巨噬細胞簡介

1. 巨噬細胞的基本特征

巨噬細胞（Macrophages）是由骨髓造血干細胞衍生出的一種重要的免疫細胞，其是單核吞噬細胞系（Mononuclear Phagocyte System）的重要組成部分。“巨噬細胞”這個名詞源自希臘語的‘makros’(指大的)和‘phagein’(指吞噬)，它凸顯了這類細胞的特點，即具有較大的細胞體積，以及強大的自主吞噬能力，故能主動吞噬病原體、廢物以及細胞碎片。

image.png

巨噬細胞是人體免疫系統的重要組成部分，其主要功能如下：

1. 吞噬清除：巨噬細胞能夠識別、吞噬和清除體內的病原體、死亡細胞或其他有害成分，幫助維持機體穩態；
2. 炎癥反應：在感染或組織損傷發生時，巨噬細胞可誘導炎癥反應，通過分泌炎癥細胞因子，如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白介素(ILs)等，來吸引其他免疫細胞進入部位；
3. 強化適應免疫反應：巨噬細胞可以將捕獲的抗原呈遞給T細胞，引發特異性免疫反應。

2. 巨噬細胞的研究現狀

目前關于巨噬細胞的研究主要圍繞以下幾個方面：

1. 巨噬細胞極化的機制：這是一個重要的研究領域，主要研究巨噬細胞如何在M1型（促炎巨噬細胞）和M2型（抗炎巨噬細胞）之間轉換；
2. 巨噬細胞在疾病發展中的作用：研究者們正在深入探索巨噬細胞在各類疾病，包括感染性疾病、自身免疫病、心血管病、肥胖、腫瘤中所扮演的角色。
3. 巨噬細胞在疾病治療中的應用：在一些疾病（如腫瘤）的治療中尤其是免疫治療，科學家們試圖通過操縱巨噬細胞的功能來改善疾病的治療效果。

值得注意的是，單細胞轉錄組測序（single-cell RNA-seq, scRNA-seq）的發展極大地推動了研究者們對巨噬細胞的全面認識。首先，scRNA-seq可以幫助研究者們理解微環境中巨噬細胞的多樣性。本質上，巨噬細胞是一類可塑性很強的細胞群，可根據其所處微環境中的關鍵因素（如生長因子，炎癥信號和代謝狀態）而改變自身的形態和功能。其次，scRNA-seq還可以用來追蹤巨噬細胞的起源和發育軌跡。通過比較不同階段巨噬細胞的轉錄組圖譜，研究者們構建了巨噬細胞的發育分化樹，以追蹤它們的起源和分化狀態。最后，scRNA-seq為研究巨噬細胞在疾病中扮演的角色提供了關鍵工具。通過比較健康和病理組織中的巨噬細胞，研究者們可以發現新的治療靶點并預測疾病進展。

毫無疑問，隨著相關研究的逐步深入，巨噬細胞的多功能性和可塑性將在未來的基礎醫學和轉化醫學中發揮更大的作用。雖然目前關于巨噬細胞的研究已經取得了一些進展，但還有許多未知的領域等待我們去挖掘和探索，這也是該領域在國自然研究中熱度持續不減的主要原因之一，下面小編就將以腫瘤研究為載體介紹如何利用巨噬細胞進行免疫治療。

巨噬細胞在腫瘤免疫治療研究中的重要地位

巨噬細胞作為人體免疫系統中的一種具有吞噬功能的細胞，早已引起腫瘤免疫學家的關注，特別是在腫瘤微環境(TME)中。巨噬細胞在TME中的角色承擔以及其與腫瘤細胞的相互影響不斷被揭示，接下來我們就來談談巨噬細胞在腫瘤免疫治療研究中的重要地位：

1. 巨噬細胞與腫瘤免疫微環境的關系：

巨噬細胞是一種多態性很強的細胞，可以根據其周圍環境的因子發生極化轉變。在腫瘤微環境中，根據刺激的不同，巨噬細胞可以被激活為M1型或M2型。M1型巨噬細胞具有強烈的抗腫瘤效應，能向周圍環境釋放一系列的炎癥性細胞因子，比如TNF-α、IL-1b、IL-6、IL-12、IL-23、NO等，直接或間接發揮細胞毒性功能，殺滅腫瘤細胞。相反，M2型巨噬細胞則促進腫瘤生長。

image.png

2. 巨噬細胞在腫瘤免疫治療中的應用：

針對巨噬細胞—腫瘤細胞之間的關系，免疫治療策略有多種可能的方向：

1. 通過激活M1型巨噬細胞的抗腫瘤活性，增強其對腫瘤的殺傷作用；
2. 轉化腫瘤微環境中的M2型巨噬細胞為具有抗腫瘤活性的M1型巨噬細胞；
3. 阻斷腫瘤相關巨噬細胞（tumour-associated macrophages，TAMs）對腫瘤的支持作用。

