意得辑国际科研发表学院

癌症免疫治疗，是一场免疫细胞和癌细胞之间的战争，像极了「指环王」里史诗级的正邪之战。虽然已有 PD-1/PD-L1 为代表的免疫检查点疗法和 CAR-T 为代表的免疫细胞疗法的「双塔奇兵」，但要彻底战胜实体瘤，实现「王者归来」，还要动员更多的力量，比如「指环王」里中向阿拉贡赎罪的「幽灵」军团。

巨噬细胞正是免疫系统中的「幽灵」军团，它理应杀伤癌细胞，却在各种因素作用下为虎作伥——肿瘤组织浸润区的巨噬细胞（tumor- associated macrophages,TAMs）不但抑制效应 T 细胞发挥杀伤作用，还通过促进肿瘤内血管形成，保障肿瘤细胞的生长和增殖。在某些肿瘤组织中巨噬细胞的重量占比可以高达 50%, 通常巨噬细胞密度越高，预后越差（图 1）。TAM 成为癌症治疗的大麻烦，同时也蕴藏着反击的潜能。

图 1 Clinical Implications of Macrophage Density

Ruffell, B. & Coussens, L. M. Cancer Cell（2015）.

目前癌症免疫疗法中，围绕 T 细胞（获得性免疫）的「双塔奇兵」初战告捷，但要解决难啃的实体瘤，需要免疫系统总动员，激活固有免疫力量，尤其是巨噬细胞。一旦和肿瘤细胞纠缠在一起的巨噬细胞复苏，向肿瘤开战，整个形势将彻底扭转。这里，了解巨噬细胞被「俘」机制，找到对策来唤醒其癌细胞杀伤功能，成为关键之匙。一如阿拉贡用「纳希尔圣剑」号令「幽灵」军团。

【巨噬细胞如何被「俘」】

肿瘤发生早期，NK 细胞和 NKT 细胞分泌 IFN-γ诱导巨噬细胞分化成 M1 型（图 2）。M1 是肿瘤抑制型，可以通过释放 ROS、NO、TNF-α等细胞毒性分子杀伤癌细胞，还通过 Th1 细胞生成来激活 CD8+ T 细胞杀伤癌细胞。

图 2 Macrophage polarization and interaction with tumor

Schmid, M. C. & Varner, J. A. J Oncol,（2010）.

但长时间后，若癌细胞未被消灭，就会具备逃逸巨噬细胞杀伤的能力， 它以及基底细胞分泌的细胞因子和生长因子，加上「我是无法愈合的伤口」的伪装，使免疫系统进入被抑制状态。巨噬细胞分化成 M2 型，它是肿瘤促进型，可以分泌 VEGF 等细胞因子刺激肿瘤细胞增殖和存活，也可以释放基质金属蛋白酶诱导毛细血管网络的形成，还可以通过分泌多种蛋白酶破坏内皮细胞基底膜，分解细胞外基质胶原蛋白等组分，帮助肿瘤迁移。

可见，巨噬细胞被「俘」是由肿瘤微环境这个大背景造成的，关于肿瘤微环境的研究是很重要的方向，其中的金属蛋白酶，毛细血管形成等已作为肿瘤治疗靶点被研究。这里不做太多展开，专注于寻找能唤醒巨噬细胞的「纳希尔圣剑」。目前针对唤醒 TAM 巨噬细胞的研究报道日渐火热，涌现出很多有意思的靶点，主要集中在三个层面。

【阻断免疫逃逸的胞外信号】

CD47/SIRPα通路

同 T 细胞的免疫检查点类似，巨噬细胞也有负调控的细胞受体信号，例如 CD47/SIRPα通路。很多健康细胞表面表达 CD47, 这是告诉巨噬细胞的「don't eat me」保护信号，避免健康细胞被清除。当细胞老化或病变后，表面 CD47 逐渐丧失，被巨噬细胞识别并处理。

癌细胞利用这个机制，高表达 CD47 欺骗巨噬细胞逃过被处理的命运。正如免疫检查点抑制剂的作用一样，研究人员用抗体阻断 CD47 后，成功恢复免疫细胞识别癌细胞的能力，治愈了实验小鼠的一些淋巴瘤和白血病。几乎每种类型的癌细胞表面都表达 CD47, 因此 CD47 抗体被认为可以用于更多癌症的治疗。

CSF1/CSF1R 通路

癌细胞可以通过分泌集落刺激因子 CSF1 来「勾引」TAM 巨噬细胞和髓源抑制性细胞（myeloid-derived suppressor cells,MDSCs）， 这两种免疫系统细胞的表面都表达有 CSF1 的受体 CSF1R（属于 III 型跨膜酪氨酸激酶），被「勾引」后在肿瘤微环境中起免疫抑制的负作用。通过小分子或抗体抑制 CSF1R 活性可以显着降低肿瘤内的免疫抑制作用。

CXCL12/CXCR4 通路

CXCR4 是一个 GPCR 受体，在很多细胞表面都有表达，可被趋化因子 CXCL12 激活。在器官特异性癌转移中，CXCL12 信号召集各类表达 CXCR4 的细胞，包括癌细胞，参与血管形成的表皮前体细胞，也包括 MDSC，TAM 巨噬细胞这样的免疫抑制细胞到新的肿瘤微环境中。针对 CXCR4 的药物不但可以抑制癌症转移信号，还可以降低新病灶的免疫抑制。

