Nat Rev | 巨噬细胞作为癌症治疗的工具和靶点
原创 huacishu 图灵基因 2022-08-24 10:23 发表于江苏
收录于合集#前沿分子生物学机制
撰文：huacishu
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亮点：
1、作者回顾了利用巨噬细胞作为癌症治疗工具和靶点的策略，包括TAM在传统抗癌治疗和检查点阻断中的作用，重塑和激活TAM的策略，代谢方法和巨噬细胞治疗；
2、作者指出巨噬细胞为中心的治疗策略有可能补充和协同目前肿瘤的临床疗法。
意大利人文大学Alberto Mantovani教授课题组在国际知名期刊Nat Rev Drug Discov在线发表题为“Macrophages as tools and targets in cancer therapy”的论文。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、转移和免疫抑制以及对化疗药物的耐药性和检查点阻断免疫治疗中发挥作用。适当激活时，巨噬细胞可以介导癌细胞的吞噬和细胞毒性肿瘤杀伤，并与先天性和适应性免疫系统的组成部分进行有效的双向相互作用。因此，它们已成为癌症治疗中的治疗靶点。
巨噬细胞靶向策略包括参与肿瘤促进髓系细胞募集和极化的细胞因子和趋化因子的抑制剂，以及其抗肿瘤和免疫刺激功能的激活剂。早期临床试验表明，针对髓系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细胞。以巨噬细胞为中心的治疗策略有可能补充和协同目前肿瘤的临床疗法。
肿瘤微环境（TME）为癌症的发生和发展提供了重要的生态位。炎症细胞和介质是TME的关键通用成分，肿瘤相关巨噬细胞（TAM）已成为炎症和癌症之间联系的范例。在不同组织的癌症中，TME的炎症成分具有多样性。然而，骨髓单核细胞的浸润，特别是单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞，是癌症的共同特征。
在骨髓单核细胞中，巨噬细胞是一把双刃剑，在癌症中具有双重潜能。巨噬细胞有可能杀死肿瘤细胞，介导抗体依赖性细胞毒性和吞噬作用，引发血管损伤和肿瘤坏死，并激活先天性或适应性淋巴细胞介导的肿瘤抗性机制。相反，在大多数已建立的肿瘤中，巨噬细胞通过各种机制促进癌症进展和转移，包括促进癌细胞存活和增殖、血管生成以及抑制先天性和适应性免疫反应（图1）。
专门针对巨噬细胞的策略，包括设计用于细胞治疗的单核吞噬细胞，如嵌合抗原受体巨噬细胞（CAR-M），已进入临床评估。正在接受临床评估的治疗方法包括广泛的策略，从靶向招募和分化到通过激活或抑制（检查点）受体进行功能重编程，后者取得了较好的结果。在此，作者将回顾利用巨噬细胞作为癌症治疗工具和靶点的策略，包括TAM在传统抗癌治疗和检查点阻断中的作用，重塑和激活TAM的策略，代谢方法和巨噬细胞治疗。
TAM多样性与预后
长期以来，人们一直认为TAM来源于骨髓（BM）衍生的单核细胞前体。然而，TRM除了BM衍生的前体外，还可能维持TAM水平（图1）。巨噬细胞通过肿瘤细胞、极化的2型适应性免疫应答、B细胞、基质成纤维细胞和巨噬细胞自身产生的信号被募集并设置为肿瘤促进模式。参与TAM招募和培养的分子包括转化生长因子-β（TGFβ）、巨噬细胞集落刺激因子1（CSF1）、趋化因子如CCL2、细胞因子如IL-4和IL-1、受体识别的抗免疫球蛋白G（FcγR）Fc部分的免疫复合物和补体（图1）。
更好地理解导致TAM募集的途径为制定以巨噬细胞为中心的治疗策略提供了基础。通过常规免疫组织学、分子标记或单细胞分析评估的巨噬细胞浸润的负面预后意义，推动了巨噬细胞靶向策略的临床评估。
常规癌症治疗中的TAM
巨噬细胞在不同抗癌方式的活动中具有重要的双重作用，包括化疗、放疗、抗血管生成和激素治疗以及免疫检查点阻断（ICB）免疫治疗。一些选定的化疗药物（如阿霉素）诱导肿瘤抗原和佐剂分子的释放，这一过程称为免疫原性细胞死亡，使巨噬细胞参与富有成效的癌症免疫循环。其他细胞还原疗法通过消耗巨噬细胞来靶向它们。
选定的抗癌药物可以逆转TAM极化，导致对治疗的反应增加。对于通过产生活性氧（ROS）诱导DNA损伤的药物，肠道微生物组可以激发肿瘤内单核吞噬细胞产生ROS，积极调节这些药物的疗效。在放射治疗的情况下，在乳腺癌和黑色素瘤小鼠模型中，真菌的消耗增强了对辐射的反应性。在这种情况下，巨噬细胞的作用是通过抗癌治疗、协同杀死肿瘤细胞以及自身作为靶点来促进适应性免疫反应的激活。
TAMs和ICB免疫治疗
