肿瘤中的异质性髓系细胞

前言

众所周知，淋巴细胞在肿瘤免疫监视中起着关键作用。而越来越多的证据表明，髓系细胞对肿瘤的发展也有很大的影响。肿瘤相关髓系细胞（TAMC）是异质性的，对肿瘤细胞和肿瘤微环境（TME）产生明显甚至相反的作用。此外，髓系细胞在调节淋巴细胞行为方面起着关键作用，导致免疫刺激或免疫抑制性TME，从而抑制或促进肿瘤发展。

研究最多的TAMC包括单核细胞、肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、树突状细胞（DC）、肿瘤相关中性粒细胞（TANs）和髓源性抑制细胞（MDSC）。它们参与多效性过程，包括肿瘤细胞的生长、存活、分化、播散和转移、血管生成、TME重塑、免疫调节和对癌症治疗的反应。了解TAMCs在肿瘤中的作用和机制将有助于发现新的治疗方法。

单核细胞

单核细胞是一组异质性的单核吞噬细胞，在炎症期间循环外周血中发挥先天免疫功能。大多数循环中的单核细胞是在人类表达CD14⁺CD16^-的经典型单核细胞和小鼠中的Ly6C^high细胞。从共同的单核细胞祖细胞（cMoP）分化而来，经典型单核细胞通过表达趋化因子受体，遵循趋化因子梯度，如CCL2和CCL7，离开骨髓。在稳态过程中，循环中的经典型单核细胞转化为中间型单核细胞，在人类中表达CD14⁺CD16⁺，在小鼠中表达Ly6C^int，随后转化为非经典型单核细胞，在人类中表达CD14^lowCD16⁺，在小鼠中表达Ly6C^low。在感染后，经典型单核细胞会迅速渗出炎症组织，对趋化因子、细胞因子和补体片段作出反应并介导抗菌作用，如吞噬作用。

在肿瘤发展的不同阶段，不同的单核细胞亚群表现出不同甚至相反的作用。

IFN-γ或IFN-α可上调人类单核细胞中肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）的表达，下调TRAIL受体2的表达，TRAIL介导肿瘤细胞凋亡而不损伤单核细胞。在经肿瘤细胞刺激后，人CD14+CD16+单核细胞增加促炎细胞因子TNF-α和IL-12的产生，减少抗炎细胞因子IL-10的产生，并对肿瘤细胞产生直接ADCC作用的细胞毒性。

此外，非经典型单核细胞以Fcγ依赖的方式在体外介导调节性T细胞（Treg）的细胞毒性。肾细胞癌（RCC）患者和小鼠模型中的循环单核细胞显示出促肿瘤基因特征，促血管生成因子IL-8、血管内皮生长因子（VEGF）以及基质金属蛋白酶（MPPs）的表达上调。功能研究表明，来自肾细胞癌单核细胞的培养基通过阻断VEGF受体2（VEGFR2）促进血管生成，这表明肾细胞癌中的单核细胞具有VEGF依赖性促血管生成特性，并通过重塑TME促进肿瘤细胞的侵袭。

从机制上讲，经典型单核细胞产生VEGF，促进肿瘤细胞外渗，导致转移。相比之下，非经典型单核细胞在吞噬肿瘤细胞衍生微粒后被激活，从而减少肿瘤细胞的转移。这表明经典型单核细胞具有促转移作用，而非经典型单核细胞具有抗转移作用。

肿瘤相关巨噬细胞

TAM在功能上是异质性的，分为两个主要亚群，M1和M2巨噬细胞。在对脂多糖（LPS）、IFN-γ和GM-CSF的反应中，M1巨噬细胞经历经典激活并优先分泌抗菌分子和促炎细胞因子，包括活性氧（ROS）、一氧化氮（NO）和IL-6。M1巨噬细胞是抵抗微生物感染的第一道防线。M1巨噬细胞还保持强大的抗原呈递能力，诱导强烈的Th1反应。

相反，M2巨噬细胞受IL-4、IL-13、IL-10和CSF-1的作用经历选择性激活，并优先分泌抗炎细胞因子，包括转化生长因子β（TGF-β）、IL-10以及蛋白酶（如精氨酸酶-1和MPPs）。M2巨噬细胞在限制免疫反应、诱导血管生成和组织修复方面起着关键作用。因此，M2样TAM的存在与促肿瘤活性相关，而M1样TAM的存在与抗肿瘤活性相关。

