繆洪明組報導腫瘤相關巨噬細胞表型轉換的新機制—王紅艷、蘇士成點評

責編 | 迦 漵

異質性和可塑性是巨噬細胞的重要特徵。在體外的理想情況下，巨噬細胞可定義為極端的兩種類型：經典活化型（促炎型）M1及替代活化型（抗炎型）M2。比如，M1可由IFNγ等激活，介導Th1反應；而M2可由IL-4等激活，介導Th2反應【1】。在腫瘤微環境中，腫瘤相關巨噬細胞（Tumor associated macrophages,TAMs）也是異質的，但更傾向於M2的表型【2】。然而，TAMs在腫瘤微環境中如何被誘導成M2的機制，尚不完全明了。

近來，代謝重編程被認為是巨噬細胞表型轉換的物質基礎。特別在脂質代謝中，飽和的遊離脂肪酸（FFA）可激活巨噬細胞TLR4及其下遊信號NF-κB和JNK【3】。此外，繆洪明等也曾報導脂肪甘油三酯水解酶的輔因子ABHD5，可調節巨噬細胞炎性體信號【4】。腫瘤微環境是一個及其惡劣的缺血、缺氧、缺營養的競爭性微環境，TAMs中卻有大量的脂質堆積【5, 6】。然而，TAMs中脂質堆積的機制及其相應功能，尚不明確。

陸軍軍醫大學（原第三軍醫大學）基礎醫學院繆洪明副教授，長期從事代謝與腫瘤微環境研究，在巨噬細胞活性與腫瘤調控方面做了大量工作。7月3日，Nature Communications雜誌在線發表了繆洪明副教授團隊，聯合陸軍軍醫大學西南醫院梁後傑教授團隊、新橋醫院李詠生教授團隊以及南方醫科大學南方醫院楊魏教授團隊題為Monoacylglycerol lipase regulates cannabinoid receptor 2-dependent macrophage activation and cancer progression的研究論文，從TAMs脂代謝重編程的角度，闡明了TAMs活性轉換的分子機制及其腫瘤調控作用。

該論文以結腸癌為主要模型，以乳腺癌等腫瘤為佐證，經基因晶元篩查並證實了單甘油酯水解酶（monoacylglycerol lipase, MGLL）的表達抑製，是導致TAMs脂質堆積的主要原因。為探索TAMs中MGLL的功能，研究者構建了髓系細胞特異的MGLL轉基因和條件敲除小鼠，並在此基礎上建立經皮下及尾靜脈移植瘤模型，證實了TAMs中MGLL具有抗瘤效果。經巨噬細胞與腫瘤細胞體外共培養、Rag1-KO 小鼠腫瘤模型等排除實驗，研究者證實巨噬細胞MGLL的抗瘤效應是T細胞依賴的。進一步進行T細胞活性分析，研究者發現巨噬細胞MGLL可調控CD8+T細胞的抗瘤活性。因此，作者推斷， MGLL勢必調控了巨噬細胞的M1/M2活性轉換。於是，作者對MGLL調節巨噬細胞活化的機制做了深入的挖掘。

MGLL分解的單甘油酯，包含了一種特殊的脂質分子2-花生四烯酸甘油（2-AG），是內源性的大麻素信號底物【7】。研究者發現TAMs中，2-AG大量堆積，可激活大麻素信號受體CB2，進而促進巨噬細胞向M2方向分化。不僅如此，研究者更是鑒定出CB2調控巨噬細胞活化的重要機制：巨噬細胞中，CB2可能是TLR4的剎車分子。當CB2被2-AG激活時，比如在腫瘤微環境中，CB2可增強與TLR4結合，阻礙TLR4的信號轉導，表現為促炎信號NF-κB和JNK的失活，有利於TAMs向M2活化；當CB2信號被抑製時，CB2與TLR4的結合減弱，解除對TLR4信號轉導的抑製作用，利於下遊促炎信號傳遞，表現為M1活化。CB2與TLR4相互作用機制的闡明，暗示了巨噬細胞MGLL更為重要的作用。仔細回顧MGLL的生化功能：分解2-AG，產生FFA。前者是CB2的活化底物，而後者是TLR4的激活分子。實際上，MGLL扮演了一個雙向開關的作用，這是一個非常有意思的調控機制。

