肿瘤相关髓系细胞在乳腺癌中的作用
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，也是全世界女性死亡的主要原因。尽管由于早期发现和治疗方法的进步，乳腺癌患者的总体生存率有所提高，但仍有一部分乳腺癌，尤其是三阴性乳腺癌（TNBC），除手术外，由于缺乏有效的治疗手段，生存率的提高非常有限。肿瘤微环境（TME）在这类患者中含有潜在的治疗靶点。TME包含肿瘤区域内的非转化宿主细胞成分，包括免疫系统成分（巨噬细胞和淋巴细胞）、血管、成纤维细胞、肌成纤维细胞、间充质干细胞、脂肪细胞和细胞外基质（ECM）成分。其中，肿瘤相关的骨髓细胞（TAMCs）是免疫细胞的一个子集，分为肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、髓源性抑制细胞（MDSCs）、肿瘤相关中性粒细胞（TANs）、表达Tie2的单核细胞（TEMs）和肿瘤相关的树突状细胞（TADCs）。其中TAM和MDSC是肿瘤浸润性免疫细胞最丰富的两种。人表皮生长因子受体2（HER-2）阳性乳腺癌和TNBC通常在基质中含有免疫细胞，TAM是乳腺癌的主要TME成分，可能占TME的50%以上。乳腺癌中的TME在肿瘤的发生、发展和转移中起着重要作用，TAMCs更是在其中发挥着主要的作用，因此，日益成为一个极具吸引力的治疗靶点。
TAMCs包括TAMs和MDSCs，它们都可以根据其微环境分化为不同的细胞亚群。每一种细胞成分也有其独特的特性，扮演着不同的角色。
TAM
根据来源，巨噬细胞可分为来自骨髓的招募巨噬细胞和来自原始卵黄囊前体的组织驻留巨噬细胞。TAM有两种类型，分别命名为M1型（经典活化巨噬细胞）和M2型（另类活化巨噬细胞）。M1型与Th1反应有关，Th1反应参与清除细胞内病原体和抗肿瘤免疫。M2型又分为M2a型、M2b型、M2c型和M2d型。M2a型与II型炎症相关，即Th2反应伴随着IL-4和IL-13的释放，以及对寄生虫感染的反应。M2b型通过免疫复合物和toll样受体配体参与Th2激活和免疫调节。M2c型通过IL-10诱导免疫调节、基质沉积和组织重塑。M2d型被IL-6激活，通过血管生成促进肿瘤细胞团的诱导和生长。M1和M2巨噬细胞没有固定的表型，可能会根据不同的外部刺激而变化。各种激素、细胞因子和凋亡细胞影响巨噬细胞极化。IFN-γ、脂多糖（LPS）和GM-CSF参与单核细胞M1极化，CSF-1、IL-4、IL-10、TGF-β和IL-13参与M2极化。此外，M1极化由来自TME的两个信号诱导，包括IFN-γ和toll样受体配体。M1和M2巨噬细胞可以相互转化。基因表达谱数据报告了TAMs在乳腺癌中的M2样性质。乳腺癌细胞在TAMs中分泌诱导M2样表型的分子，尤其是基底样乳腺癌。
MDSCs
骨髓间充质干细胞是由异种未成熟髓系细胞组成，具有抑制免疫应答的作用。骨髓间充质干细胞分为单核细胞型MDSCs（CD11b+CD14+HLA-DR-/lowCD15-）和粒细胞型MDSCs（CD11b+CD14−HLA-DRlow/−CD15+）。异质性是由肿瘤源性可溶性因子引起的，这些因子参与骨髓生成和MDSC募集，并在特定微环境下影响MDSC的功能。MDSC亚群的组成根据肿瘤类型而改变。MDSCs对肿瘤细胞的免疫抑制机制如下：单核细胞MDSCs表达诱导型一氧化氮合酶（iNOS）并产生一氧化氮（NO），而粒细胞MDSCs产生活性氧（ROS）和精氨酸酶1。随后，氨基酸1-精氨酸耗竭和T细胞受体（TCR）链被抑制，导致细胞周期停滞。ROS和NO的产生诱导TCR过氧硝化和T细胞凋亡。MDSCs分泌免疫抑制性细胞因子，包括IL-10和TGF-β，诱导调节性T细胞，影响自然杀伤（NK）细胞功能。此外，MDSC激活可诱导PD-L1的表达和免疫抑制。
