随着人们对肿瘤微环境（TME）中免疫细胞作用的深入理解，目前已有针对特定肿瘤类型的有效免疫治疗方法。虽然一些免疫疗法，如大名鼎鼎的PD-1抗体在黑色素瘤中显示出较好的疗效，但却对胰腺导管腺癌患者（PDAC）的益处非常小。为了探究不同免疫疗法之间的差异，需要更深入地探索TME中免疫系统相关部分的生物学特性。
肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是TME中最丰富的免疫细胞，与肿瘤生长、血管生成、细胞外基质重塑、免疫调节/抑制和转移扩散密切相关。此外，单细胞RNA测序（scRNA-seq）已经确定存在不同位置、具有不同功能的TAMs亚群。尽管TAM是未来免疫治疗的潜在靶点，但尚未完全了解它们的发展轨迹或不同TAM亚群之间的空间关系。
为此，上海交通大学黄来源等团队希望进一步了解单核细胞在PDAC中转变为肿瘤相关巨噬细胞的过程，并探讨不同肿瘤相关巨噬细胞亚群之间的发展关系。为了实现这一目标，研究者使用胰腺导管腺癌小鼠模型，并采用了单核细胞命运映射技术，以及一种可诱导的Cre重组酶与突变雌激素受体-配体结合结构域（CreERT2）相结合的方法，能够在肿瘤微环境中追踪单核细胞的行径。研究人员阐明单核细胞是如何变成具有特定位置和功能的TAM亚群，并发现转录因子Maf是癌症免疫治疗的潜在靶点。本文章近期发表在science immunology 上。
单核细胞分化：研究揭示了单核细胞首先分化为一个短暂的中间TAMs群体，这个群体被称为中间TAMs（IntTAMs）。这些细胞具有独特的转录状态，构成了单核细胞和TAM2/TAM3分化之间的中间态（图1）。
图1 单核细胞分化存在中间态
分化路径：IntTAMs进一步分化为两种更成熟的TAMs群体，即TAM2和TAM3（图2）。这一分化过程受到肿瘤微环境影响，意味着TAMs的表型主要由它们所处的局部微环境决定。
时间和空间的影响：研究利用时间标记（time-stamping）技术（图3），通过在不同时间点给予他莫昔芬处理，来追踪单核细胞在肿瘤微环境中的动态变化。通过高通量筛选，研究者鉴定了与单核细胞和TAM亚群相关的表面标记物，这有助于进一步研究和验证TAMs亚群（图4）。转录因子的作用：研究指出，转录因子如Maf在调控TAMs群体的分化中扮演了重要角色：Maf对于TAM2亚群发育必需的（图5）。细胞运动和相互作用：研究还探讨了不同TAMs群体的运动能力和细胞相互作用的模式，发现IntTAMs具有中等的运动能力，而TAM2和TAM3的运动能力相对较低。空间异质性：TAM2和TAM3在PDAC中占据不同的空间生态位，TAM2与低氧区域相关，而TAM3与肿瘤的其他区域相关。人类PDAC中的TAMs群体：研究还发现人类PDAC中存在与小鼠模型中相似的TAMs群体，并且转录特征和空间分布具有一致性。图7 人类PDAC中存在与小鼠模型中相似的TAMs群体Maf (Macrophage-activating factor)：Maf是一个转录因子，它在调控TAM2群体的分化中起到了关键作用。研究发现，Maf-缺陷的髓系细胞中TAM2的数量显著减少，但肿瘤生长并未受到影响，这表明Maf对于TAM2群体的发育是必需的。Irf1 (Interferon regulatory factor 1)和 Klf3 (Kruppel-like factor 3)：这些转录因子在单核细胞中优先使用，这与它们的原始状态和功能有关。Fosl2 (FOS-like antigen 2)：在中间TAMs（IntTAMs）中，Fosl2相关的基因被激活，这表明Fosl2可能在单核细胞向TAMs的过渡中起作用。Bhlhe41 (Basic helix-loop-helix family member e41)：在TAM3群体中，Bhlhe41相关的基因被激活，这可能与TAM3群体的特定功能和代谢特性有关。Hif1-α (Hypoxia-inducible factor 1-alpha)：虽然论文中没有直接提到Hif1-α作为一个转录因子在单核细胞向TAMs转变中的作用，但提到了TAM2群体与低氧条件相关，而Hif1-α是低氧诱导程序的主要调控因子，因此可以推断Hif1-α可能在TAM2群体的形成和功能中发挥作用。 转录因子Maf在单核细胞向TAMs转变中的具体作用机制
