综述：巨噬细胞极化与癌症放疗反应之间的联系：机制与治疗机遇

《Frontiers in Immunology》：The link between macrophage polarization and response to radiotherapy in cancers: mechanisms and therapeutic opportunities

　　

巨噬细胞作为肿瘤微环境（TME）中的核心参与者，表现出显著的可塑性，在促炎性M1（pro-inflammatory M1）和免疫抑制性M2（immunosuppressive M2）状态之间转换。这种极化直接影响了癌症放疗的反应。尽管M1巨噬细胞促进抗肿瘤免疫，但M2巨噬细胞却促进免疫逃逸、转移和治疗抵抗。电离辐射（Ionizing radiation）虽旨在杀伤肿瘤细胞，但可能无意中改变TME内的巨噬细胞极化。大剂量和粒子基放疗（high-dose and particle-based radiotherapies）倾向于促进M1极化，增强肿瘤控制，而常规放疗（conventional radiotherapy）常诱导M2巨噬细胞，促进放射抵抗（radioresistance）。这些巨噬细胞表型的转变由TME内代谢信号（metabolic signaling）、缺氧（hypoxia）和细胞因子（cytokine）产生的变化驱动，这些因素共同决定了治疗结果。新兴策略旨在通过操纵巨噬细胞极化来克服放疗诱导的抵抗，包括使用免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors）、纳米颗粒（nanoparticles）和代谢重编程药物（metabolic reprogramming agents）。通过靶向巨噬细胞招募、存活和重编程，这些疗法有可能提高放疗的疗效并减少肿瘤复发。理解并利用巨噬细胞可塑性有望在精准肿瘤学时代优化癌症治疗并改善患者预后。

论文主体部分总结如下：

**2 辐射诱导的可塑性：分子与代谢重编程**

**2.1 代谢适应与缺氧信号**
放疗诱导的巨噬细胞可塑性受巨噬细胞和辐射后肿瘤细胞内的代谢重编程以及TME内缺氧相关信号的调控。在髓母细胞瘤模型中，质子超高剂量率FLASH放疗相比标准剂量率照射，通过降低活性氧（ROS）、氧化型低密度脂蛋白和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）活性，使瘤内巨噬细胞转向M1样表型。在胶质瘤中，放疗通过信号转导及转录激活子5（STAT5）信号增加谷氨酰胺合成酶表达，促进M2极化，而药物抑制可逆转此效应。头颈部鳞状细胞癌中，放疗改变肿瘤NAD⁺代谢，增加富含烟酰胺的细胞外囊泡（EVs）释放，通过USP7结合抑制巨噬细胞NF-κB信号，促进M2极化；抑制烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）可恢复M1样极化。肝细胞癌中，放疗通过HIF-1α驱动糖酵解和乳酸产生促进M2极化，而莲心碱（Liensinine）通过激活AMP活化蛋白激酶（AMPK）和促进HIF-1α降解改善放疗抗肿瘤活性。胶质母细胞瘤中，缺氧应激增加C3表达并通过C3a受体促进M2极化，C3aR抑制联合放疗可延长生存。综上，ROS-脂质信号、谷氨酰胺代谢、NAD⁺/烟酰胺依赖性EV通讯、乳酸产生和缺氧相关补体激活均影响M1/M2平衡。

**2.2 细胞外囊泡与细胞间通讯的作用**
EVs（包括外泌体和微粒）是辐射后肿瘤细胞与巨噬细胞通讯的重要介质。放疗诱导的肿瘤细胞释放微粒（RT-MPs）在恶性胸腔积液和黑色素瘤模型中通过诱导铁死亡、免疫原性细胞死亡，增强巨噬细胞吞噬并促进M1样极化，联合PD-1阻断可产生持久抗肿瘤免疫。类似效应在非小细胞肺癌（NSCLC）脑转移和直肠癌等模型中被证实。然而，某些辐射相关EVs也可促进M2极化：NSCLC中辐照后外泌体富集miR-4655-5p或miR-616-3p，通过靶向Midline-1 E3泛素连接酶（MID1）或磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）/PI3K/AKT信号诱导M2极化；三阴性乳腺癌（TNBC）中辐射诱导的外泌体LINC01943通过抑制ELAVL1介导的自噬驱动M2表型。此外，M2巨噬细胞来源的外泌体hsa_circ_0001610可增强肿瘤放疗抵抗。EV信号的作用取决于肿瘤类型、囊泡起源和分子货物，可引导M1或M2样极化。