来自乳腺癌患者的MDSCs在功能和表型上与骨髓来源的MDSCs相似，这表明乳腺癌MDSCs来源于骨髓前体。细胞因子和趋化因子促进MDSC在乳腺癌肿瘤部位的积聚。这些细胞因子包括IL-6、IL-1β、G-CSF、M-CSF、GM-CSF、巨噬细胞移动抑制因子（MIF）和TGF-1β，报告的趋化因子为CXCL5、CCL1、CCL2和CCL5。
TAMs通过多种机制影响乳腺癌的发生、发展、转移和对治疗药物的反应来影响乳腺癌细胞。因此，TAMs也可以影响乳腺癌的预后。在一项乳腺癌流行病学研究中，大量的TAM与不良的临床预后相关。此外，一项荟萃分析报告显示，TAM密度越高，无复发生存率（RFS）和总生存率（OS）越差。TAMs对乳腺癌预后不良的影响机制如下图。
TAMs在乳腺癌进展中的免疫机制：TAMs分泌的抗炎细胞因子抑制抗肿瘤T细胞反应是肿瘤免疫逃避的机制之一。TAM源性IL-10抑制CD8+T细胞活化；TAM分泌Arg1分解代谢L-精氨酸，降低的L-精氨酸水平抑制效应T细胞。此外，肿瘤杀伤TAM功能的降低有助于肿瘤免疫逃避，与小鼠乳腺癌细胞系4T1和人类乳腺癌细胞系MDA-MB-231相关的巨噬细胞显示MHCⅡ类下调，从而减少免疫相关抗原呈递。
TAMs在乳腺癌进展和转移中的非免疫机制：TAMs最初通过血管生成影响乳腺癌的进展。在人类乳腺癌中，TAM的浸润随着血管生成的增加而增加；TAMs还通过重塑ECM影响乳腺癌的进展，人类乳腺浸润性导管癌（IDC）和导管原位癌（DCIS）在癌周区TAMs中表现出较高的尿激酶受体（uPAR）表达水平，与尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）的相互作用导致纤溶酶原依赖性蛋白水解，导致基质重塑和癌细胞迁移；肿瘤干细胞（CSCs）被来自TAMs的各种细胞因子激活，影响乳腺癌的预后；
TAMs还参与了乳腺癌的转移：此外，TAMs也改变了新陈代谢。Arg1在M2巨噬细胞中上调，而ARG1介导的多胺在TAMs中的产生增加了肿瘤细胞的增殖。缺氧条件下，TAMs中HIF-1α上调与糖酵解相关，活化的HIF-1α通过产生活性氮中间体和ROS诱导遗传改变和肿瘤发生。TAMs糖解过程中产生的乳酸可诱导TAM极化至促进肿瘤细胞，或免疫抑制和促血管生成表型，从而促进肿瘤进展。另外，TAMs还可能影响脂质代谢和铁代谢，诱导肿瘤细胞增殖。
TAMs引起治疗耐药：在TME中，TAMs和癌细胞对乳腺癌治疗的反应不同。TAM极化影响TAMs对化疗反应的影响程度，治疗抵抗与高M2巨噬细胞数有关。TAM衍生的IL-10显示bcl-2和STAT3基因的表达增加，随后的IL-10/STAT3/bcl-2信号通路诱导TAM介导的治疗耐药。TAMs也与绝经后乳腺癌患者三苯氧胺耐药相关。此外，TAM抑制CD8+细胞毒性T细胞的募集，导致MMTV-PyMT乳腺癌模型的耐药性。
在乳腺癌中，根据肿瘤类型，MDSC被各种趋化因子招募到肿瘤部位，包括CCL2、CXCL5和CXCL12（SDF-1）。乳腺癌患者MDSC水平升高，与临床分期和转移负荷相关。尤其是单核细胞MDSCs的数量与乳腺癌的转移状态相关。此外，MDSC水平与转移性乳腺癌中较短的OS相关。MDSC水平在治疗后会发生变化。之前的一项研究报告显示，粒细胞型MDSCs在化疗后显著减少。化疗反应性患者的基线MDSC水平明显较低。MDSCs在乳腺癌中的预后和治疗反应的潜在机制如下图。
