2022年8月16日，意大利人文大學Alberto Mantovani教授課題組在國際知名期刊Nat Rev Drug Discov（IF=112.288）在線發表題為“Macrophages as tools and targets in cancer therapy”的論文。腫瘤相關巨噬細胞是腫瘤微環境的重要組成部分，在血管生成、細胞外基質重塑、癌細胞增殖、轉移和免疫抑制以及對化療藥物的耐藥性和檢查點阻斷免疫治療中發揮作用。適當激活時，巨噬細胞可以介導癌細胞的吞噬和細胞毒性腫瘤殺傷，并與先天性和適應性免疫系統的組成部分進行有效的雙向相互作用。因此，它們已成為癌癥治療中的治療靶點。
巨噬細胞靶向策略包括參與腫瘤促進髓系細胞募集和極化的細胞因子和趨化因子的抑制劑，以及其抗腫瘤和免疫刺激功能的激活劑。早期臨床試驗表明，針對髓系細胞功能的負調節因子（檢查點）確實具有抗腫瘤潛力。最后，鑒于骨髓單核細胞不斷募集到腫瘤組織中，隨著嵌合抗原受體效應細胞的發展，巨噬細胞是細胞治療的候選細胞。以巨噬細胞為中心的治療策略有可能補充和協同目前腫瘤的臨床療法。
腫瘤微環境（TME）為癌癥的發生和發展提供了重要的生態位。炎癥細胞和介質是TME的關鍵通用成分，腫瘤相關巨噬細胞（TAM）已成為炎癥和癌癥之間聯系的范例。在不同組織的癌癥中，TME的炎癥成分具有多樣性。然而，骨髓單核細胞的浸潤，特別是單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞，是癌癥的共同特征。
在骨髓單核細胞中，巨噬細胞是一把雙刃劍，在癌癥中具有雙重潛能。巨噬細胞有可能殺死腫瘤細胞，介導抗體依賴性細胞毒性和吞噬作用，引發血管損傷和腫瘤壞死，并激活先天性或適應性淋巴細胞介導的腫瘤抗性機制。相反，在大多數已建立的腫瘤中，巨噬細胞通過各種機制促進癌癥進展和轉移，包括促進癌細胞存活和增殖、血管生成以及抑制先天性和適應性免疫反應（圖1）。
專門針對巨噬細胞的策略，包括設計用于細胞治療的單核吞噬細胞，如嵌合抗原受體巨噬細胞（CAR-M），已進入臨床評估。正在接受臨床評估的治療方法包括廣泛的策略，從靶向招募和分化到通過激活或抑制（檢查點）受體進行功能重編程，后者取得了較好的結果。在此，作者將回顧利用巨噬細胞作為癌癥治療工具和靶點的策略，包括TAM在傳統抗癌治療和檢查點阻斷中的作用，重塑和激活TAM的策略，代謝方法和巨噬細胞治療。
TAM多樣性與預后
長期以來，人們一直認為TAM來源于骨髓（BM）衍生的單核細胞前體。然而，TRM除了BM衍生的前體外，還可能維持TAM水平（圖1）。巨噬細胞通過腫瘤細胞、極化的2型適應性免疫應答、B細胞、基質成纖維細胞和巨噬細胞自身產生的信號被募集并設置為腫瘤促進模式。參與TAM招募和培養的分子包括轉化生長因子-β（TGFβ）、巨噬細胞集落刺激因子1（CSF1）、趨化因子如CCL2、細胞因子如IL-4和IL-1、受體識別的抗免疫球蛋白G（FcγR）Fc部分的免疫復合物和補體（圖1）。
更好地理解導致TAM募集的途徑為制定以巨噬細胞為中心的治療策略提供了基礎。通過常規免疫組織學、分子標記或單細胞分析評估的巨噬細胞浸潤的負面預后意義，推動了巨噬細胞靶向策略的臨床評估。
常規癌癥治療中的TAM
巨噬細胞在不同抗癌方式的活動中具有重要的雙重作用，包括化療、放療、抗血管生成和激素治療以及免疫檢查點阻斷（ICB）免疫治療。一些選定的化療藥物（如阿霉素）誘導腫瘤抗原和佐劑分子的釋放，這一過程稱為免疫原性細胞死亡，使巨噬細胞參與富有成效的癌癥免疫循環。其他細胞還原療法通過消耗巨噬細胞來靶向它們。
選定的抗癌藥物可以逆轉TAM極化，導致對治療的反應增加。對于通過產生活性氧（ROS）誘導DNA損傷的藥物，腸道微生物組可以激發腫瘤內單核吞噬細胞產生ROS，積極調節這些藥物的療效。在放射治療的情況下，在乳腺癌和黑色素瘤小鼠模型中，真菌的消耗增強了對輻射的反應性。在這種情況下，巨噬細胞的作用是通過抗癌治療、協同殺死腫瘤細胞以及自身作為靶點來促進適應性免疫反應的激活。
TAMs和ICB免疫治療