**2.3 极化驱动的基因组、表观遗传与调控机制**
放疗通过多种基因组、转录和表观遗传程序影响巨噬细胞招募和极化。在食管鳞状细胞癌中，低分割放疗通过cGAS-STING信号上调IL-34 mRNA，导致M2 TAM积累。肝细胞癌中，辐射诱导的DNA依赖蛋白激酶催化亚基通过稳定转化酸性卷曲螺旋蛋白3（TACC3）促进IL-4和IL-10分泌，驱动M2极化。结直肠癌中，放射抵抗细胞上调miR-1226-5p，抑制干扰素调节因子1（IRF1），通过STAT6信号促进TGF-β分泌和M2极化。TNBC中，溴结构域蛋白4（BRD4）抑制联合分割放疗可减少CD68⁺ TAM并向M1样转变。肝细胞癌中，母系胚胎亮氨酸拉链激酶（MELK）通过STAT3/CCL2轴促进M2极化。此外，辐射诱导的FGF2信号和HMGB1-TLR4通路分别调节M1/M2平衡。代谢基因如NRF2-GCLM-GPX4轴和DHODH抑制也通过铁死亡影响巨噬细胞极化。

**2.4 辐射模态的影响：光子、质子和重离子**
辐射模态显著影响巨噬细胞极化。高剂量消融性光子（如16 Gy）促进M1样极化，而常规分割无效。质子照射通过NF-κB信号将M2主导状态转向混合M1/M2表型，且M1样巨噬细胞具有更强放射抵抗。碳离子放疗（CIRT）在胰腺导管腺癌模型中比光子产生更强的抗肿瘤免疫谱，表现为M1巨噬细胞特征更突出。超高剂量率放疗（≥40 Gy/s）在头颈部鳞状细胞癌中更有效地将M2转向M1样表型，伴随CD8⁺ T细胞激活和远隔效应。这些模态特异性效应部分解释了与免疫治疗协同作用的差异。

**3 促肿瘤转变：抵抗与复发的驱动因素**

**3.1 放射抵抗与免疫抑制机制**
在结直肠癌中，真核翻译起始因子5A（EIF5A）上调与肿瘤干细胞和抑制性免疫微环境相关，表现为M2巨噬细胞增多，敲低EIF5A可逆转放射抵抗。TNBC中，放疗诱导M2巨噬细胞分泌IL-6，促进肿瘤侵袭性，中和IL-6可减少复发。胶质瘤中，高剂量立体定向放射外科（40 Gy）增加M1极化，而M2占主导预测治疗效果差。造血干细胞和祖细胞（HSPCs）在放疗后通过CSF-1信号分化为M2巨噬细胞，促进肿瘤再生长，CSF-1R抑制剂可改善控制。然而，在胶质瘤临床队列中，M1样巨噬细胞高浸润可能与较差生存相关，反映二元框架局限性及肿瘤微环境的复杂性。

**3.2 血管调节与基质重塑**
放疗可诱导免疫原性细胞死亡并促进巨噬细胞向炎性状态重编程，联合抗CD47抗体可增强吞噬作用。然而，放疗后细胞外基质重塑（胶原沉积、硬度增加）可通过整合素β3促进M2样极化，支持肿瘤增殖和转移。膀胱癌中，辐射后肿瘤细胞分泌CCL2招募CCR2⁺髓系细胞并向M2转变，促进转移；阻断CCL2-CCR2轴可减少转移。低剂量放疗（0.5-2 Gy/次）可促进M1样极化和血管正常化，改善免疫浸润。