释放T细胞介导的1型免疫应答是ICB免疫治疗的基石。骨髓单核细胞是免疫抑制回路的主要协调者，是ICB反应的重要决定因素，并与耐药性和治疗密切相关。骨髓单核细胞通过表达多种免疫抑制分子，包括检查点配体，如PDL1、PDL2、CD80和CD86，是对ICB产生原发性和适应性抗性的肿瘤外源性途径的一部分（图1）。
重塑TAM
TAM的功能重新编程可以通过不同的策略实现（图2）。
以TAM招募和积累为目标
趋化因子和CSF1在肿瘤中单核细胞的募集和形成及其在TME中的功能方面起着重要作用。几项临床前模型研究证明，抑制CSF1R可降低TAM的密度和肿瘤生长，并提高对化疗的敏感性。科学家还发现一种通过利用CAR T细胞对巨噬细胞的细胞毒性来减少肿瘤中TAM数量的方法。但是，靶向TAM募集策略也面临着诸多障碍，如中性粒细胞的代偿性积聚，这可能起到免疫抑制作用。
炎症小体和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免疫抑制，包括促进紧急造血和骨髓间充质干细胞的生成和募集，以及促进TAM免疫抑制和肿瘤促进功能。
mRNA和microRNA
体外转录的mRNA作为一种潜在的新药，用于诱导效应分子或重编程细胞的产生。被配制成可注射纳米载体的mRNA已被用于将TAM基因重新编程为抗肿瘤效应器。MicroRNA（miRNA）是小的非编码RNA分子，在调节转录后基因表达中起着重要作用。miRNA已成为巨噬细胞分化和极化的关键调节剂，包括TAM。基于miRNA的癌症治疗已经在具有多种递送策略的实验性肿瘤模型中进行了测试。到目前为止，还没有使用miRNA递送来重新编程肿瘤巨噬细胞的临床试验。
巨噬细胞活化
M1样巨噬细胞的杀瘤活性由感受微生物分子和细胞因子（如IFNγ）的受体触发。下面将重点介绍三类巨噬细胞激活剂（图2）：
CD40
CD40受体是在抗原呈递细胞（包括巨噬细胞）上表达的TNF受体家族的成员。当与活化的辅助性T淋巴细胞表面表达的特异性配体CD40L结合时，它触发TNF、ROS和活性氮物质的产生。这些因子介导巨噬细胞的杀菌和杀瘤活性。
Toll样受体
toll样受体（TLR）激活免疫刺激反应，并且该方法已用于绕过肿瘤中巨噬细胞的免疫抑制活性。科学家们研究了几种具有免疫刺激活性的TLR激动剂在不同肿瘤模型中对TAM的重新编程，显示出对肿瘤细胞的细胞毒性增加和免疫刺激细胞因子的产生。
干扰素基因刺激因子
干扰素基因刺激因子（STING）蛋白接收来自不同细胞质受体的输入，这些受体感测来自病原体以及内源性受损DNA的异位核苷酸，从而产生I型干扰素。因此，STING在抗肿瘤免疫反应中也起着关键作用。
髓样检查点和调节器
骨髓单核细胞的功能受到许多负调节因子的严格控制，这些负调节因子直接抑制或转移其效应器功能。其中一些分子（如信号调节蛋白-α（SIRPα）、唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素（SIGLEC）和白细胞免疫球蛋白类受体B（LILRB）家族的成员）被称为髓样检查点，类似于T细胞的调节分子（图3a）。这些在生理上用于保护宿主组织免受不必要的攻击的通路，导致免疫抑制和TAM组织营养功能的激活状态，以逃避免疫系统的识别并增殖。
SIRPα and CD47
CD47在正常细胞上表达，作为“不要吃我”的信号，指示表达SIRPα的单核吞噬细胞和中性粒细胞避免宿主细胞被去除。在许多癌症类型中，肿瘤细胞过度表达CD47，伪装成健康细胞并避免吞噬。CD47靶向方法包括抗CD47、SRF231、IBI188和抗SIRPα的抗体（图3b）。新的证据表明，结合是免疫策略成功的关键。破坏CD47–SIRPα轴的疗法的强度在于同时使巨噬细胞更具吞噬性并增加其抗原负荷，从而增强对T细胞的抗原呈递（图3b）。因此，CD47方法与T细胞检查点抑制剂结合可能具有协同效应，首先改善吞噬功能和抗原呈递，其次释放活化T细胞的反应。
SIGLEC家族
SIGLEC分子是结合唾液酸并参与细胞间相互作用的膜蛋白。这些蛋白质在其细胞质尾部含有酪氨酸基抑制受体基序（ITIM），通常是抑制和抑制激活信号的免疫受体的组成部分，从而调节若干免疫细胞的功能。
LILRB家族
MHC I类分子的下调可能是癌细胞逃避T细胞识别的最著名机制之一。然而，肿瘤细胞可以通过与LILRB家族成员相互作用，利用MHC I类作为逃避吞噬的机制。LILRB1是一种MHC结合蛋白，在免疫细胞上广泛表达，并在TAM上富集；它含有ITIM基序并转导抑制信号。LILRB表达与抑制癌细胞的吞噬功能相关。
清道夫受体
