞成分,这些细胞成分构成了所谓肿瘤微环境,在肿瘤的浸润、增殖和转移中发挥重要的作用。肿瘤微环境中包含多样细胞成分,有组织本身固有的脂肪细胞、成纤维细胞,也有血源性细胞成分,包括巨噬细胞、中性粒细胞和肥大细胞等炎性细胞,这些血源性细胞在肿瘤的进展、侵袭和转移中发挥重要作用。1引。TAMs在肿瘤微环境中发挥多项功能,包括分泌金属基质蛋白酶消化细胞外基质促进肿瘤细胞浸润迁移,分泌多种生长因子及血管生成因子促进肿瘤增殖,
达IL・10和精氨酸酶(ARG),M1型巨噬细胞发挥抗原递呈作用,激活其他免疫细胞,在获得性免疫中发挥效用¨J,这一类巨噬细胞通常情况是在肿瘤坏死因子.Ot(TNF一仪)和细菌脂多糖(LPS)的诱导下发挥杀肿瘤、消灭病原微生物等细胞杀伤效应。相反,替代途径活化型巨噬细胞,即M2型巨噬细胞发挥调节作用,在IL_4或IL一13的刺激下,保持着较低水平的抗原递呈能力,主要分泌抑制性的细胞因子,如转化生长因子一B1(TGF-p1)和IL.10-6J,合成分泌精氨酸酶,产生鸟氨酸,在组织愈合过程和肿瘤发生中发挥重要作用一…。目前有学者进一步将M2型巨噬细胞分成3类:(1)M2a型:激活辅助性T细胞2(Th2)型免疫应答,参与炎性反应和过敏反应;(2)M2b型:主要参与体液免疫;(3)M2c型:主要介导免疫调控,参与组织修复。
肿瘤组织中同时存在着M1和M2两种亚型的TAMs,在肿瘤的进展过程中,M1型TAMs逐渐向M2型极化,最终肿瘤组织中以M2型起主导作用¨11…,M2型TAM的浸润是肿瘤预后的不利因素¨“。目前抗肿瘤治疗研究主要聚焦在M2型上。
二、TAMs与肿瘤增殖及侵袭
TAMs参与多种肿瘤的发生、发展,在肿瘤侵袭转移、血管新生和肿瘤免疫抑制中发挥重要效应¨。”1。当肿瘤组织中的巨噬细胞被激活后,产生多种促血管新生因子,促进血管新生¨“,其中包括酸性成纤维细胞生长因子(aFGF)、碱性成纤维
分泌抑制性细胞因子抑制机体肿瘤免疫等,同时可以通过CXC
趋化因子配体1(CXCLI)到CXC趋化因子配体8(CXCL8)多种趋化因子发挥血管生成的效应,这些趋化因子共同作用于CXC趋化因子受体2(CXCR2)受体发挥作用旧o。由此可见巨噬细胞在肿瘤微环境中发挥着重要作用。
一、巨噬细胞特征
在固有免疫中巨噬细胞发挥着巨大的作用,巨噬细胞表型具有多样性,可以与多种微环境中的信号分子相互作用。目前研究根据巨噬细胞的表型将其分为M1型和M2型MJ。经典途径活化型巨噬细胞,即M1型巨噬细胞通常高表达白细胞介素(IL)一12和主要组织相容性复合物类分子H(MHCII),而低表
万方数据
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细胞生长因子(bFGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、粒细胞集
落刺激因子(GM—CSF)、转化生长因子一Ot(TGF一0【)、胰岛素样生
长因子一l(IGF-1)、血小板源性生长因子(PDGF)等;而肿瘤细胞也分泌大量细胞因子,如TNF.0【、IL-1、IL-6、IL.8、P物质
(substanceP)、前列腺素-E(PGE)等来诱导活化巨噬细胞,使后