**4 药理学与免疫学协同：克服抵抗**

**4.1 增强检查点阻断与CAR-T疗效**
低剂量放疗联合PD-L1阻断通过JAK-STAT通路增加M1样TAM并介导远隔效应。放疗联合PD-1和TIGIT阻断促进M1极化，激活CD8⁺ T细胞。肝细胞癌中，放疗联合抗PD-1和抗VEGFR2通过STAT1依赖性CCL5分泌使M2转向M1，增强CD8⁺ T细胞招募。TNBC中，放疗联合PI3Kγδ抑制剂和PD-1阻断逆转M2极化，激活cGAS-STING轴。NSCLC中，SHP-2抑制联合放疗和抗PD-L1可增加M1极化。CDK4/6抑制剂Abemaciclib联合放疗和PD-L1阻断促进M1增加。纳米颗粒为基础的放射增敏剂联合TLR7激动剂和CTLA-4阻断实现M2到M1转变。胰腺导管腺癌中，放疗作为预处理可诱导M1主导微环境，增强CLDN18.2靶向CAR-T疗效。反之，替莫唑胺联合放疗可抑制有利的M1转变。

**4.2 靶向招募与存活**
低分割放疗可诱导CCL8高表达的M2样巨噬细胞扩增，化学因子抑制Bindarit可减少M2浸润。肝癌中，CCR5拮抗剂Maraviroc逆转M2偏向。胶质母细胞瘤中，CSF-1R抑制剂（PLX3397或BLZ-945）减少M2极化并增强放疗效果。结直肠癌中，CD47/SIRPα和PD-1/PD-L1双阻断增加CD11c⁺ M1样巨噬细胞和吞噬。肺癌中，放疗诱导MerTK依赖性胞葬作用促进M2极化，抑制MerTK可增加M1/M2比例并改善检查点阻断敏感性。

**4.3 代谢与小分子重编程**
BCL-2抑制剂Sonrotoclax联合放疗通过铁死亡和cGAS-STING通路促进M1样极化。头颈部鳞状细胞癌中，CpG-STAT3反义寡核苷酸抑制STAT3可逆转M2极化。HDAC6抑制可维持M1/M2平衡。胰腺癌中，RAGE抑制减少M2样细胞。雷帕霉素诱导自噬减少M2促肿瘤分泌。抗血管生成剂Famitinib联合放疗可通过血管正常化和减轻缺氧促进M1极化。厚朴酚通过抑制EGFR和NF-κB增强M1极化。阻断磷脂酰丝氨酸信号（mch1N11）可重定向巨噬细胞向M1。

**4.4 免疫刺激剂：疫苗与STING激动剂**
STING激动剂联合放疗增加CD86⁺巨噬细胞，减少CD206⁺巨噬细胞，促进CD8⁺ T细胞浸润和远隔效应。靶向成纤维细胞激活蛋白-α（FAPα）的癌症疫苗联合立体定向放疗使M2转向M1并改善控制。近距离放疗（10 Gy）显著减少M2样细胞。CD40激动剂HERA-CD40L联合放疗重编程巨噬细胞向M1样，增加T细胞浸润。工程化沙门氏菌分泌鞭毛蛋白B或IL-21联合放疗可增强M1样极化和抗肿瘤活性。

