巨噬細胞：腫瘤免疫治療的新熱點

16 4 月, 2023

免疫療法被認為是治療癌症最有前途的療法。各種腫瘤免疫療法，包括過繼細胞免疫療法、腫瘤疫苗、抗體、免疫檢查點抑制劑和小分子抑制劑，都取得了一定的成功。巨噬細胞是埃利．梅奇尼科夫(Elie Metchnikoff)最初發現的一種清除外來病原體的吞噬細胞，近年來逐漸被認為是用於腫瘤免疫治療的細胞。鑒於它們在當前治療策略中的積極作用，它們已成為改進癌症治療的潛在靶標。本文小編將對巨噬細胞的相關特性和策略做一個簡單概述。

巨噬細胞的發育和分化

現在人們普遍認為，組織中的巨噬細胞和外周血中的單核細胞都被歸類為單核吞噬系統(MPS)。這一概念已經發展了很長一段時間，目前的版本考慮了細胞的起源、形態、功能和動力學。在MPS中，巨噬細胞起源於骨髓幹細胞，其發育經歷粒-單核祖細胞、前單核細胞和成熟單核細胞三個階段。單核細胞進入各種組織後，分化為巨噬細胞。單核細胞減少的患者，其巨噬細胞並沒有相應減少，這些現象表明巨噬細胞可能來自單核細胞以外的其他來源。根據對小鼠模型的研究，巨噬細胞可能至少有四個來源（圖1）：(1)來自卵黃囊的F4/80巨噬細胞，主要存在於肝、脾、肺、腦、胰腺和腎等組織；(2)來自骨髓的F4/80巨噬細胞，並在成熟階段發育為Ly6C+單核細胞；(3)來自胎肝的朗格漢斯細胞；(4)少數研究表明，少數腫瘤相關巨噬細胞可能來自髓外造血，尤其是脾臟。

圖1.巨噬細胞發育和分化

無論巨噬細胞起源於何處，巨噬細胞集落刺激因子1受體(CSF1R)是誘導其分化的關鍵受體。CSF1和IL-34是CSF1R的兩個配體。這兩個因素以不同的方式發揮作用。據報導，肝、脾或骨髓中的巨噬細胞通常受CSF1介導的信號調節，而IL-34則主導腦中巨噬細胞的發育。鑒於CSF1R的重要性，其抑制劑經常用於科學研究以耗盡巨噬細胞。此外，Sfpi1的缺失可能導致CD11b+F4/80+巨噬細胞的完全耗盡。Sfpi1是髓系發育中的先驅轉錄調節因子。Sfpi1的表達差異決定了Ly6嵌合細胞向iNOS+巨噬細胞或單核細胞來源的樹突狀細胞的分化。

巨噬細胞廣泛分布於各種組織中。存在於特定組織中的巨噬細胞按其組織位置可分為肝臟中的Kupffer細胞、腦中的小膠質細胞、骨組織中的破骨細胞、肺中的肺泡巨噬細胞、腎臟中的系膜細胞和淋巴中的被膜下巨噬細胞等。不同組織中的巨噬細胞具有不同的轉錄和表達譜。

根據表型和功能，巨噬細胞可以地分為M1(促炎，經典激活的巨噬細胞)和M2(抗炎，交替激活的巨噬細胞)類型(圖2)。

图2. 巨噬细胞分类

干擾素-γ、脂多糖、TNF-α或粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子可誘導M1巨噬細胞，進而激活Toll樣受體信號通路。它們在清除病原體和腫瘤細胞方面起著積極的作用。一方面，M1巨噬細胞表達高水平的抗原提呈MHC複合物，加速了獲得性免疫反應的激活。另一方面，它們通過產生一氧化氮、活性氧和活性氮直接作用於靶細胞。此外，M1巨噬細胞通過分泌細胞因子如TNF-α、IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-18和IL-23來促進炎症反應。

M2巨噬細胞可被多種細胞因子誘導，如IL-4、IL-13、糖皮質激素、M-CSF/CSF1、IL-10、IL-33、IL-21和TGF-β。伴隨著精氨酸酶途徑產生的多胺和鳥氨酸的增加，IL-10、PGE2、TGF-β的高分泌和IL-12的低分泌，它們是清除寄生蟲和動態平衡的主要參與者，如組織重塑和再生、傷口癒合和抗炎。當M2巨噬細胞進一步發育時，它們被細化為M2a、M2b、M2c和M2d亞群。

腫瘤相關巨噬細胞(TAMs)通常是腫瘤中髓系細胞的主要組成部分。對於某些實體腫瘤，TAMs可以來自幾個來源：來自卵黃囊的殘餘巨噬細胞，作為主要補充的浸潤巨噬細胞從骨髓/Ly6C+循環單核細胞招募，以及少數來自脾臟。在大多數已建立的腫瘤中，TAMs傾向於被認為是M2型的巨噬細胞，因為它們具有M2巨噬細胞的大多數代表性特性，轉錄組分析表明，TAMs更類似於胎兒巨噬細胞，而不是炎性巨噬細胞。然而，然而，由於巨噬細胞是可塑性的，也有證據表明TAMs實際上既有M1和M2的表達模式，也有與M1和M2巨噬細胞不同的表達模式。已有研究表明，M1巨噬細胞可能通過創造誘變的微環境來誘導腫瘤的發生，而M2巨噬細胞則促進腫瘤的進展，並認為TAMs可能兼具促腫瘤和抑瘤作用，這使得TAMs成為腫瘤治療的潛在靶點。

