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

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

實體瘤的過繼細胞療法

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

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

CAR研究的主要焦點一直是外周T淋巴細胞，但近年來利用嵌合受體進行癌癥治療的研究已經擴展到了其它類型的淋巴免疫細胞中，如γδT細胞、自然殺傷T（NKT）細胞和自然殺傷（NK）細胞。 但由這些淋巴細胞衍生的細胞療法在實體瘤治療中的療效仍然難以捉摸，而髓系細胞（如單核/巨噬細胞）則為這些難題提供了一種可能的解決方案，因為這些細胞在腫瘤中的積累良好，并能穿透腫瘤周圍致密的基質組織。 此外，髓系細胞既能直接殺傷腫瘤，又能通過抗原呈遞增強內源性免疫，這些特點使髓系細胞成為抗腫瘤細胞療法開發(fā)的獨特選擇。

癌癥中的巨噬細胞

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

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

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

M2巨噬細胞在正常免疫功能和穩(wěn)態(tài)中具有關鍵作用，如刺激Th2細胞反應、消除寄生蟲、免疫調節(jié)、傷口愈合和組織再生等，但某些M2巨噬細胞亞群在促進腫瘤進展中也起著關鍵作用。腫瘤能將循環(huán)單核細胞和組織常駐巨噬細胞招募到TME，并使其極化為M2表型，再通過各種可溶性和機械因子形成腫瘤相關巨噬細胞（TAM）。TAM通過促進基因不穩(wěn)定、血管生成、纖維化、免疫抑制、侵襲和轉移來增強腫瘤進展?；诰奘杉毎陌┌Y治療的一個核心目標是減少抗炎性巨噬細胞，增加促炎性（抗腫瘤）巨噬細胞。

靶向癌癥中的TAM

當前，抵抗TAM促腫瘤特性的策略可以分為兩組：減少TAM的數量或改變TAM在TME內的功能。

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，這是巨噬細胞分化和存活的重要配體-受體對。這種方法通過阻斷單核細胞分化來減少TAM的數量，同時也減少了現有TAM的存活率。 此外，使用靶向CSF1R的小分子抑制劑可誘導TAM的復極化，從M2轉為M1型。

也有研究團隊關注靶向其它重要受體，在TME內重編程TAM的療法。其中，Toll樣受體（TLR）是一類參與先天免疫感應的受體家族，可以改變巨噬細胞的表型。這些模式識別受體可以對細菌顆粒（如脂多糖）或細菌和病毒的基因組（如DNA或RNA）作出反應，觸發(fā)促炎細胞因子的釋放。腔內注射TLR激動劑已被證明可以增加單核細胞的招募和浸潤，并誘導巨噬細胞的復極化。

TAM重編程的另一個的靶點是CD40，它與活化的T細胞上表達的CD40L結合。 CD40信號能使共刺激分子和促炎細胞因子上調，CD40激動劑抗體可以延緩腫瘤的進展并使先前耐藥的腫瘤對化療敏感。

另一個值得關注的分子是TGFβ，這種抗炎分子通常由巨噬細胞在損傷修復過程中表達。TGFβ能降低TAM對I型干擾素和STING激動劑的敏感性，增加了TAM向炎癥表型轉化的難度。在小鼠模型中阻斷TGFβ，同時使用STING激動劑治療能通過上調I型干擾素的表達來實現腫瘤消退。

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

體外改造巨噬細胞

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

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

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個月內病情保持穩(wěn)定。7例腹膜癌患者在接受腹腔內巨噬細胞注射后，有2例腹水消失。15例患者中有7例血清中的IL-6升高，這表明療法誘導了炎癥反應。關鍵的是，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道。

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

值得注意的是，這些非工程化的巨噬細胞無法識別腫瘤相關抗原，也無法吞噬癌細胞。此外，由于巨噬細胞的極化是一個連續(xù)的過程，會隨著外界刺激的變化而變化，因此TME有可能將過繼轉移的巨噬細胞從IFN-γ激發(fā)的M1表型轉向M2表型。以上這些表明巨噬細胞療法的開發(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胞的抗腫瘤能力逐漸吸引了更多的關注。

根據作者團隊在2016年報道的人體CAR巨噬細胞（CAR-M）的初步進展。他們發(fā)現嵌合腺病毒載體Ad5f35能高效、可重復地轉導原代單核細胞和巨噬細胞，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在體外和體內比對照組或M1巨噬細胞能更有效地消除腫瘤細胞。 而且在異種移植小鼠模型中，與使用對照巨噬細胞治療的小鼠相比，CAR-M治療后小鼠的腫瘤負擔顯著降低，總生存率也升高了。

用Ad5f35轉導的巨噬細胞會表現出持久的M1表型，CAR-M還誘導了周圍TME的促炎特征。而且M2巨噬細胞的存在并不影響CAR-M的腫瘤殺傷能力，這凸顯了它們對TME免疫抑制的抵抗力。此外，CAR-M表現出更強的T細胞刺激能力，能夠在吞噬后將抗原呈遞給T細胞。而且在趨化實驗中，CAR-M能同時招募靜止和活化的T細胞。

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

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

CAR-M療法的多效抗腫瘤機制（來源： Cancer Research）

結語

巨噬細胞是一種高度可塑性的細胞，能夠根據外部刺激調整自身的特性和功能。 作為專業(yè)的抗原呈遞細胞，巨噬細胞將先天效應器功能與適應性免疫進行了銜接。而基因工程的巨大進展則為利用合成生物學重新引導巨噬細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)