肿瘤相关巨噬细胞与肿瘤血管生成

肿瘤相关巨噬细胞与肿瘤血管生成

此前，许多人认为肝细胞是肿瘤免疫调节过程中的重要细胞，他们可以直接杀死肿瘤细胞，并通过释放肿瘤相关的抗生素质量对身体进行免疫反应。但是近年来逐渐认识到,肿瘤间质中的巨噬细胞即肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associatedmacrophages,TAM)并非发挥抗肿瘤作用,而是参与了肿瘤发生、生长、侵袭和转移的过程,尤其是与肿瘤血管生成和淋巴管生成密切相关。因此,研究TAM在肿瘤进程中的功能状态和动态变化具有重要意义,TAM有望成为肿瘤治疗的新靶点。1ccl2主要作用机制自从RudolfVirchow首次发现肿瘤组织中有大量炎症细胞浸润后,有学者由此将慢性炎症和肿瘤的发生、发展联系起来。目前研究发现,炎症细胞是肿瘤间质的重要组成部分,主要包括TAM、树突状细胞、淋巴细胞和肥大细胞等。其中,TAM是肿瘤间质中数量最多的炎症细胞群,约占炎症细胞总数的30%~50%左右。TAM来源于外周循环血中的单核细胞。单核细胞的招募、分化、存活和增殖组成了TAM形成的过程。单核细胞的招募与许多肿瘤来源的趋化因子有关,如CC趋化因子配体2(CCchemokinesligand2,CCL2,又名MCP-1)、CCL3(又名MIP-1α)、CCL5(又名RANTES)、CCL7(又名MCP-3)、CCL8(又名MCP-2)、血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)、集落刺激因子-1(colony-stimulatingfactor-1,CSF-1,又名M-CSF)和胎盘来源的生长因子(placenta-derivedgrowthfactor,PIGF)等。其中以CCL2最为重要。已经在许多人类肿瘤中发现,CCL2表达与TAM浸润数量、区域淋巴结转移和临床预后呈正相关。Nesbit等认为低水平的CCL2对肿瘤形成起主要作用,而高表达的CCL2则是促进TAM浸润和肿瘤生长的主要动力。当单核细胞迁移到肿瘤组织后,便在肿瘤微环境中分化成为巨噬细胞,此即TAM。单核细胞的分化过程与肿瘤微环境局部缺氧、高乳酸等条件密切相关。其中,肿瘤细胞或间质细胞分泌的IL-10起到了“开关”作用,它能诱导单核细胞分化成TAM而不是树突状细胞。分化成的TAM可以借助多种细胞因子与肿瘤细胞共存,此过程依赖于TAM或肿瘤细胞表达的CSF-1和PIGF等;在鼠类肿瘤和人卵巢癌中,CC趋化因子受体2(CCchemokinereceptor2,CCR2,即CCL2的受体)表达下调也是其原因之一。2tam的表型特征2.1被释放的细胞因子近10年来逐渐认识到在不同的环境中,巨噬细胞可以发生不同性质的活化,成为具有不同分子和功能特征的亚群。活化的巨噬细胞至少包括2种类型:(1)经典活化的巨噬细胞(classicallyactivatedmacrophage,caMphi),又称M1巨噬细胞。caMphi需要双信号:IFN-γ和外源性TNF或内源性TNF的诱导剂(细菌或其产物LPS等)。caMphi能分泌NO、反应氧中介物等杀伤分子,以及多种炎症因子(IL-1、IL-6、IL-12、IL-13和TNF等)和趋化因子[CCL2、CCL3、CXC趋化因子配体9(CXCchemokinesligand9,CXCL9,又名MIG)和CXCL10(又名IP-10)等],还能表达大量的MHCⅡ和B7分子,可以高呈递抗原,从而参与Th1型免疫应答,杀伤感染病原体和肿瘤细胞。