当单细胞遇上巨噬细胞：肿瘤免疫治疗的新希望

巨噬细胞简介

1. 巨噬细胞的基本特征

巨噬细胞（Macrophages）是由骨髓造血干细胞衍生出的一种重要的免疫细胞，其是单核吞噬细胞系（Mononuclear Phagocyte System）的重要组成部分。“巨噬细胞”这个名词源自希腊语的‘makros’(指大的)和‘phagein’(指吞噬)，它凸显了这类细胞的特点，即具有较大的细胞体积，以及强大的自主吞噬能力，故能主动吞噬病原体、废物以及细胞碎片。

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巨噬细胞是人体免疫系统的重要组成部分，其主要功能如下：

1. 吞噬清除：巨噬细胞能够识别、吞噬和清除体内的病原体、死亡细胞或其他有害成分，帮助维持机体稳态；
2. 炎症反应：在感染或组织损伤发生时，巨噬细胞可诱导炎症反应，通过分泌炎症细胞因子，如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白介素(ILs)等，来吸引其他免疫细胞进入部位；
3. 强化适应免疫反应：巨噬细胞可以将捕获的抗原呈递给T细胞，引发特异性免疫反应。

2. 巨噬细胞的研究现状

目前关于巨噬细胞的研究主要围绕以下几个方面：

1. 巨噬细胞极化的机制：这是一个重要的研究领域，主要研究巨噬细胞如何在M1型（促炎巨噬细胞）和M2型（抗炎巨噬细胞）之间转换；
2. 巨噬细胞在疾病发展中的作用：研究者们正在深入探索巨噬细胞在各类疾病，包括感染性疾病、自身免疫病、心血管病、肥胖、肿瘤中所扮演的角色。
3. 巨噬细胞在疾病治疗中的应用：在一些疾病（如肿瘤）的治疗中尤其是免疫治疗，科学家们试图通过操纵巨噬细胞的功能来改善疾病的治疗效果。

值得注意的是，单细胞转录组测序（single-cell RNA-seq, scRNA-seq）的发展极大地推动了研究者们对巨噬细胞的全面认识。首先，scRNA-seq可以帮助研究者们理解微环境中巨噬细胞的多样性。本质上，巨噬细胞是一类可塑性很强的细胞群，可根据其所处微环境中的关键因素（如生长因子，炎症信号和代谢状态）而改变自身的形态和功能。其次，scRNA-seq还可以用来追踪巨噬细胞的起源和发育轨迹。通过比较不同阶段巨噬细胞的转录组图谱，研究者们构建了巨噬细胞的发育分化树，以追踪它们的起源和分化状态。最后，scRNA-seq为研究巨噬细胞在疾病中扮演的角色提供了关键工具。通过比较健康和病理组织中的巨噬细胞，研究者们可以发现新的治疗靶点并预测疾病进展。

毫无疑问，随着相关研究的逐步深入，巨噬细胞的多功能性和可塑性将在未来的基础医学和转化医学中发挥更大的作用。虽然目前关于巨噬细胞的研究已经取得了一些进展，但还有许多未知的领域等待我们去挖掘和探索，这也是该领域在国自然研究中热度持续不减的主要原因之一，下面小编就将以肿瘤研究为载体介绍如何利用巨噬细胞进行免疫治疗。

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巨噬细胞在肿瘤免疫治疗研究中的重要地位

巨噬细胞作为人体免疫系统中的一种具有吞噬功能的细胞，早已引起肿瘤免疫学家的关注，特别是在肿瘤微环境(TME)中。巨噬细胞在TME中的角色承担以及其与肿瘤细胞的相互影响不断被揭示，接下来我们就来谈谈巨噬细胞在肿瘤免疫治疗研究中的重要地位：

