司少艳，解放军第306医院，特种医学中心
肿瘤微环境是指肿瘤组织局部肿瘤细胞生长的内环境，由肿瘤细胞本身、间质细胞、免疫细胞、微血管以及细胞间质、组织液和浸润其中的生物分子等共同组成。肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAM）是浸润在肿瘤组织中的巨噬细胞，是肿瘤微环境中最多的免疫细胞，可以分泌多种细胞因子，在肿瘤发生的初期，能够识别并清除肿瘤细胞，但随着肿瘤的发生发展，又对肿瘤的生长、侵袭、转移起着关键作用。在肿瘤的发生发展中TAM发挥着“双刃剑”的作用。
单核-巨噬细胞
2．巨噬细胞的极化
受肿瘤微环境细胞因子的影响，巨噬细胞分化为不同类型的TAM，主要分为M1型和M2型，巨噬细胞向M1型和M2型分化的过程被称之为极化。
2.1M1型TAM
自然杀伤细胞（NK）、辅助性T细胞（helper T cell，Th）1细胞等释放的干扰素-γ（Interferon gamma，IFN-γ）、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（Granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）或细菌脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）均能够活化巨噬细胞，使之形成M 1型巨噬细胞，此过程称之为巨噬细胞的经典激活途径。M1型巨噬细胞的主要特点是高表达白细胞介素-12（Interleukin-12，IL-12）和IL-23，产生一氧化氮（NO）、活性氧（Reactive oxygen species，ROS）等杀伤分子、多种促炎细胞因子（IL-1、IL-6、IL-13和TNF-α等）及趋化因子（CCL2、CCL3、CXCL-10等），高表达诱导型一氧化氮合成酶（Inducible NO synthase，iNOS）、CD86。高表达iNOS和膜蛋白CD86，以及分泌IL-12可以用于鉴定 M1型TAM。
2.2M2型TAM
Th2细胞和肿瘤细胞分泌的细胞因子IL-4、IL-10和转化生长因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β），以及维生素D3、M-CSF 和前列腺素E2（Prostaglandin E2，PGE2）则能够诱导巨噬细胞活化形成M2型巨噬细胞，此过程被称为巨噬细胞的替代激活途径。M2型 TAM分泌CCL17、CCL18、CCL20、CCL22、CCL24、CXCL-8、CXCL-9、CXCL-10等趋化因子，M-CSF、IL-4、IL-6、IL-10、IL-17、TGF-β等细胞因子和免疫抑制因子，生长因子如VEGF、PDGF、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF），以及基质重塑的酶类，如尿激酶型纤溶酶原激活物（Urokinase-type plasminogen activator，uPA）、基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinase，MMP）、组织蛋白酶等。Arg-1、CD206和DECTIN-1是M2型TAM的表型特征。根据活化因子类型的不同，M2型TAM又分为M2a、M2b、M2c三个亚型。
3 TAM的功能
浸润到肿瘤内的巨噬细胞TAM在肿瘤的发生发展中发挥着“双刃剑”的作用，M1型巨噬细胞具有杀伤肿瘤细胞的作用，而M2型巨噬细胞则表现为促进肿瘤生长。TAM的极化与肿瘤微环境密切相关，在长期肿瘤微环境的作用下，TAM主要表现为M2型，与肿瘤生长、发展、侵袭和转移密切相关。巨噬细胞向M1型和M2型的极化具有可逆性和可调节性。在肿瘤的各阶段，M1 型和 M2 型 TAM 均存在; 早期以M1 型为主，中晚期以 M2 型为主。随着肿瘤的进展，M1 型逐渐向 M2 型极化，M2 型 TAM 数量的增多也提示着预后不良。
3.1 M1型TAM发挥抗肿瘤作用
M1型TAM能释放多种促炎因子、免疫激活因子和趋化因子，通过急性促炎反应、免疫活化反应以及细胞吞噬功能，发挥抗肿瘤的作用：1）对肿瘤细胞的直接杀伤作用：M1型TAM通过细胞表型识别出不同于正常组织的肿瘤细胞，释放出NO、ROS等，直接消灭肿瘤细胞；2）抗体依赖的细胞毒作用（Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）： M1型TAM在结合于肿瘤细胞表面抗体的引导下，将肿瘤细胞杀死；3）诱导特异性免疫应答：M1型TAM通过向T细胞提呈抗原，激活特异性免疫应答，调节并促进Th1型细胞免疫应答，有效地清除肿瘤细胞。
