近幾年來，基因修飾的T細(xì)胞在用于治療血液惡性腫瘤上獲得了許多可喜的結(jié)果，但在實(shí)體瘤中卻療效不佳，仍然面臨著很多挑戰(zhàn)，這促使著研究學(xué)者們將目光轉(zhuǎn)移到其它免疫細(xì)胞上，希望從中開發(fā)出新的替代療法。

11月18日，來自美國Carisma Therapeutics和賓夕法尼亞大學(xué)的幾位研究學(xué)者在Cancer Research上發(fā)表了題為“Macrophage-based approaches for cancer immunotherapy”的綜述報(bào)告，概述了巨噬細(xì)胞免疫療法所取得的進(jìn)展，以及嵌合抗原受體巨噬細(xì)胞療法的興起。

實(shí)體瘤的過繼細(xì)胞療法

在癌癥治療中，免疫細(xì)胞的過繼轉(zhuǎn)移是一種很有希望的方法。 截至目前，全球獲FDA批準(zhǔn)上市的CAR-T產(chǎn)品有3個(gè)，均用于治療B細(xì)胞惡性腫瘤，此外，有200多個(gè)針對(duì)各種血液系統(tǒng)惡性腫瘤的臨床試驗(yàn)處于active/enrolling狀態(tài)。

相比之下，CAR-T細(xì)胞療法在實(shí)體瘤中的進(jìn)展則比較緩慢。 原因有很多，例如，CAR-T細(xì)胞必須穿過粘附分子減少的異常腫瘤血管系統(tǒng)，再經(jīng)歷趨化因子/趨化因子受體的不匹配，而且必須通過致密的細(xì)胞和基質(zhì)屏障。而當(dāng)CAR-T細(xì)胞進(jìn)入腫瘤微環(huán)境（TME）后，效應(yīng)細(xì)胞會(huì)遇到一些不利條件，如缺氧和酸性環(huán)境、免疫檢查點(diǎn)配體的表達(dá)以及TME中大量的免疫抑制細(xì)胞。 即使CAR-T細(xì)胞在TME中能僥幸存活，實(shí)體瘤表面抗原表達(dá)的異質(zhì)性也可能使其逃脫檢測，使得腫瘤不能被完全清除。

CAR研究的主要焦點(diǎn)一直是外周T淋巴細(xì)胞，但近年來利用嵌合受體進(jìn)行癌癥治療的研究已經(jīng)擴(kuò)展到了其它類型的淋巴免疫細(xì)胞中，如γδT細(xì)胞、自然殺傷T（NKT）細(xì)胞和自然殺傷（NK）細(xì)胞。 但由這些淋巴細(xì)胞衍生的細(xì)胞療法在實(shí)體瘤治療中的療效仍然難以捉摸，而髓系細(xì)胞（如單核/巨噬細(xì)胞）則為這些難題提供了一種可能的解決方案，因?yàn)檫@些細(xì)胞在腫瘤中的積累良好，并能穿透腫瘤周圍致密的基質(zhì)組織。 此外，髓系細(xì)胞既能直接殺傷腫瘤，又能通過抗原呈遞增強(qiáng)內(nèi)源性免疫，這些特點(diǎn)使髓系細(xì)胞成為抗腫瘤細(xì)胞療法開發(fā)的獨(dú)特選擇。

癌癥中的巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞具有清除細(xì)胞碎片和病原體，調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)等多種功能。 巨噬細(xì)胞還是一種高度可塑的細(xì)胞，可以根據(jù)微環(huán)境刺激和信號(hào)的不同從一種表型轉(zhuǎn)換到另一種表型。 巨噬細(xì)胞的激活狀態(tài)通常被簡化為兩類： M1型巨噬細(xì)胞和M2型巨噬細(xì)胞。

M1和M2巨噬細(xì)胞極化狀態(tài)的表型特征（來源： Nature Reviews Immunology）

M1型巨噬細(xì)胞由輔助性T細(xì)胞（Th）1的細(xì)胞因子誘導(dǎo)而來，能通過分泌TNFα、IL-1β和IL-12等細(xì)胞因子促進(jìn)Th1細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，并通過分泌趨化因子CXCL9和CXCL10增強(qiáng)炎癥部位Th1細(xì)胞的招募。此外，M1巨噬細(xì)胞還能上調(diào)參與抗原處理和呈遞的基因，增強(qiáng)T細(xì)胞的應(yīng)答。