1. 巨噬细胞与肿瘤免疫微环境的关系：

巨噬细胞是一种多态性很强的细胞，可以根据其周围环境的因子发生极化转变。在肿瘤微环境中，根据刺激的不同，巨噬细胞可以被激活为M1型或M2型。M1型巨噬细胞具有强烈的抗肿瘤效应，能向周围环境释放一系列的炎症性细胞因子，比如TNF-α、IL-1b、IL-6、IL-12、IL-23、NO等，直接或间接发挥细胞毒性功能，杀灭肿瘤细胞。相反，M2型巨噬细胞则促进肿瘤生长。

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2. 巨噬细胞在肿瘤免疫治疗中的应用：

针对巨噬细胞—肿瘤细胞之间的关系，免疫治疗策略有多种可能的方向：

1. 通过激活M1型巨噬细胞的抗肿瘤活性，增强其对肿瘤的杀伤作用；
2. 转化肿瘤微环境中的M2型巨噬细胞为具有抗肿瘤活性的M1型巨噬细胞；
3. 阻断肿瘤相关巨噬细胞（tumour-associated macrophages，TAMs）对肿瘤的支持作用。

实际上，TAMs扮演着多重角色。临床前研究和临床试验结果表明，TAMs的数量和肿瘤患者的预后负相关，提示TAMs具有促进肿瘤进展的作用。TAMs主要分为炎性即经典活化型巨噬细胞（M1，由IFNγ和LPS刺激活化）以及抗炎即替代活化型巨噬细胞（M2，由IL-4和IL-13刺激活化）。在肿瘤发生初期，TAMs呈现出M1表型，随着肿瘤进展，TAMs逐渐极化为M2表型。M2表型的TAMs通过分泌各种生长因子、趋化因子、细胞因子，促进免疫抑制、血管生成、基质重塑，从而推动肿瘤进展。TAMs已经成为新型抗肿瘤治疗靶点。TAMs抑制剂已展示出喜人的抗肿瘤效果。

3. TAMs在肿瘤免疫治疗中的临床应用：

1）靶向CCL2/CCR2轴的阻断剂：在很多类型的恶性肿瘤中，循环的单核细胞被招募到肿瘤微环境中，分化成为M2型的TAMs。这个过程主要受到CCL2/CCR2轴的调节。现在已经有一些试验性药物，比如PF-04136309，可以阻止CCL2/CCR2轴的作用，减少TAMs在肿瘤中的比例。

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2）CSF-1/CSF-1R抑制剂：激活CSF-1的受体CSF-1R可以刺激TAMs的扩增。因此，抑制CSF-1/CSF-1R轴的药物，如Pexidartinib和Cabiralizumab，可以限制TAMs的形成。

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3）CD47/SIRPα‘阻断抗体：CD47在肿瘤细胞上的表达被认为是一种“Don’t eat me”信号，它可以阻止TAMs的吞噬作用。一些抗CD47抗体，比如Magrolimab，现在正处于临床试验阶段，它们能够增强TAMs对肿瘤细胞的吞噬。

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4）转换TAMs极化状态：动态改变TAMs的极化状态，把它们从促进肿瘤增长的M2型转变为具有抗肿瘤活性的M1型的策略也在研究中。比如，通过使用toll-like receptor(TLR)激动剂，可以使TAMs呈现M1样表型，发挥抗肿瘤功能。

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近年来研究表明，免疫检查点抑制剂如PD-1/PD-L1和CTLA-4阻断剂，在帮助打破自身免疫耐受，重新激活T细胞抗肿瘤反应的同时，也能影响TAM的极化状态，调控其在肿瘤微环境中的功能。从这些前沿进展中可以看到巨噬细胞在肿瘤免疫治疗上的重大潜力。但是，这仍需要研究者们进一步深入研究巨噬细胞的性质和功能，以便更好的利用这一自然免疫武器对抗肿瘤。

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单细胞测序技术助力巨噬细胞免疫治疗靶标的鉴定

单细胞测序技术正在逐渐改变研究者们对肿瘤微环境（TME）的理解，特别是TAMs在其中的角色与其对免疫治疗的影响。以下是一些近几年通过使用单细胞技术探索免疫治疗中TAMs相关靶标的案例：