者分泌多种基质蛋白酶消化细胞外基质产生肿瘤侵袭的作用。TAMs与乳腺癌患者临床分期、血管浸润、肿瘤大小、淋巴结转移和人类表皮生长因子受体.2(Her.2)的表达相关”5。”J。郑浩等。171分别利用IL-d和LPS激活巨噬细胞产生替代途径和经典途径的巨噬细胞,与肠癌细胞HT29共同培养后,结果显示替代途径的巨噬细胞能增强肿瘤细胞的增殖、迁徙能力,经典激活途径的巨噬细胞能增加肿瘤细胞的凋亡。
上皮.间充质转化(EMT)使得肿瘤细胞具备间质细胞特点,转化了的肿瘤细胞具备肿瘤干细胞特征。在EMT过程中,波形蛋白(Vimentin)、N一钙黏着蛋白(N—cadherin)等间质表型相关因子表达增加,E.cadherin、纤维连接蛋白(Fibronectin)等上皮表型相关因子表达下降。最近研究表明TAMs的促炎特性有益于维持组织细胞干性特征。TAMs通过cDgo配体介导,与肿瘤干细胞表面CD90直接相互作用、锚定后激活蛋白激酶c(PKC)、核因子-KB(NF-KB),诱导Wnt、酪氨酸激酶(Src)通路激活,使相应细胞因子IL-6、IL.8和巨噬细胞集落刺激因子(M.CSF)分泌增加,产生所谓近分泌效应,对肿瘤微环境进行改造,使肿瘤细胞维持干性特征‘1“。这种具有干性特征的肿瘤细胞往往发生EMT转换,促使肿瘤细胞向远处转移¨8。”1。通过体外细胞迁徙、划痕实验及体内成瘤实验分别证实TAMs也可以通过分泌TGF.8l途径诱导肿瘤细胞EMT,使其维持干性特征。促进肝癌细胞增殖、侵袭和转移能力¨…。
TAMs通过分泌促炎性细胞因子,如TNF-仅、IL-6和IL-11激活NF—KB和信号传导与转录激活因子3(STAT3)的抗凋亡效应,促进肝癌、胃癌和肺癌细胞的增殖m。在胃癌细胞株中,TAMs通过CD90与其受体结合,诱导NF-KB激活,进而激活Wnt信号通路,调节B一连环蛋白(IB-catenin)DNA结合活性,维持肿瘤细胞的干J陛特征,发挥促进肿瘤增殖作用旧“。
TAMs促进肿瘤作用亦可以通过免疫途径。TAMs分泌IL.10还可以负性调节髓系细胞产生IL一12的量,以间接方式促进Tld细胞的分化,进而上调IL4和IL.13的量,促进肿瘤增殖。TAMs通过分泌ARGI直接对T细胞产生抑制效用:ARGl限制T细胞对L一型精氨酸的利用,抑制了T细胞的代谢,从而抑制T细胞免疫活性。TAMs通过其表面的抑制性分子B7家族,程序性死亡配体(PD—L1)与T细胞表面程序化死亡分子.1(PD.1)分子相互作用,诱发T细胞凋亡,抑制抗肿瘤免疫,促进肿瘤细胞增殖、侵袭B…。
M.CSF或集落刺激因子l(CSFI)是巨噬细胞分化和募集过程中重要的细胞因子。M-CSF与表皮生长因子(EGF)之间相互作用,两者以旁分泌方式在肿瘤细胞与巨噬细胞之间建立正反馈环路:肿瘤细胞产生M—CSF促使巨噬细胞表达EGF,而EGF反过来刺激肿瘤细胞增殖和侵袭,同时刺激肿瘤细胞表达M.CSF,这种正反馈的环路在肿瘤的浸润生长和转移中发挥重要作用。实验研究表明可以通过阻断表皮生长因子受体(EGFR)或者阻断巨噬细胞集落刺激因子受体(M.CSFR)信号通路来打破这一正反馈环路来阻断肿瘤细胞或巨噬细胞的迁移和浸润,达到抗肿瘤治疗目的。2…。然而也有少数结果相反报
万方数据
道:在结直肠癌中TAMs浸润却是肿瘤预后的保护因素一’”J。此种结果可能原因如下:(1)不同肿瘤中浸润TAMs的特点不尽相同,即使同一肿瘤的不同区域浸润的TAMs功能、表型可能也会有差异;(2)研究中采用的是TAMs总数进行评估,没有进行TAMs亚型分析,而实际上只有M2型巨噬细胞浸润,或者说M1/M2型的比例才可能是肿瘤的不良预后因素;(3)这些回顾性实验本身的局限性,样本量的限制、采取的检测手段、阳性表达临界值的界定等都可能会使结果产生偏倚,导致了一些相悖的结论。
