巨噬细胞：癌症治疗过程的双向间谍

肿瘤相关巨噬细胞是肿瘤微环境的重要组成部分，在血管生成、细胞外基质重塑、癌细胞增殖、转移和免疫抑制的协调以及化疗药物和检查点阻断免疫治疗的耐药性方面发挥作用。当被适当激活时，巨噬细胞可以介导癌细胞的吞噬作用和肿瘤细胞毒性的杀伤，并与先天性和适应性免疫系统的组分进行有效的双向相互作用。因此，它们已成为癌症治疗的治疗靶点。巨噬细胞靶向策略包括参与肿瘤促进性骨髓细胞募集和极化的细胞因子以及趋化因子抑制剂，和其抗肿瘤原性和免疫刺激功能的激活剂。早期的临床试验表明，靶向骨髓细胞功能的负调节因子（检查点）确实具有抗肿瘤潜力。最后，鉴于骨髓单核细胞不断募集到肿瘤组织中，随着嵌合抗原受体效应细胞的发展，巨噬细胞是细胞治疗的候选者。以巨噬细胞为中心的治疗策略有可能补充和协同肿瘤学治疗中现有的方法。    

01  TAM 多样性和预后  

长期以来，人们一直认为TAM起源于骨髓（BM）衍生的单核细胞前体，充满肿瘤隔室。在许多小鼠模型中，大多数TAM确实来自单核细胞前体。然而，发现在稳态条件下，组织驻留巨噬细胞（TRM）起源于胚胎生命种子器官的胚胎前体。由此便提出了一个问题，即除了BM衍生的前体外，TRM还可能维持TAM水平。在胰腺癌小鼠模型中，TRM局部增殖并获得纤维化，促进促腺皮质增生反应，这是胰腺导管腺癌的典型特征。此外，在小鼠卵巢癌中，在网膜中的自我更新的CD163 Tim4巨噬细胞种群通过产生癌症干细胞来促进转移性扩散。

高巨噬细胞浸润与大多数人类肿瘤的预后不良有关。但一个值得注意的例外是CRC，其中TAM预测更好的预后，特别是对于对 5-氟尿嘧啶辅助治疗有反应的 III 期 CRC 患者，在CRC的肝转移中，具有不同形态和分子指纹的TAM共存并与临床病理变量相关，因此与小TAM相比，大的TAM与较差的存活率相关。在乳腺癌中，冠状结构由冠状垂死脂肪细胞周围的巨噬细胞组成，支持肿瘤进展并具有预后潜力。

图1：TAM的促肿瘤功能和免疫抑制活性

02 传统癌症治疗中的TAM   巨噬细胞在不同抗癌方式的活性中具有重要的双重作用，包括化疗，放疗，抗血管生成和激素疗法以及免疫检查点阻断 （ICB） 免疫疗法。一些选定的化疗药物 （如阿霉素） 诱导肿瘤抗原和辅助分子的释放，巨噬细胞参与癌症免疫循环，这一过程称为免疫原性细胞死亡。细胞减灭疗法通过消耗巨噬细胞来靶向。曲维菌素是从海洋生物中提取的化合物，并被批准为治疗软组织肉瘤和卵巢癌的单一药物。曲维菌素及其类似物吕比西丁，最近被批准用于治疗NSCLC，通过肿瘤坏死因子受体超家族成员10 （TNFRSF10，也称为TRAIL） 的依赖性细胞凋亡途径选择性地消耗患者和小鼠的单核细胞以及TAM。TAM衰竭对于曲维菌素的抗肿瘤活性至关重要。 选定的抗癌药物可以恢复TAM极化，增加5-氟尿嘧啶在结直肠癌中以及铂类辅助化疗在高等级卵巢癌中的应用。对于通过产生活性氧 （ROS） 诱导DNA损伤的药物，例如铂基化疗，肠道微生物组可以启动肿瘤内单核吞噬细胞以产生ROS，从而积极调节这些药物的疗效。在放射治疗的情况下，真菌的消耗增强了乳腺癌和黑色素瘤小鼠模型的辐射反应。