M2巨噬細(xì)胞在正常免疫功能和穩(wěn)態(tài)中具有關(guān)鍵作用，如刺激Th2細(xì)胞反應(yīng)、消除寄生蟲、免疫調(diào)節(jié)、傷口愈合和組織再生等，但某些M2巨噬細(xì)胞亞群在促進(jìn)腫瘤進(jìn)展中也起著關(guān)鍵作用。腫瘤能將循環(huán)單核細(xì)胞和組織常駐巨噬細(xì)胞招募到TME，并使其極化為M2表型，再通過各種可溶性和機(jī)械因子形成腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）。TAM通過促進(jìn)基因不穩(wěn)定、血管生成、纖維化、免疫抑制、侵襲和轉(zhuǎn)移來增強(qiáng)腫瘤進(jìn)展?；诰奘杉?xì)胞的癌癥治療的一個(gè)核心目標(biāo)是減少抗炎性巨噬細(xì)胞，增加促炎性（抗腫瘤）巨噬細(xì)胞。

靶向癌癥中的TAM

當(dāng)前，抵抗TAM促腫瘤特性的策略可以分為兩組：減少TAM的數(shù)量或改變TAM在TME內(nèi)的功能。

最成熟的減少TAM存活的方法是通過阻斷集落刺激因子-1（CSF-1，也稱為M-CSF）/CSF1R軸，這是巨噬細(xì)胞分化和存活的重要配體-受體對(duì)。這種方法通過阻斷單核細(xì)胞分化來減少TAM的數(shù)量，同時(shí)也減少了現(xiàn)有TAM的存活率。 此外，使用靶向CSF1R的小分子抑制劑可誘導(dǎo)TAM的復(fù)極化，從M2轉(zhuǎn)為M1型。

也有研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注靶向其它重要受體，在TME內(nèi)重編程TAM的療法。其中，Toll樣受體（TLR）是一類參與先天免疫感應(yīng)的受體家族，可以改變巨噬細(xì)胞的表型。這些模式識(shí)別受體可以對(duì)細(xì)菌顆粒（如脂多糖）或細(xì)菌和病毒的基因組（如DNA或RNA）作出反應(yīng)，觸發(fā)促炎細(xì)胞因子的釋放。腔內(nèi)注射TLR激動(dòng)劑已被證明可以增加單核細(xì)胞的招募和浸潤，并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的復(fù)極化。

TAM重編程的另一個(gè)的靶點(diǎn)是CD40，它與活化的T細(xì)胞上表達(dá)的CD40L結(jié)合。 CD40信號(hào)能使共刺激分子和促炎細(xì)胞因子上調(diào)，CD40激動(dòng)劑抗體可以延緩腫瘤的進(jìn)展并使先前耐藥的腫瘤對(duì)化療敏感。

另一個(gè)值得關(guān)注的分子是TGFβ，這種抗炎分子通常由巨噬細(xì)胞在損傷修復(fù)過程中表達(dá)。TGFβ能降低TAM對(duì)I型干擾素和STING激動(dòng)劑的敏感性，增加了TAM向炎癥表型轉(zhuǎn)化的難度。在小鼠模型中阻斷TGFβ，同時(shí)使用STING激動(dòng)劑治療能通過上調(diào)I型干擾素的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)腫瘤消退。

但是，原位靶向TAM也有很大的缺點(diǎn)。 首先，也是最重要的一點(diǎn)，TME是由眾多的免疫抑制細(xì)胞組成的，具有功能冗余性。這些細(xì)胞都在疾病的進(jìn)展中起著一定的作用，不太可能通過靶向單一細(xì)胞類型來實(shí)現(xiàn)TME的充分改變，達(dá)到根除腫瘤的作用。此外，在治療過程中產(chǎn)生的任何臨床益處可能只是暫時(shí)的，并不能反映TME的根本改變。

體外改造巨噬細(xì)胞

因此一些研究團(tuán)隊(duì)嘗試在體外改造巨噬細(xì)胞，作為原位改變TAM的替代方法。 在20世紀(jì)80年代末，德國的Andreesen小組首次利用體外培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞治療癌癥，15例經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)治療失敗的晚期癌癥患者接受了這種從單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞療法。

具體來說，研究人員從白細(xì)胞中分離出單核細(xì)胞，再用患者的自體血清培養(yǎng)7天，使其分化為巨噬細(xì)胞。在給患者使用之前，研究人員用IFN-γ對(duì)巨噬細(xì)胞進(jìn)行"教育"，將其誘導(dǎo)為M1表型。然后通過靜脈或腹腔注射將這些巨噬細(xì)胞注入患者體內(nèi)，每次注射的劑量高達(dá)1.7×109個(gè)細(xì)胞。

雖然在治療后腫瘤原發(fā)部位沒有明顯的消退，但部分患者在治療后6個(gè)月內(nèi)病情保持穩(wěn)定。7例腹膜癌患者在接受腹腔內(nèi)巨噬細(xì)胞注射后，有2例腹水消失。15例患者中有7例血清中的IL-6升高，這表明療法誘導(dǎo)了炎癥反應(yīng)。關(guān)鍵的是，除了低熱和腹腔注射后的腹部不適外，沒有其它副作用被報(bào)道。