巨噬細胞典型markers

小鼠巨噬細胞主要表達CD11b、F4/80和CSF1R，在人類中則表達CD79、CD163、CD16、CD312和CD115等經典markers。M1巨噬細胞為了呈遞抗原和激活適應性免疫反應，經常表達高水平的MHCⅡ類分子和共刺激分子，如CD40、CD80和CD86，而M2巨噬細胞則含有上調的終末分子。極化的巨噬細胞產生不同類型的趨化因子。CXCL9、CXCL10、CXCL11和CCL5通常由M1巨噬細胞分泌以招募Th1、Th17和細胞毒性T細胞，而CCL2、CCL17、CCL18、CCL22和CCL24通常是由M2巨噬細胞分泌的。

巨噬細胞在腫瘤中的功能

巨噬細胞通過分泌各種因子和影響其他免疫細胞，不僅在慢性炎症中發揮作用，而且還能啟動、促進或抑制癌症的發展。鳥氨酸、血管內皮生長因子、表皮生長因子和TGF-β是來自巨噬細胞的促腫瘤因子，而巨噬細胞中誘導一氧化氮合酶產生的一氧化氮可以抑制腫瘤生長。巨噬細胞已被證明直接或間接地參與惡性腫瘤的幾個關鍵特徵，包括血管生成、侵襲、轉移、腫瘤微環境的調節和治療耐藥性(圖3)。

圖3.巨噬細胞在腫瘤中的功能

巨噬細胞靶向策略

在腫瘤免疫治療中，靶向巨噬細胞有幾個優點。低浸潤是以T細胞為基礎的抗癌治療的主要障礙，而在腫瘤微環境中，巨噬細胞佔據了浸潤免疫細胞的30-50%。循環中的單核細胞是腫瘤中浸潤巨噬細胞的主要來源，而外周血單核細胞的可獲得性使臨床上採用以巨噬細胞為基礎的治療策略變得更容易操作。

目前針對巨噬細胞的策略根據它們的靶標被分為六類（圖4）。

抑制巨噬細胞募集；單核/巨噬細胞表面的CCR2、CCR5、VEGFR、CSF1R、ITGA4和C5a等分子有助於巨噬細胞向腫瘤的浸潤。針對它們或它們的某些配體(如CCL2、CCL5、VEGF和CSF1)的抑制劑或抗體可以抑制巨噬細胞的募集。靶向Nrp1和ANG2導致的血管生成減少也可能導致巨噬細胞募集的減少。

巨噬細胞存活率下降：由於CSF1是巨噬細胞分化的關鍵信號，CSF1抑制劑可抑制巨噬細胞的形成。曲貝替丁還可以通過誘導凋亡來降低巨噬細胞的存活率。針對清道夫受體A或葉酸受體β的免疫毒素可以耗盡TAMs。

抑制促腫瘤功能；據報導，TIM-3封閉抗體可調節TAMs的激活。通過抑制血管生成，抗VEGF、抗VEGFR和酪氨酸激酶抑制劑可以削弱TAMs的前列腺癌功能。TAMs通過表達IDO、血紅素加氧酶、精氨酸酶、TGF-β、IL-10、前列腺素等參與免疫抑制微環境的形成。阿司匹林可以減少前列腺素的生成。阻斷巨噬細胞上的免疫檢查點(PD-L1、PD-L2、B7-H4、Vista、B7-1和B7-2)可以解除其他免疫細胞的功能。

解除巨噬細胞上的blockade。腫瘤細胞表面的CD47與巨噬細胞表面的Sirpα相互作用，幫助腫瘤細胞逃避巨噬細胞的吞噬。抗CD47或Sirpα抗體可解除這一阻斷。

表型極化的誘導：越來越多的人認識到，巨噬細胞重新編程，而不是一刀切地耗盡，可能是在癌症治療中利用TAMs的更好方法。事實上，一些臨床前研究表明，TAMS可以被重新編程以獲得免疫刺激能力，例如，增強ICB和其他免疫療法的療效。TAMs的M1極化與抗腫瘤反應有關，M2極化與促腫瘤活性有關。幾種因素可以誘導M1極化，包括干擾素γ、CD40激動劑、PI3Kγ/mTOR/DICER抑制劑、TLR4/7/8/9激動劑、蛋氨酸亞碸、組蛋白去乙酰化酶(Hdac)抑制劑以及巨噬細胞膠原結構受體抗體(Marcos)。相反，抑制M2極化的因素，如CSF1R抑制劑、GPR132抑制劑、MEK/STAT3抑制劑、以及IL-4、IL-4Rα和IL-13抗體，也可以減輕腫瘤負擔。

效應細胞的修飾：類似CART細胞的嵌合抗原受體巨噬細胞(CAR-Ms)已被用於增強殺瘤功能。CAR-Ms具有克服細胞療法在實體腫瘤環境中遇到的一些關鍵挑戰的潛力，並代表了一種可廣泛應用於各種腫瘤抗原靶點的新型免疫治療平臺。工程化的單核細胞來源的巨噬細胞結合了髓系細胞的腫瘤轉移能力、永久的促炎M1表型、CAR介導的靶向抗腫瘤活性和專業的抗原提呈，從而建立了多模式的抗腫瘤反應，目前已經探索了基於CD19、HER2和間皮素等靶點的CAR-Ms。今年的2月份，Carisma Therapeutics公司完成基於HER2靶點的CAR-M療法首例給藥，這標誌CAR-M療法正式進入臨床階段。