综述：非小细胞肺癌脑转移中TAMs（肿瘤相关巨噬细胞）、小胶质细胞和星形胶质细胞的双重免疫代谢调控及治疗靶向

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer》：Dual immunometabolic regulation and therapeutic targeting of TAMs, microglia and astrocytes in brain metastasis of non-small cell lung cancer

　　刘一洲|杨冯|金宇|张强|赵本|梁一岚|侯宁|李钱霞
华中科技大学同济医学院同济医院肿瘤科，武汉430030，中国

**摘要**
非小细胞肺癌（NSCLC）的脑转移（BM）显著导致预后不良，其进展与大脑独特的免疫微环境密切相关。本文全面探讨了转移微环境中三种关键细胞类型——肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、小胶质细胞和星形胶质细胞——在脑转移发展过程中的双重调节作用及其潜在机制。TAMs通过代谢调节和分化为功能亚型来促进肿瘤侵袭和免疫抑制环境的形成，这些亚型的特征与原发性肿瘤中的不同。作为中枢神经系统的常驻免疫细胞，小胶质细胞表现出明显的功能极化：它们可以通过直接靶向肿瘤细胞、与适应性免疫合作以及增强放射敏感性来抑制转移。然而，在特定的微环境信号下，它们也可能支持肿瘤生长和免疫逃逸。同样，星形胶质细胞会从具有神经保护作用的状态转变为促进肿瘤的状态，通过炎症细胞因子分泌、间隙连接介导的细胞间通讯、代谢重编程和外泌体信号传导来推动肿瘤进展。基于这些机制见解，本文进一步总结了针对这些细胞类型的新兴治疗策略，包括工程化囊泡介导的TAM重编程、基于纳米颗粒的组合疗法、代谢检查点干预和靶向信号通路抑制剂。这些发现支持了“种子与土壤”假说，并促进了针对微环境的精准治疗发展，以改善NSCLC和BM患者的预后。

**引言**
肺癌是最常见的恶性肿瘤之一，也是全球癌症相关死亡的主要原因。非小细胞肺癌（NSCLC）约占病例的85%，而小细胞肺癌（SCLC）约占15%[1]。肺癌也是脑转移（BM）最常见的原发来源。在初次诊断时，大约10%的NSCLC患者已有脑转移，而在疾病进展过程中，近40%的患者会出现脑转移[2]。一旦发生脑转移，总体生存率显著下降，治疗后平均生存期仅为7-12个月[3][4]。

**目前NSCLC脑转移（NSCLC-BM）的治疗选择**
目前NSCLC脑转移的治疗方法包括常规手术切除、放疗和化疗，以及快速发展的靶向治疗和免疫治疗手段，这些方法可能改善患者的预后[5]。其中，手术切除、立体定向放疗（SRT）和全脑放疗（WBRT）仍然是主要的治疗方式[6]。然而，由于现有疗法对局部肿瘤的控制有限，颅内肿瘤的进展常常导致神经功能恶化或死亡[7]，因此阐明驱动脑转移的机制对于开发更有效的治疗方法至关重要。