(2)替代性活化的巨噬细胞(alternativelyactivatedmacrophage,aaMphi),又称M2巨噬细胞。aaMphi不需要双信号,但需要有合适的诱导剂,如IL-4、IL-13、IL-10、糖皮质激素、维生素D3和TGF-β等。最近,Sica等将M2巨噬细胞又分为3类:(1)M2a型:刺激信号是IL-4和IL-13,诱导Th2型免疫反应,在过敏性反应和寄生虫感染免疫中起主要作用。(2)M2b型:刺激信号是免疫复合物和Toll样受体或IL-1R配体,介导Th2型活化和免疫调控。(3)M2c型:刺激信号是IL-10,介导免疫调控,参与基质沉积和组织修复。不过,也有作者将M2b型单独命名为Ⅱ型活化的巨噬细胞(type2-activatedmacrophage)。还有作者将IL-10排除在aaMphi的诱导剂之外。2.2il-12生活质量核心10e,t细胞TAM的活化表型特征目前尚未得以明确。Mantovani等根据其他作者对人甲状腺乳头状癌、卵巢癌和乳腺癌的研究结果,曾指出TAM可能发生替代性活化,呈现出aaMphi的表型;它能表达高水平的巨噬细胞甘露糖受体(macrophagemannosereceptor,MMR)和IL-10,产生很少的NO和IL-12,提呈抗原的能力很弱,能抑制T细胞增殖,参与了肿瘤的生长、进展和转移,以及适应性免疫、血管生成和间质形成等过程。但此观点只是停留在“假说”的层面,尚未得到相应实验的充分证明。而且,由于:(1)肿瘤本身是复杂的,目前的研究只限于少数几种;(2)在这几种肿瘤中,研究又局限于局部区域(如瘤周和瘤内,低氧区和含氧正常区);(3)缺乏动态的研究信息;(4)研究技术和手段有限等原因,若简单的认为TAM即为aaMphi,则显得比较武断。但是,Mantovani等的观点仍然代表了—种可能的正确方向。最近,Hagemann等研究表明:与卵巢癌细胞接触共培养的巨噬细胞可以朝着与癌细胞相似的表型转化,这些共培养的巨噬细胞分泌的细胞因子、趋化因子和基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase,MMP)mRNA表达均与卵巢癌细胞相似,巨噬细胞表达的MMR、清道夫受体均上调。鉴于不同活化表型的巨噬细胞所起的作用完全不同以及TAM在肿瘤间质中的重要地位,尽快明确TAM的活化表型具有重要意义。3tam的免疫作用以前多认为TAM是一种重要的抗肿瘤效应细胞。1992年,Mantovani等提出了著名的“巨噬细胞平衡假说”,认为TAM具有杀伤肿瘤和促瘤生长的双重作用。近年来,越来越多的研究认为,TAM参与了肿瘤发生、生长、侵袭和转移的过程,尤其是与肿瘤血管生成和淋巴管生成密切相关。Chen等通过检测人NSCLC标本发现,TAM数量和微血管密度(microvesseldensity,MVD)呈正相关,与无复发生存期负相关;将巨噬细胞和NSCLC细胞株共培养发现,后者的侵袭能力和降解基质的活性明显增加,IL-8(又名CXCL8)、MMP-9、VEGF、VEGF-C和IL-6、IL-6信号转导蛋白、IL-7R、NF-κB抑制剂α、MMP-1等基因表达明显上调;TAM上调IL-8、IL-6、CSF-1和MMP等均有NF-κB通路的参与,此结果提示TAM可能在NSCLC的侵袭和转移过程中具有重要地位。目前,已在多种肿瘤中证实,TAM具有这样的作用。