TAM通过分泌促炎症介质，如TNF-α和ROS，创造有利于肿瘤启动的诱变微环境。

在非小细胞肺癌患者中，免疫检查点配体PD-L1的表达在肿瘤浸润性免疫细胞中上调，其中富含M2样TAM。机理研究表明，暴露于乳酸后，TAMs上PD-L1的表达上调。PD-L1与T细胞上PD-1的相互作用抑制了T细胞增殖并诱导T细胞凋亡，从而导致免疫耐受。同时，TAM通过表达PD-L1和分泌抗炎细胞因子IL-10抑制CD4+辅助性T细胞的扩增。

另外， TAM通过分泌趋化因子CCL22以招募Treg，通过分泌TGF-β，来增强Treg的功能。人类TAM还分泌表皮生长因子（EGF）以增强肿瘤细胞的侵袭性。TAM均上调MMP，MMP降解间质胶原，上调胶原的合成和组装，以重塑TME，有利于肿瘤细胞的侵袭。

树突状细胞

树突状细胞是最有效的抗原呈递细胞（APCs），连接先天免疫和适应性免疫。DC在生理条件下具有表型和功能异质性。作为对微生物感染的反应，细胞外微生物蛋白通常被成熟DC吞噬或内吞，并通过II类主要组织相容性复合体（MHC）分子呈现给CD4+T细胞。相反，胞浆微生物蛋白通常通过I类MHC分子呈现给CD8+T细胞。渗透到TME中的DC包括处于不同发育阶段的不同亚群。这些肿瘤相关树突状细胞根据树突状细胞亚群和肿瘤分期发挥免疫刺激或免疫抑制作用。

传统DC（cDC）

cDC由两个表型和功能不同的亚群组成。人cDC1表达CD11c、MHC-II、BDCA3、CD141、XCR1、CLEC9A和DNGR1。人cDC1表达toll样受体（TLR）并分泌促炎性细胞因子，包括IL-12p70和IFN-α，以响应感染诱导Th1反应。cDC1刺激抗肿瘤免疫反应，cDC1特异性基因标记一直被用作癌症患者的积极预后标志物，cDC1在肿瘤中的存在与良好的临床结果相关。

cDC2更丰富，表达CD11c、MHC-II、BDCA1、CD172a（SIRPα）、CD115（CSF-1R）和CD11b。人cDC2产生各种细胞因子，如IL-10和IL-23，并将抗原呈递给CD4+辅助性T细胞，从而激活效应性T细胞，包括Th2细胞和Th17细胞。cDC1启动dLN不同区域的CD8+T细胞，而cDC2启动dLN不同区域的CD4+T细胞。尽管cDC2激活的效应T细胞主要是导致免疫耐受的Treg但在人类和小鼠模型中，cDC2基因标记的表达与阳性预后相关。因此，cDC1和cDC2都有利于抗肿瘤免疫。

浆细胞样DC（pDC）

与分泌抗体的浆细胞具有相同形态的DC称为pDC。人pDC为CD123+CD303+CD304+CD11c−, 在应对病毒感染时，pDC通过TLR识别病毒核酸，分泌I型干扰素IFN-α，并在抗病毒防御中发挥关键作用。然而肿瘤浸润性pDC会导致IFN-α的减少并维持了体内FoxP3+Tregs的扩增，促进了免疫耐受和肿瘤的进展。此外，黑色素瘤患者中的pDC表达吲哚胺2,3-双加氧酶，可消耗色氨酸, 导致T细胞无能和免疫耐受。表明pDC可诱导免疫抑制性免疫反应。

除了免疫抑制作用外，一些研究表明pDC可诱导免疫刺激反应。CD123+pDC位于原发性黑色素瘤的瘤周区域，与CD8+T细胞密切接触。功能分析显示，人和小鼠pDC均能激发CD8+T细胞，导致其活化并分化为细胞溶解性和产生IFN-γ的效应T细胞，并使体内肿瘤消退。