MDSCs在乳腺癌进展和转移中的免疫机制：MDSC在肿瘤和正常状态下的基本功能是免疫抑制。外周淋巴器官的MDSCs与肿瘤部位的区别在于：在外周淋巴器官中，细胞间的接触在MDSC介导的T细胞抑制中非常重要。然而，在肿瘤中，单核细胞型MDSCs使用NO、Arg1和免疫抑制细胞因子，这些细胞半衰期长，无需密切接触，用于非特异性和更高水平的免疫抑制。在肿瘤中，MDSCs根据肿瘤类型有不同的作用机制，导致单核细胞和粒细胞型MDSCs比例不同。大多数癌症，包括乳腺癌，在外周血中显示出主要的粒细胞型MDSCs；乳腺癌中的粒细胞MDSCs被肿瘤浸润的γδT细胞的IL-17激活，抑制CD8+T细胞，从而增强淋巴结和肺转移。此外，MDSCs通过与NK细胞相互作用显著降低NK细胞对肿瘤细胞的细胞毒性来促进转移。
MDSCs在乳腺癌进展和转移中的非免疫机制：乳腺癌细胞与MDSCs的相互作用在乳腺癌的发展中起着重要作用。癌细胞源性IL-6激活MDSCs中的STAT3通路并上调吲哚胺2,3-双加氧酶，促进乳腺癌的侵袭和转移。癌细胞中的G-CSF和GM-CSF激活STAT3和STAT5通路，这两条途径抑制干扰素调节因子-8。乳腺癌细胞TGF-β1激活MDSCs中的miRNA-494，抑制磷酸酯酶与张力蛋白同源物（PTEN）并激活AKT途径。此外，乳腺癌中的MDSCs与CSC有关。
此外，骨髓间充质干细胞在乳腺癌中作为破骨细胞祖细胞，并促进肿瘤相关的骨溶解。在乳腺癌中，SDF-1/CXCR4和CXCL5/CXCR2轴招募Gr-1+CD11b+髓样细胞，激活MMP，上调TGF-β1，这有助于癌细胞的转移。MDSCs参与小鼠乳腺癌转移相关巨噬细胞的表达，这些巨噬细胞促进了乳腺癌PyMT小鼠模型中的外渗、播种和肿瘤细胞生长。
乳腺癌具有免疫原性，类似于其他实体瘤，是通过TAMCs诱导的。免疫疗法是一种新兴的抗肿瘤治疗方法，人们采用多种方法评估乳腺癌免疫治疗的有效性，包括肿瘤疫苗、双特异性抗体（bsAb）、免疫检查点拮抗剂和靶向淋巴细胞活化基因-3（LAG-3）。TAMCs亚群（TAMs和MDSCs）参与乳腺癌进展的各个阶段，包括肿瘤的发展、进展、转移和治疗反应。因此，靶向TAMs和MDSCs治疗乳腺癌是有效且具有前景的，已在临床前和临床阶段进行了一系列的研究。
考虑到乳腺癌中TAMCs的高水平与预后不良相关，抑制TAMCs的募集可能被认为是一种治疗选择。姜黄素，一种IL-6抑制剂，抑制乳腺癌细胞分泌IL-6，并减少MDSC的数量。CCL2是通过CCL2-CCR2轴招募TAM的代表性化学诱导剂，抗CCL2抗体阻断CCL-2抑制乳腺癌的生长和扩散。一项涉及乳腺癌患者的临床前研究表明，carlumab（CNTO888）一种抗CCL-2的单克隆抗体具有良好的耐受性和抗肿瘤活性。
直接清除TAMCs，RNA适配体抑制小鼠或人IL-4受体α（IL4Rα或CD124）并有效地消耗TAMs，从而抑制肿瘤细胞生长。Trabectedin是一种已获批的商业化药物，通过TRAIL受体caspase 8依赖性凋亡选择性地清除TAMs。在小鼠肿瘤模型中，含有促凋亡肽的M2pep表现出TAMs选择性减少和生存率提高。另外，也报道了用抗CD3/HER-2双特异性抗体激活的T细胞清除乳腺癌中的MDSCs。减毒单核细胞增生性李斯特菌（Listeriat）引起骨髓间充质干细胞感染并减少其数量，从而大幅减少乳腺癌转移部位的数量和肿瘤生长。
TAM亚型的转换，M2-TAMs主要参与肿瘤进展，而M1-TAMs则参与肿瘤抑制。由于TAM的可塑性，M1或M2 TAM可以通过环境刺激进行切换。CSF1/CSF1R信号通路将髓系祖细胞分化为单核吞噬细胞，调节TAM极化，并提高巨噬细胞存活率。RG7155是一种抑制CSF1酪氨酸激酶受体的单克隆抗体，是治疗乳腺癌的潜在药物。