【靶向胞内通路，逆转抑制性】

相对于胞外，胞内的信号通路的调控网络更加复杂不明，寻找可以逆转免疫抑制状态的靶点也更困难。但这也挡不住科学家寻找「纳希尔圣剑」的脚步，这不，最近针对唤醒 TAM 巨噬细胞的研究，频传捷报。

PI3Kγ

PI3Kγ是 PI3K 家族中唯一的 IB 型，和 GPCR 相关，在白细胞中特异性表达。

图 3  Class IA PI3K and Class IB PI3K

Rommel, C. et al. Nat Rev Immunol（2007）

2016 年 11 月 9 日，Nature 上线了 MSKCC 的最新成果，借助 PI3Kγ特异性抑制剂 IPI-549, 成功降低免疫抑制，让 CTLA-4 单抗 + PD-1 单抗联合治疗中肿瘤模型小鼠的完全缓解率从 20% 提高到 80%。

他们还证实了癌组织对检查点阻断疗法的抵抗和 TAM 巨噬细胞这类免疫抑制细胞有关。他们通过在 B16 黑色素瘤中过表达 GM-CSF 增加了免疫抑制细胞的数量，这时肿瘤对检查点阻断疗法的敏感性发生了明显的下降。

稍早一些的 9 月 19 日，Nature 还上线了 UCSD 的发现，巨噬细胞的 PI3Kγ信号通过抑制抗肿瘤 CD8+ T 细胞的激活促进免疫抑制。阻断 PI3Kγ可重新激活免疫响应，抑制移植瘤的生长。联合用药时，阻断 PI3Kγ还提高了肿瘤对现有抗癌药物的敏感性，增强癌症免疫疗法根除肿瘤的能力。

金属纳米粒子

无心插柳柳成荫， 9 月 26 日，Nature 的子刊 Nanotechnology 上线了 Stanford 的一个有趣发现。研究金属纳米粒子 ferumoxytol（纳米氧化铁）装载化疗药物能否提高疗效时发现，相比用金属纳米粒子装载了药物的组，只注射金属纳米粒子那组的肿瘤抑制效果竟然更好！也就是说金属纳米粒子本身能产生肿瘤抑制疗效！

图 4  Ferumoxytol prompts TAM to destroy tumor cellsZanganeh, S. et al. Nat Nano（2016）

研究后发现，金属纳米粒子并不是直接杀伤癌细胞，而是激活了巨噬细胞，让它重新行使攻击癌细胞的功能。这正是让 TAM 巨噬细胞浪子回头正面杀敌的方法，它背后的调控机制若能被阐明，可为唤醒巨噬细胞提供更强有力的手段。

【代谢水平变化遏制肿瘤扩散】

REDD1（mTOR 通路）

mTOR 通路调控葡萄糖的摄入和糖酵解，在巨噬细胞中，REDD1 蛋白抑制 mTOR 的这个功能。2016 年 10 月 20 日，Cell Metabolism 发表了比利时鲁汶大学的发现。他们敲除 REDD1 基因，提高了巨噬细胞糖酵解的水平，结果使巨噬细胞比血管形成细胞争夺到更多的葡萄糖，从而让原先肿瘤内部混乱无序的血管网变得整齐而坚固，这样可以防止癌细胞进入血液从而扩散到身体别处。

图 5  REDD1 KO TAMs leads to glucose competition with tECs

Wenes, M. et al. Cell Metabolism（2016）

【总结】

癌症免疫治疗研究和应用中，巨噬细胞的重要性日益明显，极有可能成为下一轮癌症治疗的爆点。由于巨噬细胞调控胞内外信号通路以及肿瘤微环境的复杂性，相关的研究需要用到众多研究工具，其品质和方案成熟性将深刻影响研究进程。为满足您的需求，R&D Systems 精心备好了相关的研究工具和解决方案，点击查看详情>>

引文目录：

De Henau, O. et al. Overcoming resistance to checkpoint blockade therapy by targeting PI3Kγ in myeloid cells. Nature 539, 443–447（2016）。

Kaneda, M. M. et al. PI3Kγ is a molecular switch that controls immune suppression. Nature 539, 437–442（2016）。

Wenes, M. et al. Macrophage Metabolism Controls Tumor Blood Vessel Morphogenesis and Metastasis. Cell Metabolism 24, 701–715（2016）。

Zanganeh, S. et al. Iron oxide nanoparticles inhibit tumour growth by inducing pro-inflammatory macrophage polarization in tumour tissues. Nat Nano 11, 986–994（2016）。

Georgoudaki, A.-M. et al. Reprogramming Tumor-Associated Macrophages by Antibody Targeting Inhibits Cancer Progression and Metastasis. Cell Reports 15, 2000–2011（2016）。

Ruffell, B. & Coussens, L. M. Macrophages and Therapeutic Resistance in Cancer. Cancer Cell 27, 462–472（2015）。

Noy, R. & Pollard, J. W. Tumor-Associated Macrophages: From Mechanisms to Therapy. Immunity 41, 49–61（2014）。

Wynn, T. A., Chawla, A. & Pollard, J. W. Macrophage biology in development, homeostasis and disease. Nature 496, 445–455（2013）Patrussi L, Baldari CT. The CXCL12/CXCR4 axis as a therapeutic target in cancer and HIV-1 infection. Curr Med Chem. 2011Schmid, M. C. & Varner, J. A. Myeloid Cells in the Tumor Microenvironment: Modulation of Tumor Angiogenesis and Tumor Inflammation. J Oncol 2010