最後，研究者還構建了髓系細胞特異的CB2轉基因小鼠模型，在體證實了MGLL-CB2/TLR4通路對TAMs活化、CD8+Ｔ細胞激活及腫瘤惡性進展的調控效應，並通過臨床樣本分析，揭示了腫瘤相關巨噬細胞MGLL及CB２對結腸癌病人預後的指示作用。

繆洪明，博士，男，1984年生，現為陸軍軍醫大學（原第三軍醫大學）基礎醫學院副教授，生物化學與分子生物學專業以及免疫學專業博士研究生導師。現任重慶市代謝免疫專委會秘書長、常務委員。先後留學美國維克森林大學（Wake Forest University）及馬裡蘭州立大學（University of Maryland）。近年主要以代謝與腫瘤微環境為研究方向。曾入選全國優秀博士後獲資助者選介、第三軍醫大學創新人才啟動基金獲得者、第三軍醫大學優青人才培養對象。獲重慶市科技進步二等獎1項。先後主持國家自然科學基金面上項目、青年項目、重慶市重點項目等課題8項，以第一或通訊作者，在Nature Communications（2016,2018），Cell Reports（2014a,2014b），Autophagy（2016）等SCI雜誌上發表論著10餘篇。任多個國際期刊審稿人及編委。參編教材多部。

王紅艷（中科院上海生化細胞所研究員）

Comment：腫瘤微環境能調控浸潤的巨噬細胞功能，使其具有功能的可塑性；同時巨噬細胞的功能也將影響腫瘤的發展。在缺血、缺氧、存在營養競爭的腫瘤微環境中，有一種很有意思的現象即：腫瘤相關巨噬細胞（Tumor associated macrophages, TAMs）卻有大量的脂質堆積。目前尚不明確TAMs中脂質堆積的機制及其功能。

陸軍軍醫大學（原第三軍醫大學）基礎醫學院繆洪明副教授於2018年7月3日在Nature communications期刊在線發表Monoacylglycerol lipase regulates cannabinoid receptor 2-dependent macrophage activation and cancer progression的研究論文。作者利用基因晶元篩查結腸癌等腫瘤，證實腫瘤微環境中單甘油酯水解酶（monoacylglycerol lipase, MGLL）的表達下調。MGLL能分解一種特殊的脂質分子即2-花生四烯酸甘油（2-AG），產生遊離脂肪酸（FFA）。2-AG的堆積可激活大麻素信號受體CB2。在腫瘤微環境中，當CB2被2-AG激活時，CB2可增強與TLR4結合，阻礙TLR4的信號轉導，抑製NF-κB和JNK的活性。因此作者創新性提出CB2作為TLR4的剎車分子，抑製M1型巨噬細胞的分化，有利於M2型抑炎巨噬細胞的活化。此外，FFA是TLR4的激活分子，能激活巨噬細胞TLR4下遊的NF-κB和JNK。綜上所述， MGLL扮演了一個關鍵開關的作用，在腫瘤微環境中MGLL降低能導致2-AG堆積和FFA減少，因此調控巨噬細胞分化成促進腫瘤發展的TAM，這也是導致TAMs脂質堆積的主要原因。

研究者通過構建MGLL轉基因和條件敲除小鼠，並經皮下及尾靜脈建立的移植瘤模型，證實了TAMs中MGLL具有抗瘤效果。經Rag1 KO小鼠腫瘤模型等實驗，證實巨噬細胞MGLL的抗瘤效應是T細胞依賴的，主要增強CD8+T細胞的抗瘤活性。更關鍵的是，臨床樣本揭示腫瘤相關巨噬細胞表達MGLL及CB2的水準對結腸癌病人預後的指示作用。

論文著眼於近年來備受關注的脂肪代謝調控先天免疫反應的前沿研究領域，將條件性敲除等小鼠活體表型結合病人樣本，從細胞和分子機制水準，完整深入的闡述了單甘油酯水解酶MGLL如何將腫瘤微環境與巨噬細胞間的相互調控的功能整合在一起。而且，本文創新性提出大麻素信號受體CB2抑製TLR4信號通路的新功能，這也將引起更多讀者的興趣和關注。