**5 生物工程生态位：纳米技术与生物材料**

**5.1 多功能纳米颗粒用于放射免疫治疗**
源自辐照癌细胞的生物功能化脂质体样纳米囊泡（BLNs）通过MAPK通路将TAM从M2重编程为M1，增强PD-1阻断疗效。质子放疗联合NBTXR3纳米粒细胞增强M1极化。甘露糖和左旋咪唑共载PEG化脂质体逆转辐照肿瘤来源EV诱导的M2极化，实现完全肿瘤消融。MnO₂基纳米颗粒（PLMDs）缓解缺氧并促进M1极化。RGD修饰脂质体包裹ROCK抑制剂Y-27632通过PI3K/AKT/NF-κB通路增加M1极化。铪基纳米金属有机框架（nMOF）联合TLR7激动剂和抗CD47抗体通过ROS和铁死亡实现M2到M1重编程。铋基nMOF联合放疗和PD-L1阻断诱导M1极化。氧化铈包裹细菌外膜囊泡（CeO₂@OMV）和过氧化氢酶-金纳米聚集体（Au@CAT）通过缓解缺氧和增加ROS增强M1极化。

**5.2 创新递送机制与放射增敏剂**
利用辐射诱导的髓系运输，D@MLL纳米颗粒通过CCL2招募单核细胞并在肿瘤内释放阿霉素，促进M1极化和免疫原性细胞死亡。BFO/BWO-PVP纳米平台通过光激活缓解缺氧，抑制HIF-1α，促进M1转变。磷酸化肽系统自组装成瘤内纳米纤维基质，捕获肿瘤抗原并抑制COX-2，减少M2极化。铋基UCNP-DOX放射增敏剂诱导免疫原性细胞死亡，将M2转向M1。铪-二氧化硅纳米颗粒携带SiPCCl2增强X射线诱导的电子动力学治疗，增加M1并减少M2。Mn卟啉BMX-001联合放疗增加M1相关转录本。然而，铁氧体纳米颗粒（Ferumoxytol）在4T1模型中实际增加了M2比例，提示某些平台更适合成像而非免疫调节。

**6 系统效应：远隔效应与正常组织毒性**

**6.1 介导远隔效应与系统性免疫**
放疗联合抗PD-1后，肿瘤引流淋巴结（TDLNs）中的巨噬细胞在照射和远处肿瘤中转向M1样表型，切除TDLN破坏此协调。乳腺癌模型中，放疗单独增加远处肿瘤M2样细胞，而组蛋白去乙酰化酶抑制剂HPTA可逆转此效应。TP53依赖的高剂量照射后，衰老肿瘤细胞释放含DNA:RNA杂合体及LINE-1序列的EVs，诱导对侧肿瘤衰老并重编程巨噬细胞向M1样。辐射诱导的救援效应（RIRE）中，M2样巨噬细胞减弱放疗损伤信号，而M1无此作用。剂量分割模式影响远隔效应：低剂量（1 Gy×2）促进M1富集，高剂量（12 Gy×3）促抑制性基质；“RadScopal”方法联合PD-1和CTLA-4阻断产生最强M1极化。中等低剂量（1.0-1.5 Gy）在PD-1阻断下减少M2样细胞并扩大抗肿瘤活力。

**6.2 微生物组-巨噬细胞轴在放射保护中的作用**
口腔辐照促进微生物失调，LPS积累通过TLR4/NF-κB驱动M1极化，加重口腔黏膜炎，益生菌WC03通过抑制该通路减少M1。腹部辐照损害肠黏膜完整性并减少M2相关特征，补充罗伊氏乳杆菌FN041恢复M2极化并促进修复。结肠辐照后，CS/PEC-AMF纳米颗粒选择性释放阿米磷定（Amifostine），减少ROS并促进M2转变，保护肠道而不影响肿瘤控制。盆腔辐照中，AA2G补充在回肠中恢复M2主导状态，改善绒毛结构。

**7 转化见解：生物标志物与预后分层**

**7.1 预测性生物标志物与基因特征**
鼻咽癌中外泌体PTEN通过抑制M2和增强M1决定放疗联合免疫治疗效果。宫颈癌中，14基因免疫风险评分和M0/M2巨噬细胞浸润与放射抵抗相关。食管腺癌中，完全应答者显示巨噬细胞浸润较低。鼻NK/T细胞淋巴瘤中，EBV DNA清除失败与单核细胞和M1巨噬细胞减少相关。黑色素瘤脑转移中，IFN信号诱导M1样活化且M1/M2比与生存相关。胶质母细胞瘤中，放射敏感性指数（RSI）与M2富集相关。宫颈癌中，CAF通过CCL2-CCR2-PPARγ轴增加M2极化，与较差无进展生存相关。