图2：真菌生态失调增强肿瘤对辐射的反应

03   ICB免疫治疗    

释放T细胞介导的1型免疫反应是ICB免疫治疗的基石。骨髓单核细胞是免疫抑制通路的主要调节因子，是ICB反应的重要决定因素，并且对耐药性和这种治疗的资格至关重要。骨髓单核细胞是肿瘤外源性途径的一部分，ICB的原发性和适应性抵抗力通过表达几种免疫抑制分子来实现，包括检查点配体，如PDL1，PDL2，CD80 （也称为B7-1） 和CD86 （也称为B7-2） 和脊髓灰质炎病毒受体（P VR，也称为CD155和TIGIT配体之一）。通过免疫组化进行的PDL1评估被批准为NSCLC和其他肿瘤中抗PD1治疗的伴随诊断，但其预测能力可能因细胞类型而异。出乎意料的是，巨噬细胞表达PD1，与它们对肿瘤细胞的吞噬活性呈负相关。骨髓单核细胞表达其他受体，这些受体与T细胞和NK细胞表达的负调节因子相互作用。VISTA作为T细胞检查点抑制配体，由巨噬细胞表达并与P-选择蛋白糖蛋白配体1 （PSGL1） 相互作用。在人单核细胞中，针对VISTA的单克隆抗体引起转录和功能变化，包括抗原呈递、激活和迁移增加。巨噬细胞的消耗可以加强各种免疫治疗策略，包括 疫苗接种和检查点抑制剂。结合检查点抑制剂和抗CSF1R抗体或其他以TAM为中心的治疗策略的几项临床试验正在进行中。 表1：靶向肿瘤相关巨噬细胞的药物的部分临床试验 04   TAM 的功能重编程     可以使用不同的策略实现 TAM 的功能重编程。

图3：巨噬细胞重编程和激活先天性和适应性免疫反应

1.TAM 募集和积累 趋化因子和CSF1 在肿瘤中单核细胞的募集和塑造它们在TME中的功能方面起着重要作用。单核细胞引诱剂，如CCL2及其同源受体CCR2，在实体瘤和血液系统恶性肿瘤中使用mAb和受体拮抗剂作为靶向。然而，尽管临床前模型有大量数据，但趋化因子靶向策略尚未单独或联合产生阳性临床结果，并且已经停止使用。 临床前模型中的几项研究表明，CSF1R抑制降低了TAM的密度和肿瘤生长，并增加了对化疗的敏感性。虽然小分子抑制剂BLZ945没有耗尽TAM，但这些TAM经过了针对抗肿瘤表型的重编程。在CSF1R阻断后，巨噬细胞显示出促肿瘤基因的表达较低，并且与抗原呈递和淋巴细胞活化相关的基因上调。BLZ945重塑了免疫微环境，在TAM、产生IFNγ的NK和T细胞以及产生IL-12的树突状细胞之间诱导了正串扰，从而维持了抗肿瘤反应的良性网络。 在罕见肿瘤 （弥漫型腱鞘巨细胞） 过度表达CSF1的患者中抑制CSF1R让71%的患者具有显著的临床获益。在其他实体瘤中，CSF1R抑制剂作为单一药物表现出色 。一些临床试验已经评估了CSF1R抑制与化疗，放疗或ICB的组合。但大多数针对CSF1R的研究仍在进行中。因此，仍没有完全评估这种方法的临床益处。 在不良反应方面，相当比例的治疗患者有脑眶周水肿。由于细胞外基质重塑，基质金属蛋白酶的活化和透明质酸沉积，导致液体潴留增加。 2.补体 补体已成为小鼠和人类癌症中促进炎症的重要组成部分补体系统由由三种不同途径激活的蛋白水解反应级联组成：经典途径，其由C1q与免疫复合物的结合引发;凝集素途径，由甘露糖结合凝集素或纤维蛋白与受损细胞上病原体相关分子模式或异常碳水化合物结构的相互作用引发;替代途径，其直接被受损细胞或微生物激活。 中枢组分C3和C5的活化导致其生物活性片段（过敏酶）的释放和细胞溶解膜攻击复合物的组装。非常规补体活化也可能由于凝血酶和纤维蛋白溶解酶的蛋白水解活性而发生。补体分子的预后潜力，特别是C4d，C5a和C5aR1，已经在不同类型的癌症中得到证实。例如，补体激活片段C4d在肺癌中用作诊断和预后标志物，在乳腺癌中用C5-C5aR1。而 C1 和 C4d 是RCC 患者预后不良的生物标志物。此外，癌症基因组图谱（TCGA）数据库中的转录组学数据显示， 经典和替代途径基因的高表达与特定肿瘤的预后不良相关，包括黑色素瘤、神经胶质瘤、肺鳞癌和RCC。在RCC中，产生C1q的TAM的浸润与免疫抑制的TME相关，其特征在于免疫检查点分子 （PD1，LAG3，PDL1和PDL2） 的高表达，这表明补体活化与T细胞衰竭之间存在相关性。与这些数据一致，可溶性模式识别分子pentraxin 3（PTX3）可以通过调节肉瘤中补体依赖性和巨噬细胞持续的促进炎症来充当外在肿瘤抑制基因。 3.炎性小体和IL-1 虽然IL-1可以触发保护性免疫反应，但该途径的主要功能是促进癌变和转移 。IL-1通过复杂的机制促进癌症相关的免疫抑制，包括MDSC的产生和招募，以及促进TAM免疫抑制。因此，在RCC模型中，与抗IL-1和抗PD1或多靶点酪氨酸激酶抑制剂卡维氮替尼的联合治疗导致协同抗肿瘤作用。IL-1可以直接靶向，通过卡那单抗，或通过炎症小体来抑制。例如，在小鼠黑色素瘤模型中，抑制肿瘤衍生的NLRP3（炎小体的传感器组分），有限的MDSC介导的T细胞抑制。NLRP3抑制的抗肿瘤电位通过联合抗PD1治疗进一步放大。这些结果需要使用抗IL-1和炎性粒体抑制剂进行实验。已经计划在发生肺癌高风险的患者（如重度吸烟者）中使用canakinumab（抗IL-1）进行药物预防试验。 05   巨噬细胞治疗   TAM池通过招募循环单核细胞不断补充。CAR T细胞可有效治疗血液系统恶性肿瘤，但进入实体瘤是T细胞治疗的绊脚石。基于巨噬细胞的细胞疗法可以克服这一限制，因为单核吞噬细胞不断被运送到肿瘤中。基于巨噬细胞的细胞治疗策略要么将细胞因子或纳米颗粒传递给TME，要么基于用工程受体武装单核吞噬细胞。在一项概念验证研究中，补充了载药纳米颗粒的单核细胞静脉注射到肿瘤小鼠体内，能够以比游离纳米颗粒更高的效率到达肿瘤部位。 De Palma等人研究了使用巨噬细胞将IFN-α带到肿瘤部位并因此激活免疫反应的可能性。在Tie2启动子下在造血祖细胞中转导Ifna1基因。表达Tie2的单核细胞具有高度肿瘤归巢能力，成功迁移到肿瘤并在TME中递送IFN-α，触发免疫细胞的活化并抑制肿瘤生长和血管生成。 在小鼠肉瘤模型中，预转移性生态位的特征在于以骨髓细胞为中心的免疫抑制基因特征。骨髓细胞被基因工程改造以表达IL-12。在过继转移时，表达骨髓来源的骨髓细胞的IL-12在肺部引起1型免疫反应，并减少转移和原发性肿瘤生长。 转导人巨噬细胞 一直是开发基于单核吞噬细胞的细胞疗法的障碍，也是不同技术平台开发的绊脚石。CAR-M 携带识别癌胚抗原相关细胞粘附分子 5 （CEACAM5） 、CD19、CD22、HER2 和 CD5 的受体已被开发用于治疗各种实体瘤。CAR-M细胞介导吞噬作用并以稳定的方式表达M1功能。目前正在进行或计划进行临床试验，以评估CAR-M在不同肿瘤中的潜力。