TME的人CD2^highpDC表达高水平的颗粒酶B、TRAIL和溶菌酶，限制肿瘤细胞的增殖并介导肿瘤细胞的接触依赖性杀伤。此外，CD2^highPDC也能有效分泌IL-12p40，它能刺激幼稚T细胞，导致T细胞扩增和免疫反应。因此，pDC在肿瘤发展过程中既发挥促肿瘤作用，又发挥抗肿瘤作用。

单核细胞源性DC（MoDC）

作为对感染的反应，循环单核细胞进入组织并分化为DC, 这些DC称为MoDC或炎性DC（inf DC），在人类中表达CD1a、BDCA1、CD11c、MHC II和CD64。在某些癌症的TME中观察到MoDC，MODC能够有效表达TNF-α和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）, iNOS介导产生的NO抑制T细胞增殖，表明MoDCs诱导免疫抑制反应。此外，在淋巴瘤小鼠模型中，过继转移的CD8+T细胞介导的抗肿瘤作用依赖于DC表达的一氧化氮合酶2（NOS2），提示MODC具有免疫刺激作用。因此，MoDC在肿瘤中的功能需要进一步研究。

粒细胞

癌症相关循环中性粒细胞

中性粒细胞是一种多形核吞噬细胞，在外周血循环中具有抵抗微生物病原体的天然免疫功能。在癌症患者中，尤其是晚期和转移后，循环中性粒细胞数量增加，高中性粒细胞与淋巴细胞比率（NLR）与侵袭性结局相关。

这些癌症相关的循环中性粒细胞包括功能上不均一的亚群。高密度中性粒细胞（HDN）是一组同质的成熟中性粒细胞，在人类中表达CD66b、CD11b、CD15、CD16和CD10。低密度中性粒细胞（LDN）是一组异质性细胞，具有两个基于发育阶段的主要亚群，即来源于HDN的成熟中性粒细胞和未成熟MDSC。在无肿瘤小鼠中，95%以上的循环中性粒细胞是HDN。在荷瘤小鼠中，如乳腺癌、间皮瘤和肺癌，循环中性粒细胞（尤其是LDN）的数量随着肿瘤进展而增加。

CD11b+MMP+HDN在肿瘤转移前的肺中积聚，并通过释放ROS介导针对肿瘤细胞的直接细胞毒性。相比之下，LDN显示活性氧生成减少，对肿瘤细胞无细胞毒性，对初始肿瘤生长无显著影响。机制研究表明，LDN通过下调促炎细胞因子的表达和限制CD8+T细胞的增殖诱导支持性TME。这表明HDN具有抗肿瘤作用，而LDN具有促肿瘤作用。

肿瘤相关中性粒细胞（TAN）

除了与肿瘤相关的循环中性粒细胞外，TAN在肿瘤发展和转移中也起着关键作用。

多项研究表明，TME中的TAN促进肿瘤细胞的增殖、外渗和迁移。TAN可释放颗粒成分，如弹性蛋白酶，以促进癌细胞的增殖和侵袭。TAN还通过分泌IL-1β和MPPs促进肿瘤细胞向转移前龛的外渗，从而促进癌细胞的扩散。除了促肿瘤作用外，TAN还通过产生ROS和TRAIL来介导肿瘤细胞的细胞毒性。

具有抗肿瘤作用的中性粒细胞被称为“N1”TAN，而具有促肿瘤作用的中性粒细胞被称为“N2”TAN。研究表明，TME通过分泌各种细胞因子影响N1和N2亚群的平衡，例如，TGF-β、IL-6、G-CSF和IL-35可诱导TAN的促肿瘤极化，IFN-β和IL-12可诱导TAN的抗肿瘤极化。研究还表明，TAN与TME中的淋巴细胞相互作用并调节其功能。在4T1荷瘤小鼠中，N2 TAN抑制NK细胞介导的肿瘤细胞清除，从而促进肿瘤转移。N2 TAN还通过分泌CCL17将Treg招募到TME中，从而促进肿瘤生长。相反，N1 TAN产生趋化因子，如CCL3、CXCL9、CXCL10，将CD8+T细胞招募到TME中，并分泌细胞因子（如IL-12、TNF-α和GM-CSF），以激活CD8+T细胞的细胞毒性，从而提供抗肿瘤作用。