蘇士成（中山大學孫逸仙紀念醫院副教授，國自然優青，青年長江學者）

Comment：脂類代謝重編程決定腫瘤相關巨噬細胞命運

針對腫瘤微環境（TME）的免疫治療一直是腫瘤和免疫研究領域致力發展的一個方向。早在1980干擾素的腫瘤細胞因子治療就登上了當年3月的時代（time）雜誌封面。但腫瘤免疫治療的黃金時代始於本世紀。以免疫節點抑製劑（ICI）、CAR-T為代表的免疫治療迅猛發展、成為黑色素瘤、肺癌、淋巴瘤等多種惡性腫瘤的常規治療手段。目前的免疫靶點主要集中在特異性免疫細胞，但近期以CD47單抗為代表的新一代ICI表明固有免疫細胞同樣能成為免疫治療的重要靶標。

腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）是TME中數目最多的固有免疫細胞。但TAMs在不同癌種的預後價值不同，在乳腺癌中與病人的不良預後相關，在胃癌中相反。TAMs在不同癌種的相反作用提示了TAMs的異質性和多樣性。義大利學者Albert Mantovani提出了M1-M2假說：以LPS，IFN激活的巨噬細胞為M1，以IL-4、IL-13、IL-10激活的巨噬細胞為M2。抑癌的巨噬細胞表現為M1型，促癌的TAM表現為M2型。雖然該假說過於簡化TAMs的真實表型，但仍是目前研究TAM異質性的最常用模型。

TAMs為什麼會表現出不同表型。之前的研究主要集中在炎症蛋白信號分子，包括炎症因子、受體和下遊酪氨酸激酶。近期研究顯示代謝產物能作為信號分子調控免疫細胞的功能和表型，例如許琛琦課題組發現膽固醇在胞膜的積累促進CD8 T細胞對腫瘤的殺傷作用。但脂類代謝對TAMs的作用之前仍不清楚。

2018年7月3日Nature communications雜誌在線發表了陸軍軍醫大學繆洪明教授團隊聯合陸軍軍醫大學西南醫院梁後傑教授團隊、新橋醫院李詠生教授團隊以及南方醫科大學南方醫院楊巍教授團隊合作，題為Monoacylglycerol lipase regulates cannabinoid receptor 2-dependent macrophage activation and cancer progression的研究論文，該研究以結腸癌、乳腺癌等多種腫瘤模型，通過轉錄組的高通量篩查發現單甘油酯水解酶的在TAMs中表達受到抑製。通過髓系細胞特異基因修飾小鼠等模型，發現單甘油酯水解酶低表達導致TAMs 2-花生四烯酸甘油堆積，激活大麻素信號受體，進而與TLR4結合，阻礙NF-κB和JNK的激活，從而TAMs向促癌的M2分化，最終促進腫瘤轉移和免疫抑製。

值得一提的是，繆洪明教授去年在亞洲冷泉港會議中做了該研究報告，馬上引起與會的國內外專家的興趣和好評。繆洪明教授長期從事代謝、炎症與腫瘤的研究，專註於巨噬細胞的活化與疾病關係。對TAMs脂質代謝重編程做出了一系列的出色工作，包括發現飽和脂肪酸通過下調CGI-58抑製巨噬細胞炎症小體形成和炎症因子分泌，發表在2014年Cell report；發現溶脂因子ABHD5抑製TAMs的亞精胺生成從而促進結腸癌生長，發表在2016年Nature communications。

總的來說，該系列研究揭示了脂質代謝產物作為信號分子調控巨噬細胞命運分化，豐富了我們對腫瘤微環境信號網路的認識，為針對固有免疫細胞的腫瘤免疫治療提供新靶點。

參考文獻

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2.Colegio, O.R. et al. Functional polarization of tumour-associated macrophages by tumour-derived lactic acid.Nature513, 559-563 (2014).

3.Shi, H. et al. TLR4 links innate immunity and fatty acid-induced insulin resistance.J Clin Invest116, 3015-3025 (2006).

4.Miao, H. et al. Macrophage CGI-58 deficiency activates ROS-inflammasome pathway to promote insulin resistance in mice.Cell Rep7, 223-235 (2014).

5.Herber, D.L. et al. Lipid accumulation and dendritic cell dysfunction in cancer.Nat Med16, 880-886 (2010).

6.Miao, H. et al. Macrophage ABHD5 promotes colorectal cancer growth by suppressing spermidine production by SRM.Nat Commun7, 11716 (2016).

7.Stella, N., Schweitzer, P. & Piomelli, D. A second endogenous cannabinoid that modulates long-term potentiation.Nature388, 773-778 (1997).

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