**两种主要的肿瘤转移理论**
有两种主要理论试图解释肿瘤转移：传统的血流动力学理论无法充分解释器官特异性的转移模式[8]。相比之下，广泛接受的“种子与土壤”假说认为，转移定植取决于癌细胞（种子）与靶器官微环境（土壤）之间的特定相互作用[9]。在NSCLC-BM中，大脑微环境直接影响转移肿瘤细胞的进化行为[9]。在这个框架中，肿瘤微环境（TME）作为“土壤”的核心组成部分，是一个高度有序的生态系统，其中肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞、微生物组和细胞外基质通过复杂的相互作用网络共同调控肿瘤发生、进展和治疗反应[10]。抗肿瘤免疫的活性和方向不仅取决于免疫细胞的密度，更重要的是取决于这些细胞在TME中的功能状态、空间组织和相互作用。例如，TGF-β、乳酸和缺氧等抑制性信号可以促使免疫细胞向促肿瘤表型极化[11][12]。此外，成纤维细胞和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）可以形成物理和化学屏障，限制T细胞浸润并削弱效应功能[13][14]（图1）。配体-受体相互作用，包括PD-1/PD-L1和CTLA-4/CD80信号传导，进一步调节抗肿瘤免疫的强度和持久性[15]。因此，TME的异质性是影响免疫治疗干预反应多样性的主要因素。尽管免疫检查点阻断（ICB）在过去十年中彻底改变了癌症治疗，但只有部分患者从中获益[16]。一个关键原因是TME的异质性，因为细胞组成、代谢状态和免疫激活在患者之间、不同肿瘤类型之间，甚至在同一肿瘤内部存在显著差异，从而定义了“热”（炎症活跃）和“冷”（免疫排斥或免疫贫乏）表型，并影响治疗敏感性。系统地解析这些相互作用需要整合多组学方法，包括转录组学、基因组学、空间分析和免疫谱分析，以准确描述TME-免疫关系并指导个性化免疫治疗策略[17]。

**单细胞测序和空间转录组学的最新进展**
单细胞测序和空间转录组学的最新进展揭示了脑转移微环境内的巨大异质性和可塑性。在脑转移中，TME主要由非肿瘤实质细胞组成，包括星形胶质细胞、内皮细胞、周细胞、神经元、小胶质细胞、骨髓来源的巨噬细胞和肿瘤浸润的淋巴细胞，以及细胞外基质[18]（图1）。星形胶质细胞和TAMs是主要的细胞成分，而淋巴细胞浸润通常有限[19][20]。在NSCLC-BM中，M2型巨噬细胞、未成熟小胶质细胞和高反应性星形胶质细胞的增加共同形成了免疫抑制和纤维化微环境[21]。

**星形胶质细胞的作用**
星形胶质细胞是大脑中的主要细胞类型，约占所有脑细胞的40%，对维持血脑屏障（BBB）至关重要[22]。它们的显著异质性赋予了多种功能，在生理条件下，它们参与几乎所有的中枢神经系统（CNS）活动，包括突触发生和可塑性、离子和液体稳态、能量代谢、免疫防御以及损伤后的组织修复，从而维持微环境稳态[23]。在肺癌脑转移中，星形胶质细胞通过形成物理屏障（如胶质瘢痕）和通过外泌体分泌调节细胞间通讯发挥关键作用。在适应性免疫炎症期间，星形胶质细胞通过形成类似瘢痕的血管周围屏障来限制白细胞进入CNS实质[24]。这种屏障与反应性星形胶质增生密切相关，其破坏会导致白细胞浸润增加，加重炎症和病理损伤。此外，研究表明，肺癌细胞衍生的外泌体可以改变星形胶质细胞的功能并刺激细胞因子分泌，从而创建炎症和免疫抑制微环境。这一过程有助于转移前微环境的形成，并进一步促进脑转移和肿瘤进展[25]。在大脑TME中，TAMs包括巨噬细胞和小胶质细胞[26]。巨噬细胞可分为单核细胞来源的巨噬细胞（MDMs，起源于骨髓）和位于CNS边缘的巨噬细胞（BAMs，图1A）。MDMs在转录组和染色质可及性方面与TME中的小胶质细胞不同[27]。BAMs位于CNS边缘区域，包括脑膜、血管周围空间和脉络丛[28][29]，它们起源于卵黄囊和胎儿肝脏的红髓祖细胞，而循环单核细胞可以进入大脑并分化为MDMs，从而促进肿瘤进展[28]。值得注意的是，MDMs也参与BAMs的补充[30][31]。现有证据表明，BAMs的抗原呈递能力比小胶质细胞更强；然而，它们在调节脑转移生长和抗肿瘤免疫方面的作用仍然有限[30]。目前大多数研究集中在肿瘤相关小胶质细胞（TAM-MG）和肿瘤相关单核细胞来源的巨噬细胞（TAM-MDMs）上[32][33][34]，尽管这些群体在TME研究中经常被混淆。为了有效区分和研究这些细胞类型，单细胞测序和空间转录组学等新兴技术对于解决TAM的异质性至关重要[35]。