實際上，TAMs扮演著多重角色。臨床前研究和臨床試驗結果表明，TAMs的數量和腫瘤患者的預后負相關，提示TAMs具有促進腫瘤進展的作用。TAMs主要分為炎性即經典活化型巨噬細胞（M1，由IFNγ和LPS刺激活化）以及抗炎即替代活化型巨噬細胞（M2，由IL-4和IL-13刺激活化）。在腫瘤發生初期，TAMs呈現出M1表型，隨著腫瘤進展，TAMs逐漸極化為M2表型。M2表型的TAMs通過分泌各種生長因子、趨化因子、細胞因子，促進免疫抑制、血管生成、基質重塑，從而推動腫瘤進展。TAMs已經成為新型抗腫瘤治療靶點。TAMs抑制劑已展示出喜人的抗腫瘤效果。

3. TAMs在腫瘤免疫治療中的臨床應用：

1）靶向CCL2/CCR2軸的阻斷劑：在很多類型的惡性腫瘤中，循環的單核細胞被招募到腫瘤微環境中，分化成為M2型的TAMs。這個過程主要受到CCL2/CCR2軸的調節。現在已經有一些試驗性藥物，比如PF-04136309，可以阻止CCL2/CCR2軸的作用，減少TAMs在腫瘤中的比例。

image.png

2）CSF-1/CSF-1R抑制劑：激活CSF-1的受體CSF-1R可以刺激TAMs的擴增。因此，抑制CSF-1/CSF-1R軸的藥物，如Pexidartinib和Cabiralizumab，可以限制TAMs的形成。

image.png

3）CD47/SIRPα‘阻斷抗體：CD47在腫瘤細胞上的表達被認為是一種“Don’t eat me”信號，它可以阻止TAMs的吞噬作用。一些抗CD47抗體，比如Magrolimab，現在正處于臨床試驗階段，它們能夠增強TAMs對腫瘤細胞的吞噬。

image.png

4）轉換TAMs極化狀態：動態改變TAMs的極化狀態，把它們從促進腫瘤增長的M2型轉變為具有抗腫瘤活性的M1型的策略也在研究中。比如，通過使用toll-like receptor(TLR)激動劑，可以使TAMs呈現M1樣表型，發揮抗腫瘤功能。

image.png

近年來研究表明，免疫檢查點抑制劑如PD-1/PD-L1和CTLA-4阻斷劑，在幫助打破自身免疫耐受，重新激活T細胞抗腫瘤反應的同時，也能影響TAM的極化狀態，調控其在腫瘤微環境中的功能。從這些前沿進展中可以看到巨噬細胞在腫瘤免疫治療上的重大潛力。但是，這仍需要研究者們進一步深入研究巨噬細胞的性質和功能，以便更好的利用這一自然免疫武器對抗腫瘤。

image.png

單細胞測序技術助力巨噬細胞免疫治療靶標的鑒定

單細胞測序技術正在逐漸改變研究者們對腫瘤微環境（TME）的理解，特別是TAMs在其中的角色與其對免疫治療的影響。以下是一些近幾年通過使用單細胞技術探索免疫治療中TAMs相關靶標的案例：

2023年，Cancer letters雜志在線發表了一項題為“A novel role of TGFBI in macrophage polarization and macrophage-induced pancreatic cancer growth and therapeutic resistance”有關胰腺癌單細胞研究的重要成果。本文通過單細胞RNA測序等技術手段發現,TGFBI主要由腫瘤相關巨噬細胞表達并分泌。TGFBI可以促進巨噬細胞向M2型極化,并作為分泌因子直接促進胰腺癌細胞的增殖。在小鼠模型中,靶向敲低巨噬細胞上TGFBI的表達可以抑制腫瘤生長,改善腫瘤微環境。該研究表明TGFBI是連接巨噬細胞與胰腺癌細胞的關鍵分子,靶向TGFBI可能成為胰腺癌治療的新策略。

image.png

image.png

2022年，復旦大學附屬中山醫院任寧團隊在Journal for Immunotherapy of Cancer上發表文章，題為“Intratumoral PPT1-positive macrophages determine immunosuppressive contexture and immunotherapy response in hepatocellular carcinoma”。文章結合了單細胞測序與CyTOF質譜流式細胞技術，從單細胞轉錄組和蛋白組多層面剖析了HCC的免疫微環境，深入分析目標亞群PPT1+巨噬細胞的功能表現，發現PPT1+巨噬細胞浸潤與HCC患者預后不良相關，靶向PPT1可能會增強HCC免疫治療的療效。

image.png

image.png

隨著科學技術的不斷進步，單細胞視角下的分析為有研究者們深入了解腫瘤微環境中細胞的異質性提供了可能。基于單細胞技術，TAM的細分亞群和其各自的功能得以揭示，幫助研究者們尋找新的免疫治療靶標。