此外，降低TAMCs功能产物水平的治疗也可能是有效的。有报道1-甲基-L-色氨酸（1-MT）能抑制MDSC产生的IDO，抑制MDSCs对T细胞的抑制作用，有助于促进乳腺癌的治疗。XIAOPI formula是CXCL1的抑制剂，可以抑制乳腺癌细胞的增殖和转移。ZnPPIX是HO-1和热休克蛋白32（HSP32）的特异性抑制剂，能有效抑制乳腺癌细胞生长。
乳腺癌是女性最常见的癌症之一，大多数HER-2阳性乳腺癌和TNBC组织含有免疫细胞基质，而TNBC是一个由异质性癌细胞组成的复杂群体，没有特异性靶向因子。TAMCs是乳腺癌最常见的免疫细胞基质，分为TAMs和MDSCs。这两种细胞类型通过免疫和非免疫机制促进乳腺癌的进展。TAMs和MDSCs的主要作用是免疫抑制，它促进癌细胞之间的免疫逃避。TAMs的非免疫机制包括血管生成、细胞外基质重塑、代谢支持、肿瘤干细胞诱导和耐药。MDSCs通过促进细胞增殖、肿瘤干细胞化、增强MMP和EMT的侵袭力、通过破骨细胞分化的溶骨性转移以及向转移相关巨噬细胞的分化来促进乳腺癌的进展。因此，靶向TAMs和MDSCs可能是一种有效的治疗策略。
到目前为止，靶向TAMs和MDSCs的药物包括抗体、适配体和拮抗剂，它们抑制TAMC的募集，耗尽TAMC，并调节TAMC的极化和分化。乳腺癌的临床前和临床研究已经报道了TAMC靶向药物的有效性；但是，某些要点应予以考虑。首先，TAMs和MDSCs有许多分化的细胞亚型，具有不同的功能和特性，因此，应根据乳腺癌的亚型、肿瘤分期、原发性或转移性肿瘤组织及转移部位，研究TAMs和MDSCs在乳腺癌中的类型和分布，以达到精确的靶向治疗目的。第二，包括化疗和放疗在内的辅助治疗方式可能会影响TAMCs，或者TAMCs本身会引起对辅助治疗的耐药性。此外，TAMC靶向药物可能会影响化疗和放疗的反应；当同时应用辅助疗法和TAMC靶向药物时，应考虑这些副作用。最后，TAMCs具有免疫功能以外的多种生理功能，导致TAM靶向药物的副作用。抗体激活免疫刺激物，同时使用抗体和细胞因子，以及给予富含组氨酸的糖蛋白，是目前用于巨噬细胞极化的解决方案，以达到抗肿瘤效果，同时保持巨噬细胞的总水平。然而，还需要进一步的研究来确定肿瘤组织或癌症患者外周血中TAMCs表达的特定分子。
总之，TAMCs，包括TAMs和MDSCs，通过免疫和非免疫机制在乳腺癌的进展、转移和治疗反应中发挥重要作用。针对TAMs/MDSCs的治疗策略可有效治疗乳腺癌，并可作为有效的免疫基础疗法。
参考文献：
1. Role of Tumor-AssociatedMyeloid Cells in Breast Cancer. Cells 2020, 9, 1785
2. Tumor-associated macrophages in breast cancer: Innocent bystanderor important player? Cancer Treatment Reviews 70 (2018) 178–189
3. Suppressive role of myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) in themicroenvironment of breast cancer and targeted immunotherapies. Oncotarget.2016 Sep 27; 7(39): 64505–64511.