**TAMs在脑转移中的作用**
作为主要的巨噬细胞亚群，TAMs通过促进血管生成、迁移、侵袭、上皮-间质转化（EMT）、肿瘤细胞浸润和渗出、抗原呈递、免疫抑制微环境的形成以及化疗耐药性等方式显著促进肿瘤进展[36]。在脑转移微环境中，TAMs主要表现出M2极化的免疫抑制表型，从而促进肿瘤进展和免疫逃逸[9][37]。

**小胶质细胞的作用**
小胶质细胞起源于胚胎发育过程中卵黄囊的原始造血干细胞，是CNS中最丰富的常驻免疫细胞[38]。作为CNS的先天免疫细胞，它们通过调控细胞死亡、突触修剪、神经发育和免疫监视来维持大脑稳态[39]。与外周巨噬细胞类似，小胶质细胞可以极化为经典激活的促炎M1表型或替代激活的抗炎M2表型。激活的小胶质细胞在肿瘤进展中发挥双重作用，既释放具有抗肿瘤效力的炎症介质，又产生促进肿瘤生长的生长因子[40]。此外，TME中小胶质细胞的代谢重塑可能进一步改变其免疫功能并影响肿瘤进展[41]。

**总结**
本文探讨了NSCLC脑转移微环境中TAMs、小胶质细胞和星形胶质细胞的免疫代谢调节机制，强调了它们的分子功能和新兴的治疗意义。通过整合最近的临床前和临床发现，本文旨在提供一个系统性的框架来理解NSCLC-BM的免疫代谢景观，并为开发针对微环境细胞的精准治疗提供理论基础。

**附录**
- **脑转移与原发性肿瘤中TAMs的比较**：多项研究表明，脑转移中的TAM密度高于相应的原发性肿瘤，这支持了先前的研究结果，表明TAM在脑转移发展中具有更活跃的促肿瘤作用[42]。这种效应可能部分通过调控血管完整性和功能来促进CNS扩散[43]。TAM的表型在原发灶和转移灶之间也存在显著差异。促炎M1巨噬细胞在脑转移中占主导地位。
- **小胶质细胞的分类**：传统上，小胶质细胞根据微环境信号被分为两个功能亚组：经典激活型（M1型）和替代激活型（M2型）[28][63]。M1极化由促炎信号（如IFN-γ、TNF-α和LPS）通过TLR和IFN-γ信号通路触发[87][88]。典型的表面标记包括诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和CD86。一旦激活，M1小胶质细胞会释放一系列促炎因子。
- **星形胶质细胞的的重编程**：在NSCLC-BM中，肿瘤侵袭引起的脑组织损伤会触发星形胶质细胞的表型变化，导致胶质纤维酸性蛋白（GFAP）的显著上调，并诱导促进反应性星形胶质细胞增殖的转录程序[129]（图1D）。空间转录组分析进一步显示，反应性星形胶质细胞表达OSMR（oncostatin M受体β亚单位）、STAT3和THBS-1（thrombospondin-1，TSP-1）显著增加。
- **工程化囊泡疗法**：辐射治疗诱导的巨噬细胞衍生物囊泡（RT-MPs）在治疗肺癌脑转移方面具有多种优势。它们的大小和结构不仅便于制备，而且能够有效穿透血脑屏障[166][167]。与化疗或缺氧诱导的肿瘤微粒（T-MPs）不同，RT-MPs具有特定的抗肿瘤效应，可以有效治疗恶性胸腔积液。被肿瘤细胞摄取后，它们通过诱导免疫性细胞死亡来发挥作用。

**讨论**
本文详细概述了NSCLC-BM微环境中TAMs、小胶质细胞和星形胶质细胞参与的免疫代谢调节过程，强调了这些细胞群体如何通过代谢重编程、细胞间通讯和免疫调节共同塑造免疫抑制和促转移微环境，并提出了几种针对这些细胞的治疗策略。