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肿瘤相关巨噬细胞在三阴性乳腺癌中的研究进展

2023-04-05赵治宇吴长君哈尔滨医科大学附属第一医院哈尔滨150001

中国免疫学杂志 2023年2期
关键词:极化靶向粒子

隋 阳 赵治宇 吴长君 (哈尔滨医科大学附属第一医院,哈尔滨 150001)

三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer,TNBC)指雌激素受体、孕激素受体、人类表皮生长因子-2受体均为阴性的乳腺癌亚型,占浸润性乳腺癌的12%~17%[1]。相较于其他乳腺癌亚型,TNBC 复发率与转移率最高[2]。目前TNBC 治疗多以化疗为主[3]。受限于严重全身毒副作用、靶向性较差和耐药性,转移患者化疗疗效甚微。针对TNBC 的特殊性,寻找一种独特有效的治疗策略迫在眉睫。

MATHOT 等[4]针对肿瘤细胞及其微环境关系的“种子-土壤”理论使肿瘤治疗不再局限于肿瘤自身,而是转向基于肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)干扰与重塑的肿瘤治疗新策略。随着TME 研究不断深入,学者们发现TME 中的免疫细胞在肿瘤进展中有着复杂且不可忽视的作用。众多免疫细胞中,肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages,TAMs)是最主要的成分,可占实体肿瘤成分的50%以上[5]。TAMs 参与了TNBC 从发生到转移的全过程,且在判断TNBC 无病生存期及总生存期方面具有潜在价值[6-8]。鉴于此,本文仅就TAMs 在TNBC进展与治疗中的作用进行综述。

1 TAMs极化及其诱导

骨髓来源巨噬细胞循环前体在受到肿瘤细胞表达的炎症递质及趋化因子(CCL12、CSF-1、VEGF等)作用下,被募集到TME 中参与肿瘤免疫应答[9]。被募集的TAMs 在不同激活条件下可分化为表型及功能不同的巨噬细胞:在脂多糖(LPS)、IFN-γ 等刺激下,TAM 活化为经典途径激活巨噬细胞(M1 型);在IL-10、TGF-β 等抗炎因子刺激下,TAM 活化为非经典途径激活巨噬细胞(M2型)[10]。M1型巨噬细胞是高效的促炎免疫效应细胞,在损伤或炎症激活后释放超氧阴离子和氮自由基充分发挥其细胞外杀伤作用,并将抗原呈递给T细胞触发抗肿瘤效应[11]。而M2 型巨噬细胞则具有修复损伤组织、抑制炎症反应的肿瘤免疫负向调节作用[12]。肿瘤环境中,IL-10 和TGF-β可实现M1型向M2型转化[13]。

受肿瘤细胞外基质相互作用影响,研究发现肿瘤组织内TAMs 倾向于向M2 型极化,TNBC 也不例外[14-16]。STEENBURGGE等[17]将巨噬细胞RAW264.7与TNBC 细胞4T1 共同接种于小鼠乳腺导管模拟TNBC 从原位癌进展至浸润性癌过程,发现细胞接种到肿瘤细胞突破导管基底膜过程中,相较于单独接种巨噬细胞组,共同接种组M1 型巨噬细胞相关细胞因子IL-12 表达明显下降,M2 型巨噬细胞相关细胞因子TGF-β1 水平显著升高,并伴有淋巴结及远处肺转移,研究中还观察到小鼠外周血中MMP-8及VEGF 水平升高,MMP-8 及VEGF 是重要的M1/M2 极化的诱导因子,因此推测在肿瘤细胞诱导下,TAMs的M2型极化是一个交替的正反馈过程。

miRNA 是一类具有原癌和抑癌双重作用的非编码单链小分子[18]。研究表明,miRNA 通过参与TAMs 极化通路发挥原癌作用。MENG 等[19]将过表达miR-200c 的TNBC 细胞系MDA-MB-231 与巨噬细胞RAW264.7 共培养,M2 型TAMs 标志物CD206 表达增加,IL-10 表达上调,表明miR-200c 参与了TAM向M2 型极化的过程。而WENG 等[20]发现,miR-34a可诱导TAM 向M1 型极化。分别采用病毒转染MDA-MB-231 细胞mi-34a 和mi-34a 干扰片段,并与单核细胞THP-1 共孵育后发现,miR-34a 表达的癌细胞比miR-34a 抑制表达的癌细胞更易诱导THP-1向M1型巨噬细胞极化。