调控TAM2亚群的分化：Maf参与调控单核细胞分化为TAM2亚群的过程。Maf相关的基因表达在TAM2s中被激活，表明Maf可能直接或间接地促进了TAM2s的发育和维持。影响基因表达：Maf可能通过结合特定的DNA序列，激活或抑制下游基因的表达，从而影响TAM2s的特定功能和特性。与TAM2s的功能特性相关：TAM2s与低氧条件相关，而Maf可能参与调控与低氧反应相关的基因，如促进血管生成和细胞代谢相关基因的表达。影响肿瘤微环境：Maf通过影响TAM2s的分化，可能进一步影响肿瘤微环境中的免疫抑制状态和其他免疫细胞的行为。实验验证：研究者使用LysMCre x Mafflox小鼠模型研究Maf缺失如何影响TAMs群体。Maf表达缺失的条件下，TAM2群体的数量显著减少。治疗潜力：Maf的调控作用表明，它可能是一个潜在的治疗靶点。通过调节Maf的活性或其下游信号通路，可能影响TAM2s的分化和功能，从而为癌症治疗提供新的策略。结语
巨噬细胞的特征和功能主要由三个因素决定：一是它们是如何发育形成的，即它们的“出身”；二是它们所处的生理环境，即它们的“居住地”；三是它们所接触到的维持体内平衡或者促炎信号。这些因素共同影响巨噬细胞的行为和功能。巨噬细胞的来源可以是胚胎时期的前体细胞，也可以是成年后血液循环中的单核细胞。不同的组织中，这两种来源的巨噬细胞各自占有特定的比例，这些比例是该组织的一个特征，并且这两种巨噬细胞在发育过程中有着明显的差异。在肿瘤微环境中，巨噬细胞的来源和功能特点可能会发生改变。特别是在胰腺导管腺癌的小鼠模型中，研究发现大约70%的肿瘤相关巨噬细胞是来源于单核细胞，这些细胞与从胚胎发育来的巨噬细胞在功能上有所不同。这揭示了肿瘤微环境可能对巨噬细胞的来源和功能有显著影响。
我们现在更清楚地了解到肿瘤的动态环境是双向互动的：肿瘤环境不仅影响肿瘤相关巨噬细胞的种类和功能，同时肿瘤相关巨噬细胞也影响着肿瘤环境的形成。这种相互作用逐渐变得明显，为我们理解肿瘤生物学提供了新的视角。
Ref.
[1] Dunsmore G, Guo W, Li Z, Bejarano DA, Pai R, Yang K, Kwok I, Tan L, Ng M, De La Calle Fabregat C, Yatim A, Bougouin A, Mulder K, Thomas J, Villar J, Bied M, Kloeckner B, Dutertre CA, Gessain G, Chakarov S, Liu Z, Scoazec JY, Lennon-Dumenil AM, Marichal T, Sautès-Fridman C, Fridman WH, Sharma A, Su B, Schlitzer A, Ng LG, Blériot C, Ginhoux F. Timing and location dictate monocyte fate and their transition to tumor-associated macrophages. Sci Immunol. 2024 Jul 26;9(97):eadk3981.
[2] J. Bian, K. Almhanna, Pancreatic cancer and immune checkpoint inhibitors—still a long way to go. Transl. Gastroenterol. Hepatol. 6, 6 (2021).
[3] S. Cheng, Z. Li, R. Gao, B. Xing, Y. Gao, Y. Yang, S. Qin, L. Zhang, H. Ouyang, P. du, L. Jiang, B. Zhang, Y. Yang, X. Wang, X. Ren, J. X. Bei, X. Hu, Z. Bu, J. Ji, Z. Zhang, A pan-cancer single-cell transcriptional atlas of tumor infiltrating myeloid cells. Cell 184, 792–809.e23 (2021).
[4] M. Molgora, E. Esaulova, W. Vermi, J. Hou, Y. Chen, J. Luo, S. Brioschi, M. Bugatti, A. S. Omodei, B. Ricci, C. Fronick, S. K. Panda, Y. Takeuchi, M. M. Gubin, R. Faccio, M. Cella, S. Gilfillan, E. R. Unanue, M. N. Artyomov, R. D. Schreiber, M. Colonna, TREM2 modulation remodels the tumor myeloid landscape enhancing anti-PD-1 immunotherapy. Cell 182, 886–900.e17 (2020).