巨噬細胞相關研究的展望

通過單細胞技術揭示巨噬細胞表面存在且具有重要調控功能的分子，繼而利用這些靶標可以用于設計靶向巨噬細胞的抗體藥物。并以此為基礎，科學家們可以利用抗體藥物來阻斷TAM在腫瘤環境中的免疫抑制作用。例如，通過CSF1/CSF1R軸抑制劑，可以有效的阻止TAM的回歸，并增強T細胞的滲透和殺傷功能，而在不同腫瘤中可能是由不同分子來行駛這項功能。

CRISPR等細胞編輯技術可以用于篩選對巨噬細胞極化具有重要作用的分子，靶向這些分子以達到從促進腫瘤生長的TAM轉化對腫瘤生長具有抑制作用的細胞，這將對TAM的免疫治療策略帶來深遠的影響。

通過針對TAM相關靶標的免疫治療，可以為腫瘤患者帶來更好的治療結果。但是研究者仍需深入探索，尤其是有關TAM的生物學功能及其在腫瘤微環境中的作用，需要更多的前瞻性的實驗，才能進一步確定這些策略的潛在效用及其可能面臨的挑戰。

[參考文獻]

[1] Cui X, Wang Q, Zhou J, et al. Single-Cell Transcriptomics of Glioblastoma Reveals a Unique Tumor Microenvironment and Potential Immunotherapeutic Target Against Tumor-Associated Macrophage. Front Oncol. 2021;11:710695. Published 2021 Aug 9. doi:10.3389/fonc.2021.710695IF: 4.7 Q2

[2] Weng J, Liu S, Zhou Q, et al. Intratumoral PPT1-positive macrophages determine immunosuppressive contexture and immunotherapy response in hepatocellular carcinoma. J Immunother Cancer. 2023;11(6):e006655. doi:10.1136/jitc-2022-006655IF: 10.9 Q1

[3] Chen YJ, Li GN, Li XJ, et al. Targeting IRG1 reverses the immunosuppressive function of tumor-associated macrophages and enhances cancer immunotherapy. Sci Adv. 2023;9(17):eadg0654. doi:10.1126/sciadv.adg0654IF: 13.6 Q1

[4] Zhou J, Lyu N, Wang Q, et al. A novel role of TGFBI in macrophage polarization and macrophage-induced pancreatic cancer growth and therapeutic resistance. Cancer Lett. 2023;578:216457. doi:10.1016/j.canlet.2023.216457IF: 9.7 Q1

[5] Li W, Wu F, Zhao S, Shi P, Wang S, Cui D. Correlation between PD-1/PD-L1 expression and polarization in tumor-associated macrophages: A key player in tumor immunotherapy. Cytokine Growth Factor Rev. 2022;67:49-57. doi:10.1016/j.cytogfr.2022.07.004IF: 13.0 Q1

[6] Kumari N, Choi SH. Tumor-associated macrophages in cancer: recent advancements in cancer nanoimmunotherapies. J Exp Clin Cancer Res. 2022;41(1):68. Published 2022 Feb 19. doi:10.1186/s13046-022-02272-xIF: 11.3 Q1

[7] Xia Y, Rao L, Yao H, Wang Z, Ning P, Chen X. Engineering Macrophages for Cancer Immunotherapy and Drug Delivery. Adv Mater. 2020;32(40):e2002054. doi:10.1002/adma.202002054IF: 29.4 Q1

[8] Gomez-Roca CA, Italiano A, Le Tourneau C, et al. Phase I study of emactuzumab single agent or in combination with paclitaxel in patients with advanced/metastatic solid tumors reveals depletion of immunosuppressive M2-like macrophages. Ann Oncol. 2019;30(8):1381-1392. doi:10.1093/annonc/mdz163IF: 50.5 Q1

[9] Li X, Yao W, Yuan Y, et al. Targeting of tumour-infiltrating macrophages via CCL2/CCR2 signalling as a therapeutic strategy against hepatocellular carcinoma. Gut. 2017;66(1):157-167. doi:10.1136/gutjnl-2015-310514IF: 24.5 Q1