2 TAMs在TNBC进展中的作用

2.1 促进肿瘤血管新生 肿瘤血管生成是TNBC增殖与转移的必备环节,TAMs 在促进肿瘤血管生成方面扮演不可或缺的角色。乏氧是实体肿瘤重要特征之一,TNBC 中,乏氧可刺激缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)表达,进而激活HIF-CSF 通路,大量招募巨噬细胞至肿瘤区域,该过程是TME 中巨噬细胞募集的关键步骤[21]。募集的巨噬细胞可参与肿瘤血管生成各阶段,如巨噬细胞产生的基质金属蛋白酶与蛋白水解酶可重构细胞外基质为新生血管生成提供有利条件,巨噬细胞分泌的细胞因子(如EGF、VEGF、TNF-α、TGF-β 等)可为新生血管提供网络构架等[22-23]。

2.2 促进淋巴管形成 TME 中的巨噬细胞可促进淋巴管内皮细胞生长,为肿瘤淋巴转移提供支持。受肿瘤细胞诱导,巨噬细胞过表达β4 整合素,在β4整合素趋化下,巨噬细胞聚集黏附于淋巴管近端,其自身表达的TNF-β1 驱动淋巴内皮细胞收缩。此外聚集的巨噬细胞通过提高通透性、破坏周围组织进行淋巴管重构以实现肿瘤细胞经淋巴途径转移[24-25]。血管、淋巴管系统新生及重构是巨噬细胞组织修复功能的一部分,但在肿瘤环境中却提高了肿瘤侵袭性。

2.3 肿瘤免疫抑制与免疫逃逸 巨噬细胞具有强大的吞噬能力和抗原呈递能力,是连接固有免疫与适应性免疫的重要角色。TME 中,TAMs 由具有肿瘤杀伤功能的M1 型转变为具有组织修复功能的 M2 型,极大削弱了免疫系统对肿瘤的杀伤作用。M1型至M2型转化不仅限制了巨噬细胞固有的识别与吞噬能力,抑制了与其协同的CD4+T细胞及CD8+T 细胞肿瘤杀伤能力,还可激活Treg与辅助性T细胞,导致肿瘤免疫抑制[26]。

随着TAMs 中免疫检查点受体-程序性死亡 蛋白-1(programmed cell death protein 1,PD-1)及其配体PD-L1 研究深入,巨噬细胞在肿瘤免疫抑制及逃避中的作用也有了新的发现。PD-1 作为限制 T 细胞杀伤作用的调控因子,广泛存在于多种T 细胞。PD-L1 是PD-1 的受体,多表达于肿瘤细胞与巨噬细胞表面[27]。TNBC 细胞被证实高表达PD-L1,其肿瘤环境中的T 细胞杀伤作用受到明显抑制[28]。TNBC 肿瘤细胞激活后TAMs 的JAK-2/STAT3 通路被激活,PD-L1 表达升高,进一步抑制CD8+T 细胞的肿瘤杀伤作用[29]。另有研究表明,PD-1也可表达于TAMs 表面,且几乎表达于所有M2 型TAMs,高表达PD-1 的TAMs 吞噬能力减弱,一定程度上降低了抗肿瘤免疫作用,而阻断PD-1/PD-L1 可增强巨噬细胞吞噬能力,抑制肿瘤生长,有效延长荷瘤鼠生存期[30]。肿瘤细胞诱导下,TAMs 成为肿瘤免疫抑制与免疫逃逸的重要递质和调控因素。