三、TAMs与抗肿瘤治疗
鉴于活化的TAMs具有促进肿瘤生长、调节肿瘤微环境重构等作用,使得TAMs成为抗癌治疗的热门靶点之一。24o。在肿瘤微环境中确定TAMs是治疗肿瘤的关键因素,但是目前TAMs还没有通用的分子标志,一般采用CD68作为通用的巨噬细胞标志物来鉴定肿瘤组织中的TAMs拉“。鉴定TAM标志物在抗肿瘤治疗中至关重要,基因筛查结合临床病理特点分析显示清道夫受体CDl63或甘露糖受体CD206的表达可以作为M2表型来预测肿瘤预后,CDll表达可以标记M1型细胞。这些表面标志物的探索作为CD68分子很好的补充,为临床抗肿瘤治疗提供新的方向。体内实验证实TAMs剔除后可以有效抑制小鼠移植瘤的生长ⅢJ。应用CDllb的中和抗体可以有效抑制移植瘤小鼠放疗后的肿瘤复发。2“。
近年来,针对肿瘤细胞自噬现象的研究渐渐成为该领域的一大热点,然而间质细胞的白噬研究却鲜有报道,邵乐宁等。28。采取体外实验证实利用雷帕霉素上调TAMs的自噬状态可显著促进大肠癌细胞的凋亡,提高大肠癌细胞的放射敏感性,为抗肿瘤治疗提供了新的思路。
基于TAMs需要被募集到肿瘤微环境中才能发挥病理效应,阻断这一过程中的信号分子很可能实现抗肿瘤的效果。研究证实肿瘤细胞在原癌基因激活后可以表达CSFl和CC类趋化因子配体2(CCL2),两者是主要的髓系细胞募集因子。Leuschner等∽1设计包含针对单核细胞CC类趋化因子受体2(CCR2)基因的小干扰RNA(siRNA)纳米颗粒导入淋巴瘤移植瘤模型,可以有效减少肿瘤细胞中TAMs数量。Mitchem等。26o利用CCR2抑制剂在小鼠胰腺癌移植瘤模型中成功降低了TAMs在肿瘤中的募集。针对CCL2抗体干预后的乳腺癌,阻断TAMs在其原发灶及转移灶中的聚集后可以明显抑制肿瘤生长及延长生存期㈣J,令人遗憾的是,一旦巾断治疗后,疗效会迅速反弹,肿瘤很快复发,原因可能是抗CCL2治疗后,肿瘤细胞会代偿性的增加CCI.2的生产及利用。这一现象说明仅依赖阻止巨噬细胞募集来抗肿瘤治疗,其疗效很难持久,下一步治疗策略需聚焦TAMs功能阻断及细胞毒性药物联合应用。
研究结果表明CSFl由肿瘤细胞分泌,其募集表达CSFl受体(CSFlR)的巨噬细胞。抑制CSF—CSFR可以降低肿瘤组织中TAM浸润,提高肿瘤的化疗敏感性,是抗肿瘤治疗中一个新的策略【24川。在小鼠黑色素瘤模型中,应用CSFlR抗体后仅仅减少组织内的巨噬细胞,减少了肿瘤内TAMs浸润。这一实验证实了CSFlR信号通路只对组织定植巨噬细胞产生影响,而不会干扰体内单核细胞正常发育l”。。Denardo等¨6J和Dijkgraaf等‘33。报道在小鼠乳腺癌移植瘤模型中采用小分子化合物PLX一3397阻断巨噬细胞集落刺激因子受体1(CSFRl)、c—Kit和血小板衍生生长因子受体(PDGFR)信号通路,从而提高化疗药
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物的敏感性,前期临床试验显示该化合物可以减少血循环游离