3 M2型TAM促进肿瘤的发生发展
M2型TAM与肿瘤微环境的关系非常密切，肿瘤细胞培养的上清液可以诱导健康成人的单核细胞成熟并向 M2表型TAM分化，通过分泌免疫抑制因子、细胞因子和生长因子等，抑制T细胞的增殖和活化，调节并促进Th2型免疫应答，促进肿瘤细胞的生长、参与肿瘤血管新生和促进肿瘤的浸润和转移的作用。
3. 1 M2型TAM促进肿瘤细胞增殖
M2型TAM促进肿瘤细胞增殖主要分为直接促进和间接促进两种方式。首先，M2型TAM分泌细胞因子如IL-6、CXCL-8和 IL-10，直接促进肿瘤细胞的生长。其次，M2型TAM还能阻断iNOS 途径，减少NO的合成，促进多胺类物质的产生，进而促进肿瘤细胞的增殖。此外，M2型TAM分泌的IL-10、TGF-β能够抑制细胞毒性T淋巴细胞和NK细胞的激活，降低二者对肿瘤细胞的杀伤作用，间接促进肿瘤细胞的增殖。
3.2 M2型TAM参与肿瘤微环境血管新生
肿瘤新生血管为肿瘤细胞输送营养，对肿瘤细胞的生长至关重要，而M2型TAM在肿瘤血管新生过程中发挥重要作用。M2型TAM通过分泌VEGF、PDGF、IL-17等促进肿瘤细胞新生血管的形成。M2型TAM通过释放MMP-2、MMP-9等物质降解细胞外基质，促进血管内皮迁移，诱导血管新生。它还可以释放许多血管活性物质如P物质、血管通透因子（VPF）、前列腺素E（PGE）等增加血管的通透性，促进肿瘤的生长。
3.3
M2型TAM参与肿瘤细胞的浸润和转移
M2型TAM通过以下机制参与肿瘤细胞的浸润和转移：1）肿瘤血管内皮细胞基底膜的降解和损伤是导致肿瘤细胞浸润和转移的主要因素，M2型TAM可以通过分泌MMPs、组织蛋白酶和丝氨酸蛋白酶等，破坏内皮细胞的基底层和细胞间连接，调节细胞外基质的组成，促使肿瘤细胞的迁移。2）分泌诱导MMP表达和激活的细胞因子，特别是MMP-9 和uPA受体。3）MMP-7能够增强核因子κB受体激活蛋白配体（receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）的释放和激活，RANKL 具有促进肿瘤转移的作用，而TAM在肿瘤的缺氧区域可以上调 MMP-7的表达。4）诱导肿瘤细胞分泌 VEGF-C，促进肿瘤细胞的淋巴结转移和浸润，同时促进肿瘤微淋巴管的形成。
3.4 抑制免疫功能
M2型TAM介导的免疫抑制主要通过以下途径实现：1）抑制T细胞的活性。M2型TAM通过分泌IL-10、TGF-β等细胞因子，抑制正常抗原呈递诱导的T细胞活化，以及T细胞的免疫防御功能。并促进调节性T细胞（Regulatory T cell，Treg）的分化，而Treg通过干扰抗原提呈细胞（Antigen presenting cells，APC）活化T细胞的能力，和分泌IL-10、TGF-β等免疫抑制因子，发挥免疫负调控的作用。2）分泌一些趋化因子来募集那些无细胞毒功能的T细胞至肿瘤组织中。如TAM通过分泌的CCL-17、CCL-18、CCL20、CCL-22募集Treg，进而发挥免疫抑制作用。3）分泌前列腺素E2、MMP-7等介质，使肿瘤细胞发生免疫逃避，使T细胞无法识别和杀伤它，造成肿瘤细胞的无限增殖。
3.5 TAMs与肿瘤化疗多药耐药
肿瘤耐药是化疗治疗失败的主要原因，研究表明，TAMs与肿瘤细胞的耐药性具有密切联系，去除肿瘤间质中的TAMs细胞可使胰腺癌细胞增强对吉西他滨的敏感性，其原因可能是TAMs上调了胞嘧啶核苷脱氨酶的表达水平。有研究人员发现M2型TAM培养上清液能够阻止紫杉醇作用的肿瘤细胞凋亡，从而引起化疗耐药，其耐药机制的发生可能是通过IL-10/STAT3/Bcl-2信号转导通路，TAMs通过分泌IL-10引起抗凋亡基因Bcl-2表达增高，使肿瘤细胞产生耐药性。TAMs 通过持续产生促血管生成因子，产生紊乱的血管网络，而这种新生血管的通透性发生改变，能够延缓化疗药物向肿瘤组织弥散，而影响化疗药物的疗效。
4 以TAM为靶点的肿瘤治疗
针对TAM 的治疗方法主要有 2 种：一是要减少数量，包括减少肿瘤对 TAM 的募集和杀灭肿瘤局部的TAM；二是改变功能，包括诱导 TAM 重新分化和削弱其促肿瘤功能。