2.4 促进TNBC 迁移和侵袭 TME 中,TAMs 高密度浸润提示较高的肿瘤侵袭性和转移风险[31]。JOYCE 等[32]研究发现,TAMs 分泌的基质金属蛋白酶、半胱氨酸组织蛋白酶和丝氨酸蛋白酶可水解细胞外基质,有利于肿瘤细胞向周围侵袭。另一方面TAMs 可通过参与上皮-间质转化增强肿瘤细胞干性,提高肿瘤细胞侵袭性。YANG 等[33]将不同表型巨噬细胞与MDA-MB-231细胞共孵育5 d后发现,与M1 型巨噬细胞共孵育细胞光镜下表现为鹅卵石样的上皮样细胞,而与M2 型巨噬细胞共孵育细胞则表现为更细长的间充质样细胞。此外,相较于与M2型巨噬细胞共孵育的肿瘤细胞,与M1 型共孵育的细胞E-钙黏蛋白表达显著升高,表明M1型TAMs 具有逆转上皮-间质转化的潜力,可在一定程度上降低肿瘤细胞侵袭性。

3 TAMs的临床意义

研究认为,TNBC 高密度的TAMs 浸润与不良预后相关,且预示较高的转移风险[34]。通过对172 例患者的肿瘤组织行TAMs 免疫组化染色发现,较高病理分级患者常伴有较高TAMs 浸润[35-36]。相较于低TAMs浸润患者,高TAMs浸润者总生存期和无病生存期显著缩短。

此外,浸润的TAMs 对化疗疗效也存在一定影响,阿霉素、铂类化合物、紫杉醇等常见TNBC 化疗药物均可激活TAMs,激活的TAMs 可促进受损肿瘤组织修复,进而诱导化疗耐受[37]。不仅如此,TAMs可产生大量IL-10,后者可抑制树突状细胞产生IL-12, 限制了以CD8+T 细胞为主的肿瘤免疫杀伤作用[38]。LITVIAKOV 等[39]选择CD68 作为TAMs 标志物以评估肿瘤中M1 型TAMs 和M2 型TAMs 数量,CCL18 和YKL-39 作为M2 型TAMs 特异标志物研究患者对蒽环类化疗药的反应性与CCL18、YKL-39 表达的关系,对68 例患者进行4~6 个疗程的蒽环类药物新辅助化疗发现,CCL8 及YKL-39 高表达者对新辅助化疗反应较差,而CD68 表达在反应良好组与反应不良组间无明显差异,可见相较于TAMs 数量,TAMs表型更适于成为化疗疗效指标。

4 TAMs靶向治疗

4.1 传统TAMs 靶向策略 近年TAMs 靶向治疗思路主要以抑制TAMs募集、TAMs耗竭、逆转TAMs极化为主。阻断趋化因子作用是抑制TAMs 募集的重要方法,目前研究靶标多为CCL2/CCR2[40-41]。CCL2/CCR2 轴激活可减少骨髓单核细胞动员,进而降低巨噬细胞在乳腺中的浸润。已有研究表明,曲贝替定、硼替佐米可通过降低血浆中CCL2 含量抑制巨噬细胞募集[42]。最近一项研究发现,CCL5可通过在残留肿瘤中招募巨噬细胞诱使乳腺癌复发,CCL5或可成为TNBC辅助化疗及遏制复发的重要靶点[43]。

以二磷酸盐为主的巨噬细胞凋亡诱导剂(如氯膦酸、唑来膦酸等)已被广泛用于TAMs 耗竭。二磷酸盐极易通过内吞作用被巨噬细胞捕获,内化的二磷酸盐可抑制FPP 合成酶活性,通过限制RAS 相关蛋白异戊烯化诱导巨噬细胞凋亡[44]。小鼠自发性乳腺癌模型中连续给予唑来膦酸治疗,可显著减少新生血管生成,降低TAMs密度,提高生存率[45]。

细胞因子可有效调控TAMs 极化方向。当TAMs 暴露于CD4+Th1 细胞分泌的细胞因子(如TNF、IL-12等)时,TAMs倾向于M1型极化[42]。NF-κB 通路是调节CD4+Th1 细胞因子转录的重要通路, LI 等[46]发现冬虫夏草提取物可通过激活NF-κB 通路促进TAMs向M1型极化,进而抑制TNBC进展。