肿瘤细胞数、抑制原发瘤生长。采用该化合物阻断实体肿瘤募集TAMs并与传统化疗药物相结合来治疗转移性乳腺癌的早期临床实验(NCT01004861和NCT01596751)正在进行,结果令人期盼。
四、TAMs极化的相关研究
巨噬细胞是肿瘤微环境当中最丰富的细胞成分,与肿瘤细胞不同的是,巨噬细胞的基因表达更稳定,所以采取针对巨噬细胞作为靶点治疗肿瘤具有很大的可行性。研究显示Ml样巨噬细胞合成表达大量炎性细胞因子,比如IL-12、TNF、IL-6和IL.1ⅢJ。肿瘤的发生发展过程中,Ml型和M2型的巨噬细胞发生着动态的变化,某些肿瘤的进展伴随着M1向M2型的转化”“。M2型巨噬细胞与肿瘤生长浸润相关,是肿瘤预后的不良因素‘36训。
Zhang等”副通过免疫组织化学分析了180例胃癌手术切除组织芯片,采取通用标志物CD68标记TAMs,CDllc标记Ml型巨噬细胞,CD206标记M2型细胞,结果发现CD68不能预测患者预后,而低表达CDllc的胃癌患者更容易发生淋巴结转移,高表达CD206的胃癌患者与组织分化差相关,进一步多因素分析显示CDllc低表达和CD206高表达是胃癌患者的独立危险因素,该结果证实了TAMs的极化状态才是胃癌患者的独立预后因素。
儿茶酚胺类物质广泛参与机体生理活动,其分解代谢关键酶是单胺氧化酶-A(MAO—A)。很多恶性肿瘤中MAO.A活性下降,导致局部单胺类物质聚集,研究表明单胺类物质可抑制巨噬细胞的抗肿瘤免疫。MAO.A下调的胆管细胞癌细胞与巨噬细胞共培养后,可诱导M2型极化,其分泌促炎因子TNF.“、IL.1及IL-12显著下降,PD.L1表达明显升高,IL一10分泌明显升高;与此相反,上调MAO.A后可以可诱导巨噬细胞向M1型极化,促进肿瘤细胞坏死和凋亡mJ。
五、展望
肿瘤微环境中,TAMs对肿瘤的进展发挥着复杂、多样效应,其作用具有空间、时间异质性,不同类型巨噬细胞可以动态转化,在肿瘤发展的不同阶段,TAMs的表型功能转换很可能调节肿瘤的进一步进展或者是被宿主免疫清除,但是TAMs究竟在何种条件、何种时相发挥病理作用目前还不甚清楚。针对TAMs靶向、诱导肿瘤微环境重构的抗肿瘤免疫治疗为抗癌治疗打开了全新的视野,大规模的临床实验验证结果令人期待。
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(收稿13期:2015-09-21)
tat苫eting
cancer
cellsand
tumor-associatedmacrophages[J].Mol
・读者・作者・编者・
作者投稿时,原稿中若有图示,每幅图表应单占l页,集中附于文后,分别按其在正文中出现的先后次序连续编码。每幅图应关于表格,建议采用三横线表(顶线、表头线、底线),如遇有合计和统计学处理内容(如t值、P值等),则在此行上面加一条分本刊编辑部
万方数据
[30]Bonapace
本刊对图表的要求
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头)请用另纸标上,不要直接写在照片上。每幅图的背面应贴上标签,注明图号、方向及作者姓名。若刊用人像,应征得本人的书面同意,或遮盖其能被辨认出系何人的部分。大体标本照片在图内应有尺度标记。病理照片要求注明染色方法和放大倍数。图表中如有引自他刊者,应注明出处。电子版投稿中图片建议采用JPG格式。
界横线;表内数据要求同一指标有效位数一致,一般按标准差的1/3确定有效位数。