2023年，Cancer letters杂志在线发表了一项题为“A novel role of TGFBI in macrophage polarization and macrophage-induced pancreatic cancer growth and therapeutic resistance”有关胰腺癌单细胞研究的重要成果。本文通过单细胞RNA测序等技术手段发现,TGFBI主要由肿瘤相关巨噬细胞表达并分泌。TGFBI可以促进巨噬细胞向M2型极化,并作为分泌因子直接促进胰腺癌细胞的增殖。在小鼠模型中,靶向敲低巨噬细胞上TGFBI的表达可以抑制肿瘤生长,改善肿瘤微环境。该研究表明TGFBI是连接巨噬细胞与胰腺癌细胞的关键分子,靶向TGFBI可能成为胰腺癌治疗的新策略。

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2023年，Science Advances杂志发表了题为“Targeting IRG1 reverses the immunosuppressive function of tumor-associated macrophages and enhances cancer immunotherapy”的研究成果。该研究通过单细胞测序技术、流式细胞术等提供了一个新的干预靶点，即揭示了ACOD1可以作为免疫肿瘤药物的潜在靶标。这项研究证实IRG1缺陷型巨噬细胞代表了一种有效的癌症治疗细胞治疗策略，即使在对基于T细胞的免疫疗法具有耐药性的胰腺肿瘤中也是如此。 image.png

2022年，复旦大学附属中山医院任宁团队在Journal for Immunotherapy of Cancer上发表文章，题为“Intratumoral PPT1-positive macrophages determine immunosuppressive contexture and immunotherapy response in hepatocellular carcinoma”。文章结合了单细胞测序与CyTOF质谱流式细胞技术，从单细胞转录组和蛋白组多层面剖析了HCC的免疫微环境，深入分析目标亚群PPT1+巨噬细胞的功能表现，发现PPT1+巨噬细胞浸润与HCC患者预后不良相关，靶向PPT1可能会增强HCC免疫治疗的疗效。

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2021年，Frontiers in Oncology杂志发表了题为“Single-Cell Transcriptomics of Glioblastoma Reveals a Unique Tumor Microenvironment and Potential Immunotherapeutic Target Against Tumor-Associated Macrophage”的研究成果。研究成果表明TMEM119和MHC-II的表达模式可以用来区分TAMs的来源和激活状态，并且进一步确定了SPI1是一个关键的调控因子和潜在的免疫治疗靶点，对胶质母细胞瘤中TAM的成熟和极化非常重要。 image.png

随着科学技术的不断进步，单细胞视角下的分析为有研究者们深入了解肿瘤微环境中细胞的异质性提供了可能。基于单细胞技术，TAM的细分亚群和其各自的功能得以揭示，帮助研究者们寻找新的免疫治疗靶标。

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巨噬细胞相关研究的展望

通过单细胞技术揭示巨噬细胞表面存在且具有重要调控功能的分子，继而利用这些靶标可以用于设计靶向巨噬细胞的抗体药物。并以此为基础，科学家们可以利用抗体药物来阻断TAM在肿瘤环境中的免疫抑制作用。例如，通过CSF1/CSF1R轴抑制剂，可以有效的阻止TAM的回归，并增强T细胞的渗透和杀伤功能，而在不同肿瘤中可能是由不同分子来行驶这项功能。

CRISPR等细胞编辑技术可以用于筛选对巨噬细胞极化具有重要作用的分子，靶向这些分子以达到从促进肿瘤生长的TAM转化对肿瘤生长具有抑制作用的细胞，这将对TAM的免疫治疗策略带来深远的影响。

通过针对TAM相关靶标的免疫治疗，可以为肿瘤患者带来更好的治疗结果。但是研究者仍需深入探索，尤其是有关TAM的生物学功能及其在肿瘤微环境中的作用，需要更多的前瞻性的实验，才能进一步确定这些策略的潜在效用及其可能面临的挑战。

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