3.1药代动力学试验很早就有人发现,肿瘤形成之前常常有大量的巨噬细胞和其他炎症细胞在肿瘤原位聚集。TAM主要与一些癌前病变有关。如引起慢性萎缩性胃炎的幽门螺杆菌,可以上调胃上皮细胞释放前列腺素E2(prostaglandinE2,PGE2),从而加重病灶部位的巨噬细胞浸润。这些炎症细胞可被反复激活并释放活性氧,造成组织细胞损伤、转化以至癌变。另外,在结核所致的瘢痕附近,有损伤和致畸作用的活化巨噬细胞,常与肿瘤被同时发现。3.2tam对肿瘤细胞增殖和生长的影响在乳腺癌、子宫内膜癌和肾癌等多种肿瘤中已经证实,TAM浸润程度与肿瘤生长呈正相关。TAM主要通过分泌以下生长因子来促进肿瘤细胞增殖和存活:EGF、PDGF、HGF、bFGF和TGF-β等。将TAM与部分肿瘤细胞共培养时发现,TAM分泌的生长因子能明显促进肿瘤细胞增殖;外源性去除TAM实验证实,TAM对于它们的生长是必不可少的。此外,有作者发现TAM可以通过精氨酸酶途径来促进肿瘤细胞增殖。3.3强化基底膜及金属酶的表达TAM参与了肿瘤细胞向周围正常组织侵袭的过程。对乳腺癌和其它肿瘤的研究发现,TAM是通过上调蛋白水解酶(如组织蛋白酶B)、MMP、纤溶酶、uPA及其受体等表达,破坏基底膜,溶解细胞外基质,从而增强肿瘤细胞的侵袭性。在TAM高表达MMP的过程中,C-JNK和NF-κB信号通路得以激活。此外,体外实验表明,肿瘤细胞表达的CSF-1可以通过促进TAM表达EGF来促进肿瘤侵袭,但其具体机制尚待进一步研究。3.4转移灶生长的机制TAM不仅参与了原发肿瘤释放转移性肿瘤细胞的过程,而且在远处器官形成转移灶的过程中起重要作用。TAM至少通过3条途径参与了原发肿瘤释放转移性肿瘤细胞的过程:(1)TAM增强了肿瘤细胞从原发肿瘤逃逸的活力:(2)TAM促进了肿瘤细胞侵入血管系统;(3)TAM表达VEGF-C促进淋巴管生成。CSF-1和EGF通路参与了前2个过程。多项研究表明,TAM与远处器官转移灶的形成和生长密切相关;临床分析也证实,转移性区域性淋巴结中的TAM数量与患者预后明显相关。3.5tam的mhc分子TAM提呈抗原的能力很弱,能抑制T细胞和NK细胞的活化和增殖,因此难以发挥有效的抗肿瘤效应。研究表明,肿瘤细胞可以通过释放IL-4、IL-6、IL-10、PGE2和TGF-β等分子来抑制TAM的细胞毒性,而且IL-10、PGE2和TGF-β还可以抑制TAM表达MHCⅡ分子。此外,在肿瘤局部低氧的微环境中,TAM也能通过分泌PGE2、IL-10和吲哚胺加双氧酶(indoleaminedioxigenase,IDO)代谢产物来产生这种抑制效应,同时分泌IL-12明显减少,而后者恰恰是一种促进T细胞和NK细胞杀伤作用的重要分子。4tam与肿瘤血管生成和淋巴管生成之间的关系4.1相关细胞的表达血管生成是肿瘤生长和转移过程中的重要事件。在多种人类肿瘤如乳腺癌、肺癌、子宫内膜癌、口腔鳞状细胞癌、肾细胞癌、直肠癌等组织中,人们发现TAM数量与MVD、VEGF表达呈正相关,是独立的预后因子。TAM促进肿瘤血管生成是一个十分复杂的过程,其中涉及许多自分泌和旁分泌因子的作用。肿瘤间质的低氧环境能够诱导TAM高表达多种促血管生成因子和生长因子(如IL-8、CCL8、bFGF、VEGF、PDGF、PD-ECGF、TNF-α等),以及调控血管生成的酶(如MMP-2、MMP-7、MMP-9、MMP-12和COX-2等)。目前有关这方面的研究较多。