**7.2 临床监测与成像**
4T1乳腺癌模型中，放疗诱导M2向M1转变伴随NO升高，NO响应USPIO纳米探针通过MRI可视化重编程。头颈部鳞状细胞癌中，TSPO-PET在放疗后信号升高但反映肿瘤细胞代谢而非巨噬细胞状态。盆腔放疗前列腺癌患者中，外周血M1标志物下降而M2标志物上升，与M-CSF等细胞因子升高相关。NSCLC新辅助放化疗后，CD204⁺ M2样巨噬细胞密度与存活肿瘤正相关，且与较差生存相关。

**7.3 临床与临床前队列中的治疗反应**
胰腺导管腺癌新辅助放化疗中，女性患者显示M2相关因子降低和更好生存。软组织肉瘤新辅助放疗后M2标记增加但未与疗效直接相关。直肠癌ADORE研究中，放化疗后CD68⁺CD206⁺细胞增加，但M1/M2比例不预测肿瘤消退。另一直肠癌队列中，新辅助放化疗增加M2和CD8⁺ T细胞浸润。胶质瘤模型中，放疗减少M2 TAM并增加CD8⁺ T细胞，联合替莫唑胺削弱此效应。肺癌脑转移模型中，放疗增加M2主导特征，恩度（Endostar）通过血管正常化逆转。GL261胶质母细胞瘤中，辐照肿瘤细胞条件培养基通过可溶性介质选择性激活M1相关途径。

**7.4 临床转化障碍与未来方向**
TAM靶向放疗策略面临药物递送、靶点特异性、系统性毒性、小鼠模型与人类肿瘤差距等障碍。未来的方向应包括生物标志物指导的、空间分辨率高的、时机优化的策略，而非简单M2到M1转换。

**8 辐射诱导巨噬细胞极化的情境决定因素**
巨噬细胞极化受肿瘤类型、分期、放射方案（剂量、分割、模态）、巨噬细胞起源（组织驻留vs.单核细胞招募）、局部组织生态位（缺氧、代谢、血管）及患者全身因素（炎症、微生物组、合并治疗）的共同影响。高剂量消融、质子/碳离子、超高剂量率更可能促进M1样；常规分割、晚期缺氧肿瘤更可能促进M2样。这些因素相互作用决定极化方向。

**9 走向辐射诱导巨噬细胞极化的预测框架**
提出一个基于文献合成的假设生成框架。放疗参数（剂量、分割、剂量率、质量）作为上游决定因素；肿瘤背景（类型、分期、缺氧、纤维化）和微环境特征（代谢、EV、化学因子、免疫治疗）进一步修正极化方向。M1样更可能出现在免疫激活情境（如低剂量免疫启动、消融、粒子放疗、联合检查点阻断）；M2样更可能出现在晚期、缺氧、高髓系浸润肿瘤。当决定因素不一致时，预期混合或过渡状态。

**10 结论**
放疗通过代谢、基因组和微环境适应重塑TME，巨噬细胞极化既是辐射的结果也是治疗结局的决定因素。M1/ M2的平衡解释了放疗在促进系统控制或导致复发中的差异。治疗上，CSF-1R阻断、CCR2/CCR5抑制、PI3Kγ靶向、CD40激动、纳米放射增敏剂、代谢调节和免疫刺激剂等策略可利用巨噬细胞可塑性。生物标志物和成像监测有助于患者分层，但临床实施需克服递送、特异性和模型差异等障碍。巨噬细胞是放疗双重性的核心介质，理解并引导其极化是优化局部和系统性预后的关键。