图4：基于CAR-M细胞的细胞疗法

06   前景       巨噬细胞在从化疗到ICB免疫治疗的治疗方式有效性中起着双重作用。在许多人类肿瘤中，TAM是T细胞检查点阻断的主要驱动因素，并介导对免疫治疗的耐药性。尽管直接靶向骨髓单核细胞在癌症的起源、进展和治疗中起着至关重要的作用，但迄今为止，它们未能产生重大的治疗效果，尽管正在进行的针对TAMs与其他治疗方式联合使用的试验可能会改变整体情况。

TAM免疫学治疗中的绊脚石包括肿瘤中单核吞噬细胞的多样性和可塑性。单细胞水平上 TAM 多样性及其本体遗传关系可能为选择性地消耗肿瘤促进亚群与抑制肿瘤亚群的策略提供新的思路。空间和单细胞分析将需要在临床环境中进行评估以及治疗测试。

参考文献： 1.Shiao SL, Kershaw KM, Limon JJ, et al. Commensal bacteria and fungi differentially regulate tumor responses to radiation therapy. Cancer Cell. 2021;39(9):1202-1213.e6. doi:10.1016/j.ccell.2021.07.002 2.Mantovani A, Allavena P, Marchesi F, Garlanda C. Macrophages as tools and targets in cancer therapy [published online ahead of print, 2022 Aug 16]. Nat Rev Drug Discov. 2022;1-22. doi:10.1038/s41573-022-00520-5 作者：北夔   编辑人：Transparent   来源：医药速览 2022-09-29