在体外实验中,Yao等将佛波酯处理的人THP-1细胞或原代人肺巨噬细胞和肺癌细胞共培养后,肿瘤细胞IL-8mRNA表达可增高35%;外源性IL-1α和TNF-α可以诱导IL-8mRNA上调并呈显著的剂量依赖关系,提示自分泌和旁分泌机制在肿瘤细胞表达IL-8的过程中具有重要作用。White等发现,人外周血单核细胞与A549细胞共培养的培养基可以增加内皮细胞的趋化性,这与单核细胞表达IL-8、ENA-78和GRO等增加密切相关。Kataki等认为肺癌中的TAM对肿瘤细胞的细胞毒作用非常弱,但表达高水平的PDGF,后者可能对肿瘤基质形成和血管生成具有重要作用。Junker等发现是巨噬细胞而非小细胞肺癌表达的YKL-40对肿瘤细胞增殖和血管生成具有重要作用。此外,Kojima等发现TAM可以表达PD-ECGF从而促进内皮细胞迁移,在体内其表达水平与血管生成呈正相关。4.2肿瘤间质中vegf-c的表达淋巴管生成是肿瘤发生淋巴道转移的必需事件。淋巴道转移是肿瘤发生全身转移的初始步骤,提示肿瘤预后不良。近年的研究表明,巨噬细胞参与了炎症条件下的淋巴管生成。Maruyama等发现,在小鼠角膜移植(角膜发炎)后,来源于骨髓的CDllb+巨噬细胞聚集于角膜基质中,能单独形成淋巴管样结构和表达VEGF-C,从而促进小鼠角膜的淋巴管生成。Kerjaschki认为炎症环境中的CDllb+巨噬细胞诱导淋巴管生成存在两条途径:(1)巨噬细胞直接转分化成淋巴管内皮细胞;(2)巨噬细胞刺激已经存在的淋巴管内皮细胞分裂增殖。由于肿瘤间质实质上也是炎症环境,因此人们推测TAM可能也参加了肿瘤淋巴管生成。这个观点在近年来逐渐得到证实。Schoppmann等发现不仅宫颈癌细胞能表达VEGF-C和VEGF-D,而且瘤周间质TAM也能表达VEGF-C、VEGF-D及其受体VEGFR-3;外周血中的VEGFR-3+单核细胞受到宫颈癌细胞表达的VEGF-C及其他炎性因子的趋化,进入间质后转化成巨噬细胞,表达VEGF-C、VEGF-D和VEGFR-3,导致瘤周淋巴管生成,进而导致转移的发生。Bjorndahl等发现,在VEGF-A过表达的小鼠T241纤维肉瘤中,VEGF-A刺激了瘤周淋巴管生成并导致肿瘤发生淋巴系统转移,而其间质中有大量的炎症细胞(包括表达VEFR-1+巨噬细胞)浸润。在恶性黑色素瘤中,Skobe等发现,外源性的VEGF-C不仅可以诱导淋巴管生成和血管生成,还可以募集巨噬细胞。国内冯红超等发现口腔鳞癌中不仅肿瘤细胞而且巨噬细胞均可分泌VEGF-C,后者在瘤周淋巴管生成和淋巴结转移中起重要作用。5治疗肿瘤中tam的表达作为肿瘤间质中的一群重要细胞,TAM在肿瘤生长和进展过程中具有不可轻视的作用。因此,TAM有望成为肿瘤治疗的新靶点。主要策略如下:(1)阻断缺氧诱导转录因子(hypoxiainducibletranscriptionfactor,HIF)-1/CXCR4通路。因为TAM“喜好”低氧环境,而且HIF-1可诱导CXCLl2和CXCR4表达上调。(2)利用TAM作为转基因表达的载体。通过TAM传递IFN-γ基因或“自杀”基因等,在低氧条件下诱导表达从而杀伤肿瘤细胞。(3)选择趋化因子作为治疗的分子靶点。例如靶向在单核细胞迁移到肿瘤低氧环境中起重要作用的CCL2、VEGF和CSF-1等等。(4)人工合成小分子药物。如特异性作用于单核/巨噬细胞的抗炎药物Yondelis和贝伐单抗(bevacizumab)、巨噬细胞毒性药物二氧化硅或抗血管生成药物利诺胺(linomide)等等。(5)恢复NF-kB的功能。因为