几种类型的清除受体在TAM中大量表达，它们的靶向性是增强促炎开关的一种选择（图2）。
临床证据表明，表达清道夫受体CD163的巨噬细胞与多种癌症的肿瘤进展之间存在显著相关性。
PD1
通过TAMs表达PD1抑制吞噬和肿瘤免疫，扭转了PD1–PDL1轴作为特异性T细胞检查点的传统观点。因此，癌细胞上的PDL1表达可同时避免T细胞毒性和巨噬细胞介导的吞噬作用，表明阻断该轴可能通过适应性和先天机制释放抗肿瘤免疫。由PD1对巨噬细胞的作用触发的吞噬抑制机制尚未阐明，诱导PD1上调的信号也尚未阐明。
TREM2
髓样细胞2上表达的触发受体（TREM2）由多种组织的巨噬细胞表达，并在人和小鼠肿瘤中的TAMs上上调，其中TREM2+巨噬细胞的靶向限制了肿瘤生长并使抗PD1治疗的反应敏感。
PSGL1
PSGL1在造血来源的细胞中广泛表达，在巨噬细胞中被M2极化信号强烈上调，在TAM中高水平表达。
靶向TAM代谢
转录因子、表观遗传修饰和mRNA网络是巨噬细胞可塑性和极化激活的基础。巨噬细胞功能的下游重组涉及氨基酸、脂质和铁代谢的变化。这种复杂的级联反应提供了重新编程巨噬细胞功能的潜在靶点。通过抑制IIa类组蛋白去乙酰化酶（HDACs）进行表观遗传调节是利用巨噬细胞抗肿瘤潜力的一种有前途的方法。TMP195被鉴定为选择性IIa类HDAC抑制剂，能够修饰巨噬细胞的转录谱。在临床前乳腺癌模型中，TMP195导致巨噬细胞介导的肿瘤生长减少。
巨噬细胞治疗
CAR T细胞在血液系统恶性肿瘤的治疗中是有效的，但进入实体瘤是基于T细胞的细胞治疗的阻碍。考虑到单核吞噬细胞不断进入肿瘤，基于巨噬细胞的细胞疗法可以克服这一限制。人类CAR-M有识别血清癌胚抗原相关细胞粘附分子5（CEACAM5）、CD19、CD22、HER2和CD514的受体，可攻击造血和实体肿瘤（图4）。CAR-M细胞介导吞噬作用，以稳定的方式表达M1功能，并向原发性和转移性肿瘤转移。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。
结论
巨噬细胞是TME的普遍组成部分，与癌细胞、基质和免疫活性细胞进行复杂的相互作用。最近发现，胶质母细胞瘤细胞获得髓系遗传程序的表达，说明了巨噬细胞在癌症发生和癌症进展中的基本作用。
从化疗到ICB免疫治疗，巨噬细胞在当前治疗模式的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抵抗。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，但迄今为止尚未产生重大的治疗效果。TAM免疫生物学治疗转化的阻碍包括肿瘤中单核吞噬细胞的多样性和可塑性。在单细胞水平上对TAM多样性及其个体发生关系的剖析可以为选择性地耗尽肿瘤促进和肿瘤抑制亚群的策略提供新的观点。
虽然巨噬细胞浸润是具有共同特性的不同肿瘤的共同特征，但有证据表明TAM表型和在不同器官中产生或传播的肿瘤中的作用存在显著差异。此外，原发部位或转移病灶的组织固有特性在一定程度上影响了炎症微环境的特征。因此，TAM的开发可能必须考虑肿瘤原发和继发定位的组织背景。
巨噬细胞功能由表面受体调节，其中一些受体抑制效应器功能或使其向不适当的方向倾斜。这些髓单核细胞功能调节因子属于不同的分子类别，是明显的治疗靶点。针对CD47–SIRP1α轴、LILRB2和CLEER 1的单克隆抗体的早期临床试验首次给出了阳性结果。这些阳性反应虽然仍处于早期阶段，但可能预示着髓系检查点免疫治疗的曙光。正在计划在肺癌高危人群中使用抗IL-1β单克隆抗体的试验。口服活性炎症小体抑制剂，如果被证明在常规炎症条件下安全有效，可能是药物预防工作的理想选择。
教授介绍
AlbertoMantovani博士是意大利人文大学病理学教授，也是临床人文研究所的科学主任。他的注意力集中在先天免疫和炎症的分子机制上。他为免疫学领域的知识进步做出了贡献，并识别了新的分子和功能。由于他的研究活动，他获得了多个国家和国际奖项，如欧洲癌症研究所组织三年一度的OECI奖、免疫治疗贡献奖、美国-意大利癌症基金会（AICF）医学卓越奖，以及美国癌症研究协会奖，表彰其在癌症研究方面的杰出成就。发表的文章也证明了他的贡献的广泛影响。截至2019年11月，他有超过115900（Scopus）、108900（科学网）或166900（谷歌学者）的引用，H指数为163（Scopu）、161（科学网）、187（谷歌学者）。
参考文献
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.