其他类型的粒细胞

除了中性粒细胞，其他类型的粒细胞，如嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞也会影响肿瘤。嗜酸性粒细胞在抵抗蠕虫感染和过敏性疾病方面的作用是众所周知的。在体外，人和小鼠嗜酸性粒细胞对各种癌细胞都表现出直接的细胞毒性，此外，嗜酸性粒细胞还通过分泌促炎细胞因子（如TNF-α）对癌细胞表现出间接的细胞毒性，表明嗜酸性粒细胞具有抗肿瘤活性。

慢性粒细胞白血病（CML）患者嗜碱性粒细胞的生长与不良预后和AML转化相关。机制研究表明，嗜碱性粒细胞分泌肝细胞生长因子（HGF），导致CML细胞扩张，这些研究表明，嗜碱性粒细胞可能参与疾病演变为高危血液系统恶性肿瘤。另一方面，嗜碱性粒细胞水平高的黑色素瘤患者在免疫治疗后表现出更好的总体生存率，表明嗜碱性粒细胞具有抗肿瘤的潜力。因此，嗜碱性粒细胞在肿瘤中的作用尚不清楚，需要更多的研究。

髓源性抑制细胞

MDSCs是一组异质性的髓系祖细胞和处于不同发育阶段的未成熟髓系细胞。人MDSC表达CD14−, CD11b+、CD33+和II类MHC−, 在癌症患者中，循环中的MDSC数量增加，而MDSC在TME中的浸润与不良预后相关。

MDSC在肿瘤进展和转移过程中发挥各种促肿瘤作用。MDSCs可以增强肿瘤干细胞，为肿瘤细胞提供促生存信号。TME中积累的MDSCs产生MMP9，促进肿瘤生长和肿瘤血管系统。MDSC还分泌产生TGF-β、EGF和HGF，以诱导上皮-间充质转化（EMT），促进癌细胞扩散。

MDSC的主要特点是抑制免疫细胞的功能，重点是T细胞。MDSCs通过下调IL-2、INF-γ和颗粒酶B的表达抑制T细胞的增殖并抑制其功能，MDSCs还可减少抗原特异性CD8+T细胞的数量，并抑制CD8+T细胞的细胞毒性。MDSC通过从细胞外空间隔离半胱氨酸来限制T细胞的半胱氨酸供应，从而抑制T细胞的扩张。MDSC还通过硝化TCR/CD8破坏T细胞受体与MHC抗原复合物的结合，导致T细胞无能。

MDSC由两个主要亚群体组成。粒细胞MDSC（GrMDSCs）和单核细胞MDSCs（MoMDSCs）。GrMDSCs在表型和形态上与中性粒细胞相似，表达CD11b+CD33+CD14-CD15+。在荷瘤小鼠中，GrMDSCs表现出较低水平的吞噬作用，但精氨酸酶-1、髓过氧化物酶（MPO）和活性氧的激活或产生水平较高，从而抑制T细胞功能。

MoMDSCs在表型和形态上与单核细胞相似，在人类中表达CD14⁺HLA-DR^low。与单核细胞相比，MoMDSC表现出高水平的精氨酸酶-1和NO的激活或产生，NO损害IL-2下游信号通路，包括JAK3/STAT5、ERK和AKT，从而抑制T细胞的活化和增殖。

GrMDSCs和MoMDSCs均抑制卵清蛋白驱动的CD8+T细胞增殖，表明抗原特异性免疫抑制作用。阻断IFN-γ可完全逆转GrMDSCs对T细胞的抑制作用，但仅部分逆转MoMDSCs对T细胞的抑制作用，表明GrMDSCs以IFN-γ依赖的方式介导免疫抑制。对iNOS的抑制部分逆转了MoMDSC对T细胞的抑制作用，但并未改变GrMDSCs对T细胞的抑制作用，表明MoMDSC通过IFN-γ和iNOS/no途径抑制T细胞增殖。此外，由MoMDSC分化的巨噬细胞抑制由抗CD3抗体驱动的CD8+T细胞增殖，表明抗原非特异性免疫抑制。总之，GrMDSCs和MoMDSCs都有助于T细胞的免疫抑制。