4. 1 针对 TAM 的募集
4. 1. 1 宾达利（ bindarit）
宾达利是一种吲唑类药物，可以阻止趋化因子MCP-1 和CCL-2的合成，从而减少 TAM 的募集。体内实验证明，宾达利可以减少 TAM 的浸润，其中给药组小鼠肿瘤局部的 TAM 较对照组小鼠减少一半以上。
4. 1. 2 GS-1101
GS-1101 是一种激酶 PI3K p110δ抑制剂。体外实验表明，M-CSF 结合 TAM 表面的 M-CSFR后，激活TAM，分泌趋化因子和细胞因子，从而募集更多的巨噬细胞。GS-1101 是M-CSF 结合 TAM 表面的 M-CSFR后，活化信号转导分子 PI3K p110δ的抑制剂，可以减少 M-CSF 导致的 TAM 浸润，并使细胞伪足数量大幅下降; 同时巨噬细胞对细胞外基质的浸润程度也受到抑制。
4. 1. 3 睡眠
除药物作用以外，睡眠也与 TAM 的聚集有关。实验者分别不断用小吸尘器打扰正常小鼠睡眠 1 周，然后向它们接种肿瘤细胞。与睡眠完整的小鼠比较，睡眠不足的小鼠 TAM 数量是睡眠完整的小鼠的 3 倍，同时肿瘤大小、重量及浸润程度均明显增大。这个实验提示我们拥有高质量睡眠在一定程度上也可以减少肿瘤的进展。
4. 2 抑制 TAM 存活
4. 4. 1 二磷酸盐
在体内，二磷酸盐通过内吞的方式进入细胞浆中，因此对内吞能力较强的细胞（ 如破骨细胞、巨噬细胞等） 具有较强的作用。氯膦酸盐和唑来膦酸都是二磷酸盐，它们可以用于抑制 TAM 生长。氯膦酸盐对巨噬细胞具有细胞毒性，应用氯膦酸盐可以使肿瘤体积减小，肿瘤生长受到抑制。唑来膦酸（ zoledronic acid）可以直接杀伤 TAM。
4. 4. 2 细菌
近来研究表明，有些细菌可以靶向破坏巨噬细胞。弗氏志贺杆菌（ Shigella flexneri） 通过靶向杀伤巨噬细胞从而感染机体，因此 Galmbacher 等希望能用这种机制减少 TAM 的含量。他们将弗氏志贺杆菌的减毒株注射到荷瘤小鼠体内，观察其是否可以选择性诱导巨噬细胞的凋亡。实验者在异体移植的乳腺癌小鼠以及自发患乳腺癌的 MMTV-HEＲ2 转基因小鼠静脉注射了减毒株。结果证明，减毒株确实可以靶向攻击 TAM，激活了TAM的caspase-1通路，导致了TAM的凋亡。
4. 3 诱导 TAM 从 M2 表型分化为 M1 表型
多项研究表明，M2 /M1 的比值与肿瘤的预后呈明显相关性，因此改变 M1 与 M2 细胞的比例对患者具有一定意义。除了诱导 TAM 向 M1 型分化以外，M2 型巨噬细胞也具有重新极化成 M1 型的潜能。NF-κB 的激活是诱导 TAM 向 M1 分化的重要因素之 一。目前广为人知的诱导药物有LPS和IFN-γ，它们通过NF-κB的激活，导致多种细胞因子和白介素的分泌，从而促使TAM向M1型发展。近年来科学家们又研究出新的药物诱导巨噬细胞的分型。Huang等证明，阳离子聚合物聚乙烯亚胺（peipolyethyleneimine，PEI）可以改变TAM的分化，并且促进IL-12的表达、减少IL-10的含量。富含组胺的糖蛋白（histidine-rich glycoprotein，HＲG）可诱导M2转变为M1，使肿瘤周围血管正常化，并激发抗肿瘤免疫。当实验者在肿瘤细胞中用转基因的方法使HRG过表达并培养17d后，可以发现肿瘤平均体积缩小为二分之一；同时肿瘤的重量和迁移指数也可减少至原来的一半以下。因此HRG是诱导TAM分化的有效药物之一。
4.4阻断M2型TAM的促肿瘤效应
TAM激活后，通过JAK2 /STAT3 信号通路，下调与炎症反应和肿瘤免疫相关基因的表达，抑制巨噬细胞的吞噬和杀伤能力，并且导致经过诱导的巨噬细胞不能刺激CD4 Th细胞分泌IL-2和IFN-γ，使CD8 CTL的不能增殖，从而抑制T细胞的增殖和抗肿瘤免疫反应。白藜芦醇的小分子类似物RSVA314和RSVA405均可有效阻断STAT3，从而减弱TAM的促肿瘤效应。
5. 小结和展望
大量的临床研究和基础研究提示TAM与肿瘤的发生发展和转移呈正相关，减少TAM的数量可以有效的抑制肿瘤的发展并延长肿瘤患者的生存期。这使得TAM成为肿瘤治疗中一个非常具有前景的靶细胞。但是在这一领域还有许多问题有待阐明，相信随着研究的深入，以TAM为靶细胞的治疗方案将逐渐成熟，并发展成为提高肿瘤生物治疗的有效手段。
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