釋放T細胞介導的1型免疫應答是ICB免疫治療的基石。骨髓單核細胞是免疫抑制回路的主要協調者，是ICB反應的重要決定因素，并與耐藥性和治療密切相關。骨髓單核細胞通過表達多種免疫抑制分子，包括檢查點配體，如PDL1、PDL2、CD80和CD86，是對ICB產生原發性和適應性抗性的腫瘤外源性途徑的一部分（圖1）。
重塑TAM
TAM的功能重新編程可以通過不同的策略實現（圖2）。
以TAM招募和積累為目標
趨化因子和CSF1在腫瘤中單核細胞的募集和形成及其在TME中的功能方面起著重要作用。幾項臨床前模型研究證明，抑制CSF1R可降低TAM的密度和腫瘤生長，并提高對化療的敏感性。科學家還發現一種通過利用CAR T細胞對巨噬細胞的細胞毒性來減少腫瘤中TAM數量的方法。但是，靶向TAM募集策略也面臨著諸多障礙，如中性粒細胞的代償性積聚，這可能起到免疫抑制作用。
炎癥小體和IL-1
雖然IL-1可以觸發保護性免疫反應，但該途徑的主要功能是促進癌變和轉移。IL-1通過復雜的機制促進癌癥相關免疫抑制，包括促進緊急造血和骨髓間充質干細胞的生成和募集，以及促進TAM免疫抑制和腫瘤促進功能。
mRNA和microRNA
體外轉錄的mRNA作為一種潛在的新藥，用于誘導效應分子或重編程細胞的產生。被配制成可注射納米載體的mRNA已被用于將TAM基因重新編程為抗腫瘤效應器。MicroRNA（miRNA）是小的非編碼RNA分子，在調節轉錄后基因表達中起著重要作用。miRNA已成為巨噬細胞分化和極化的關鍵調節劑，包括TAM。基于miRNA的癌癥治療已經在具有多種遞送策略的實驗性腫瘤模型中進行了測試。到目前為止，還沒有使用miRNA遞送來重新編程腫瘤巨噬細胞的臨床試驗。
巨噬細胞活化
M1樣巨噬細胞的殺瘤活性由感受微生物分子和細胞因子（如IFNγ）的受體觸發。下面將重點介紹三類巨噬細胞激活劑（圖2）：
CD40
CD40受體是在抗原呈遞細胞（包括巨噬細胞）上表達的TNF受體家族的成員。當與活化的輔助性T淋巴細胞表面表達的特異性配體CD40L結合時，它觸發TNF、ROS和活性氮物質的產生。這些因子介導巨噬細胞的殺菌和殺瘤活性。
Toll樣受體
toll樣受體（TLR）激活免疫刺激反應，并且該方法已用于繞過腫瘤中巨噬細胞的免疫抑制活性。科學家們研究了幾種具有免疫刺激活性的TLR激動劑在不同腫瘤模型中對TAM的重新編程，顯示出對腫瘤細胞的細胞毒性增加和免疫刺激細胞因子的產生。
干擾素基因刺激因子
干擾素基因刺激因子（STING）蛋白接收來自不同細胞質受體的輸入，這些受體感測來自病原體以及內源性受損DNA的異位核苷酸，從而產生I型干擾素。因此，STING在抗腫瘤免疫反應中也起著關鍵作用。
髓樣檢查點和調節器
骨髓單核細胞的功能受到許多負調節因子的嚴格控制，這些負調節因子直接抑制或轉移其效應器功能。其中一些分子（如信號調節蛋白-α（SIRPα）、唾液酸結合免疫球蛋白樣凝集素（SIGLEC）和白細胞免疫球蛋白類受體B（LILRB）家族的成員）被稱為髓樣檢查點，類似于T細胞的調節分子（圖3a）。這些在生理上用于保護宿主組織免受不必要的攻擊的通路，導致免疫抑制和TAM組織營養功能的激活狀態，以逃避免疫系統的識別并增殖。
SIRPα and CD47
CD47在正常細胞上表達，作為“不要吃我”的信號，指示表達SIRPα的單核吞噬細胞和中性粒細胞避免宿主細胞被去除。在許多癌癥類型中，腫瘤細胞過度表達CD47，偽裝成健康細胞并避免吞噬。CD47靶向方法包括抗CD47、SRF231、IBI188和抗SIRPα的抗體（圖3b）。新的證據表明，結合是免疫策略成功的關鍵。破壞CD47–SIRPα軸的療法的強度在于同時使巨噬細胞更具吞噬性并增加其抗原負荷，從而增強對T細胞的抗原呈遞（圖3b）。因此，CD47方法與T細胞檢查點抑制劑結合可能具有協同效應，首先改善吞噬功能和抗原呈遞，其次釋放活化T細胞的反應。
SIGLEC家族
SIGLEC分子是結合唾液酸并參與細胞間相互作用的膜蛋白。這些蛋白質在其細胞質尾部含有酪氨酸基抑制受體基序（ITIM），通常是抑制和抑制激活信號的免疫受體的組成部分，從而調節若干免疫細胞的功能。
LILRB家族