后來的研究利用類似的方法生產(chǎn)IFN-γ激活的巨噬細(xì)胞——MAK（macrophage activated killer）細(xì)胞，這類細(xì)胞在體外和臨床前模型中顯示出對(duì)細(xì)胞系的抗腫瘤活性，而且巨噬細(xì)胞的給藥似乎是安全的，沒有與治療相關(guān)的高等級(jí)毒性的報(bào)告。

值得注意的是，這些非工程化的巨噬細(xì)胞無法識(shí)別腫瘤相關(guān)抗原，也無法吞噬癌細(xì)胞。此外，由于巨噬細(xì)胞的極化是一個(gè)連續(xù)的過程，會(huì)隨著外界刺激的變化而變化，因此TME有可能將過繼轉(zhuǎn)移的巨噬細(xì)胞從IFN-γ激發(fā)的M1表型轉(zhuǎn)向M2表型。以上這些表明巨噬細(xì)胞療法的開發(fā)需要添加靶向激活受體和更持久的M1巨噬細(xì)胞極化方法。

CAR-M療法浮出水面

為了解決這些問題，利用基因改造來提升巨噬細(xì)胞的抗腫瘤能力逐漸吸引了更多的關(guān)注。

根據(jù)作者團(tuán)隊(duì)在2016年報(bào)道的人體CAR巨噬細(xì)胞（CAR-M）的初步進(jìn)展。他們發(fā)現(xiàn)嵌合腺病毒載體Ad5f35能高效、可重復(fù)地轉(zhuǎn)導(dǎo)原代單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，以75%以上的效率和高生存力遞送CAR基因。值得注意的是，用Ad5f35生成的CAR-M在體外和體內(nèi)比對(duì)照組或M1巨噬細(xì)胞能更有效地消除腫瘤細(xì)胞。 而且在異種移植小鼠模型中，與使用對(duì)照巨噬細(xì)胞治療的小鼠相比，CAR-M治療后小鼠的腫瘤負(fù)擔(dān)顯著降低，總生存率也升高了。

用Ad5f35轉(zhuǎn)導(dǎo)的巨噬細(xì)胞會(huì)表現(xiàn)出持久的M1表型，CAR-M還誘導(dǎo)了周圍TME的促炎特征。而且M2巨噬細(xì)胞的存在并不影響CAR-M的腫瘤殺傷能力，這凸顯了它們對(duì)TME免疫抑制的抵抗力。此外，CAR-M表現(xiàn)出更強(qiáng)的T細(xì)胞刺激能力，能夠在吞噬后將抗原呈遞給T細(xì)胞。而且在趨化實(shí)驗(yàn)中，CAR-M能同時(shí)招募靜止和活化的T細(xì)胞。

這些結(jié)果表明CAR-M有潛力克服細(xì)胞療法在實(shí)體瘤環(huán)境中遇到的一些關(guān)鍵難點(diǎn)，代表了一種新型的免疫治療平臺(tái)。

值得注意的是，雖然CAR-M的直接抗腫瘤活性是依賴于靶點(diǎn)的，但M1表型是不依賴于靶點(diǎn)的，因此CAR-M有可能對(duì)TME進(jìn)行重編程，并在具有異質(zhì)性靶抗原表達(dá)的腫瘤中發(fā)揮抗腫瘤活性。這些工程化的巨噬細(xì)胞結(jié)合了髓系細(xì)胞的腫瘤遷移能力、永久的促炎M1表型、CAR介導(dǎo)的靶向抗腫瘤活性和專業(yè)的抗原呈遞能力，能啟動(dòng)多模式的抗腫瘤免疫應(yīng)答。

CAR-M療法的多效抗腫瘤機(jī)制（來源： Cancer Research）

結(jié)語

巨噬細(xì)胞是一種高度可塑性的細(xì)胞，能夠根據(jù)外部刺激調(diào)整自身的特性和功能。 作為專業(yè)的抗原呈遞細(xì)胞，巨噬細(xì)胞將先天效應(yīng)器功能與適應(yīng)性免疫進(jìn)行了銜接。而基因工程的巨大進(jìn)展則為利用合成生物學(xué)重新引導(dǎo)巨噬細(xì)胞抗腫瘤提供了更大的可能。

參考資料：

1# Nicholas R. Anderson, Nicholas G. Minutolo, Saar Gill et al. Macrophage-based approaches for cancer immunotherapy. Cancer Research (2020)

2# Russell, D.G., Huang, L. & VanderVen, B. C. Immunometabolism at the interface between macrophages and pathogens. Nature Reviews Immunology (2019)