4.2 TAMs 相关靶向纳米工程 肿瘤靶向纳米粒子是非常有前景的药物递送系统,具有高特异性、高渗透性和高相容性,不仅可增加肿瘤内部药物累积,增强药物抗肿瘤作用,还可减少药物对非靶向器官的细胞毒性作用,降低药物副作用。常用纳米粒子壳层材料以脂质体和聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]为主,而巨噬细胞来源分泌囊泡有良好组织相容性及靶向性,粒径小,相较于传统纳米粒子材料更能避免胞内溶酶体逃逸,增加胞质内药物累积,因此是非常有前景的纳米药物载体壳层。HANEY 等[47]利用超速离心法分离纯化巨噬细胞条件培养基中收获的胞外囊泡,并在不同条件下分别装载紫杉醇和阿霉素,构建了以巨噬细胞来源囊泡为递送系统的靶向纳米药物,体内和体外实验均显示出了良好的抗肿瘤作用。LI等[48]将去除包涵物质的巨噬细胞来源外泌体与装载阿霉素的PLGA 纳米颗粒混合,并通过孔径 100 nm 的聚碳酸酯多孔膜构建了粒径大小一致的复合纳米靶向粒子,不仅提高了靶向肿瘤细胞核的能力,促进药物核内累积,延长了药物体内半衰期,体内外肿瘤抑制作用也十分显著。TNBC 术后复发率高,相较于传统纳米粒子,巨噬细胞可受术后炎症因子及残留肿瘤干细胞双重趋化,克服了传统纳米粒子在术后肿瘤血运破坏后药物内渗及滞留效率降低障碍。基于TAM 的这项优势,QIU 等[49]将包裹紫杉醇和白藜芦醇的脂质体表面以八精氨酸(R8)修饰,并以巨噬细胞作为载体建立了一种“双引导”靶向给药系统,膜融合和炎症触发将药物输送到复发肿瘤细胞。TNBC 术后复发小鼠模型中,该纳米粒子表现出较好抑制作用,并下调肿瘤相关和炎症相关细胞因子水平。GONG 等[50]将巨噬细胞膜与4T1 细胞膜进行融合杂化,利用杂化膜包被DOX 的PLGA 纳米粒子,纳米粒子与巨噬细胞和癌细胞形成杂交膜偶联后,在炎症部位高度聚集并特异性靶向转移灶,抗转移率高达88.9%。杂化膜的多靶向能力为乳腺癌转移提供了有前景的治疗策略。将纳米粒子靶向给药系统用于传统TAMs 靶向策略也是目前研究热点。纳米粒子能够搭载药物、金属材料、小干扰RNA,并进一步组合,通过多种作用机制协同发挥作用干预TAMs。ZANGANEH 等[51]证明了FDA 批准的右旋糖酐包覆氧化铁纳米颗粒可通过铁氧化物介导的Fenton 反应产生ROS,介导TAMs 向M1 型巨噬细胞复极化,从而抑制乳腺癌进展和肺、肝转移。SUN 等[52]通过将包裹MnO 壳载DOX 孔碳纳米球内化到巨噬细胞,开发了一种增强化疗/化学动力协同治疗的巨噬细胞载体(MMDM)。由此产生的MMDM 可避免过早泄漏药物导致细胞功能障碍,并最大限度维持细胞活力。在肿瘤组织中积聚后,MMDM 可在近红外激光下被摧毁,使纳米颗粒从载体巨噬细胞中充分释放。释放的纳米颗粒可分解HO,在肿瘤微环境中产生O缓解肿瘤缺氧。同时,纳米颗粒MnO 壳层被细胞内谷胱甘肽还原为Mn,释放DOX,从而增强了Mn介导的类Fenton反应。TAMs 相关靶向纳米粒子研究具有广阔空间和前景。

5 小结与展望

TAMs 是肿瘤微环境重要组分,在浸润免疫细胞中占有很高比例。TAMs 通过调控肿瘤细胞免疫逃避、肿瘤血管及淋巴管生成等参与TNBC 发生、发展、转移全过程。TAMs 在TME 中转换表型促使TME 由抗肿瘤状态转为免疫抑制状态,这一动态变化使得TAMs 成为调控肿瘤行为与疗效评价反馈的重要环节。鉴于TAMs 在肿瘤进展中的重要作用,基于TAMs 的治疗策略应运而生。受TNBC 高异质性影响,仅针对单一TAMs 相关通路的靶向治疗无法达到良好疗效,未来基于TAMs 的多模式靶向治疗将成为研究热点。

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