MHC I類分子的下調可能是癌細胞逃避T細胞識別的最著名機制之一。然而，腫瘤細胞可以通過與LILRB家族成員相互作用，利用MHC I類作為逃避吞噬的機制。LILRB1是一種MHC結合蛋白，在免疫細胞上廣泛表達，并在TAM上富集；它含有ITIM基序并轉導抑制信號。LILRB表達與抑制癌細胞的吞噬功能相關。
清道夫受體
幾種類型的清除受體在TAM中大量表達，它們的靶向性是增強促炎開關的一種選擇（圖2）。
臨床證據表明，表達清道夫受體CD163的巨噬細胞與多種癌癥的腫瘤進展之間存在顯著相關性。
PD1
通過TAMs表達PD1抑制吞噬和腫瘤免疫，扭轉了PD1–PDL1軸作為特異性T細胞檢查點的傳統觀點。因此，癌細胞上的PDL1表達可同時避免T細胞毒性和巨噬細胞介導的吞噬作用，表明阻斷該軸可能通過適應性和先天機制釋放抗腫瘤免疫。由PD1對巨噬細胞的作用觸發的吞噬抑制機制尚未闡明，誘導PD1上調的信號也尚未闡明。
TREM2
髓樣細胞2上表達的觸發受體（TREM2）由多種組織的巨噬細胞表達，并在人和小鼠腫瘤中的TAMs上上調，其中TREM2+巨噬細胞的靶向限制了腫瘤生長并使抗PD1治療的反應敏感。
PSGL1
PSGL1在造血來源的細胞中廣泛表達，在巨噬細胞中被M2極化信號強烈上調，在TAM中高水平表達。
靶向TAM代謝
轉錄因子、表觀遺傳修飾和mRNA網絡是巨噬細胞可塑性和極化激活的基礎。巨噬細胞功能的下游重組涉及氨基酸、脂質和鐵代謝的變化。這種復雜的級聯反應提供了重新編程巨噬細胞功能的潛在靶點。通過抑制IIa類組蛋白去乙酰化酶（HDACs）進行表觀遺傳調節是利用巨噬細胞抗腫瘤潛力的一種有前途的方法。TMP195被鑒定為選擇性IIa類HDAC抑制劑，能夠修飾巨噬細胞的轉錄譜。在臨床前乳腺癌模型中，TMP195導致巨噬細胞介導的腫瘤生長減少。
巨噬細胞治療
CAR T細胞在血液系統惡性腫瘤的治療中是有效的，但進入實體瘤是基于T細胞的細胞治療的阻礙。考慮到單核吞噬細胞不斷進入腫瘤，基于巨噬細胞的細胞療法可以克服這一限制。人類CAR-M有識別血清癌胚抗原相關細胞粘附分子5（CEACAM5）、CD19、CD22、HER2和CD514的受體，可攻擊造血和實體腫瘤（圖4）。CAR-M細胞介導吞噬作用，以穩定的方式表達M1功能，并向原發性和轉移性腫瘤轉移。目前正在進行或計劃進行臨床試驗，以評估CAR-M在不同腫瘤中的潛力。
結論
巨噬細胞是TME的普遍組成部分，與癌細胞、基質和免疫活性細胞進行復雜的相互作用。最近發現，膠質母細胞瘤細胞獲得髓系遺傳程序的表達，說明了巨噬細胞在癌癥發生和癌癥進展中的基本作用。
從化療到ICB免疫治療，巨噬細胞在當前治療模式的有效性中起著雙重作用。在許多人類腫瘤中，TAM是T細胞檢查點阻斷的主要驅動因素，并介導對免疫治療的抵抗。盡管直接靶向骨髓單核細胞在癌癥的起源、進展和治療中起著至關重要的作用，但迄今為止尚未產生重大的治療效果。TAM免疫生物學治療轉化的阻礙包括腫瘤中單核吞噬細胞的多樣性和可塑性。在單細胞水平上對TAM多樣性及其個體發生關系的剖析可以為選擇性地耗盡腫瘤促進和腫瘤抑制亞群的策略提供新的觀點。
雖然巨噬細胞浸潤是具有共同特性的不同腫瘤的共同特征，但有證據表明TAM表型和在不同器官中產生或傳播的腫瘤中的作用存在顯著差異。此外，原發部位或轉移病灶的組織固有特性在一定程度上影響了炎癥微環境的特征。因此，TAM的開發可能必須考慮腫瘤原發和繼發定位的組織背景。
巨噬細胞功能由表面受體調節，其中一些受體抑制效應器功能或使其向不適當的方向傾斜。這些髓單核細胞功能調節因子屬于不同的分子類別，是明顯的治療靶點。針對CD47–SIRP1α軸、LILRB2和CLEER 1的單克隆抗體的早期臨床試驗首次給出了陽性結果。這些陽性反應雖然仍處于早期階段，但可能預示著髓系檢查點免疫治療的曙光。正在計劃在肺癌高危人群中使用抗IL-1β單克隆抗體的試驗。口服活性炎癥小體抑制劑，如果被證明在常規炎癥條件下安全有效，可能是藥物預防工作的理想選擇。
參考文獻
Mantovani A, Allavena P, Marchesi F, Garlanda C. Macrophages as tools and targets in cancer therapy. Nat Rev Drug Discov. 2022;10.1038/s41573-022-00520-5.