肿瘤治疗中的TAMC

化疗

越来越多的证据表明TAMCs有助于化疗耐药性。以TAMC为靶点的单一疗法或联合化疗的治疗方法正在临床前和临床中进行试验。在TAMC的异质群体中，TAMs和MDSC主要是促肿瘤和免疫抑制的，因此正在不同的肿瘤中进行测试。

TAM被CSF-1招募到TME中，促进乳腺癌的发展和转移。因此，用单克隆抗体或小分子化合物靶向CSF-1/CSF-1R轴的治疗方法正在试验中。RG7155是一种靶向CSF-1R的单克隆抗体，在一项1期临床试验（NCT01494688）中对7名诊断为弥漫型巨细胞瘤的患者进行治疗，所有患者均出现PR，2名患者出现CR。此外，在RG7155治疗的患者肿瘤活检中，CD68+CD163+巨噬细胞的数量减少，表明TAM向TME的募集减少。

靶向CSF-1R、c-Kit和Flt3的酪氨酸激酶抑制剂PLX3397通过使TAM的M2表型去极化来阻断肿瘤进展。PLX3397正在包括黑色素瘤（NCT02071940、NCT02975700）、前列腺癌（NCT0149043）和胶质母细胞瘤（NCT01349036）患者中进行临床试验。其他CSF-1R抑制剂，如ARRY-382（NCT01316822）、BLZ945（NCT02829723）、AMG820（NCT01444404）和IMC-CS4（NCT01346358）也正在各种实体瘤患者中进行测试。

除了单药治疗外，针对CSF-1或CSF-1R的抑制剂还与化疗联合进行测试。例如，PLX3397与紫杉醇联合用于晚期实体瘤患者（NCT01525602）；PLX3397与eribulin联合用于乳腺癌患者的试验（NCT01596751）；PLX3397与vemurafenib用于BRAF突变黑色素瘤患者（NCT01826448）；PLX3397联合sirolimus用于晚期肉瘤患者（ NCT02584647）等。

免疫疗法

越来越多的研究表明，MDSC和TAM等TAMC有助于抵抗免疫检查点抑制剂，针对MDSC和TAM的发育、募集和功能的治疗方法可能提高对检查点抑制剂治疗的敏感性。

CXCR2是招募MDSC到TME的主要趋化因子受体，抑制CXCR2可减少MDSC向TME的浸润，从而增强抗肿瘤作用。SX-682是CXCR1/2的抑制剂，SC-682正与nivolumab联合用于转移性胰腺导管腺癌患者的治疗（NCT04477343）。此外，SC-682还与抗PD-1的单克隆抗体pembrolizumab联合用于转移性黑色素瘤患者（NCT03161431）。

除了靶向MDSCs外，还通过抑制CSF-1/CSF-1R轴靶向TAM的招募。IMC-CS4与durvalumab或tremelimumab联合用于实体瘤患者的临床试验（NCT02718911）正在进行中。还有PLX3397与pembrolizumab联合用于各种肿瘤患者的1期临床试验（NCT02452424），ARRY-382与pembrolizumab的联合试验（NCT02880371），BLZ945与PDR001（一种针对PD-1的单克隆抗体）的联合试验（NCT02829723），RG7155与atezolizumab的联合试验（NCT02323191），以及AMG820与使用pembrolizumab的联合试验（NCT02713529）。

小结

越来越多的研究表明TAMCs在肿瘤发展、转移、免疫调节、肿瘤血管形成、TME重塑和癌症治疗反应中起着关键作用。调节这些髓系细胞的发育、成熟和功能有助于发现新的治疗策略。

然而，由于各种亚群的复杂性和可变性，这些髓系细胞往往执行重叠或相反的功能。此外，控制TAMCs行为的分子机制尚不清楚。未来的研究应侧重于进一步阐明不同癌症中髓系细胞各亚群的功能，并确定其促肿瘤和抗肿瘤活性相关的分子机制。

参考文献：

1.Heterogeneous Myeloid Cells in Tumors. Cancers(Basel). 2021 Aug; 13(15): 3772.