巨噬细胞在大多数实体瘤类型中呈高频率存在，其相对丰度与治疗效果和生存结果呈负相关。巨噬细胞多样的功能状态由广泛和复杂的代谢重编程支撑。今天小编要给大家分享一篇2025年2月发表在Nature Cancer（IF：23.5）上的综述，将肿瘤微环境中不同的巨噬细胞功能状态与维持表型的关键代谢程序联系起来，并重点讨论以肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）为中心的代谢通路及其与免疫表型和癌症病理生理学的关系，从TAM代谢的视角分析调节TAM的癌症疗法。

1.背景介绍

癌症的一个特征是非缓解性炎症，招募免疫细胞到肿瘤中。TAMs是癌症病理生理学的重要驱动因素，包括肿瘤发生、进展和转移。TAMs驱动TME的细胞景观和代谢物组成的整体变化。例如，通过抑制CD8+ T细胞介导的抗肿瘤免疫来参与免疫抑制；通过分泌炎症细胞因子直接促肿瘤。除了对癌细胞和间质直接产生影响外，肿瘤相关巨噬细胞还可以促进对化疗和免疫治疗的耐药性，并抑制肿瘤中的细胞毒性免疫细胞功能。

巨噬细胞根据其环境刺激获得不同的表型，早期定义了两个类别：由脂多糖（LPS）和干扰素-γ（IFNγ）驱动的炎症表型（称为M1），由IL-4 和/或IL-13暴露驱动的替代激活极化状态（称为M2）。后来更多的研究表明巨噬细胞表型谱可以同时表现出M1和M2极化状态的特征，以及来自独特且不稳定的TME的新特征。在代谢方面，最初认为两种状态的TAMs对精氨酸的使用存在差异，后来发现其他代谢回路，如糖酵解、三羧酸（TCA）循环、脂肪酸氧化（FAO）和合成以及氨基酸代谢在调控TAM表型和功能中都起到了关键作用。

2.葡萄糖代谢

糖酵解对于维持TAM功能至关重要，可以促进成熟型组织蛋白酶B的分泌，支持肿瘤转移和耐药性，或者维持促肿瘤和免疫抑制功能。TME提供了独特的代谢产物和细胞因子以调节TAM的葡萄糖代谢和功能表型。

其中值得关注的代谢物之一是乳酸，既是需氧和厌氧糖酵解的代谢产物，通过其在稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）中的作用，成为葡萄糖代谢的关键参与者，因为HIF-1α是多种糖酵解酶和葡萄糖转运蛋白的中心调节因子。乳酸还通过促进组蛋白乙酰化（在TCA循环中转化为乙酰辅酶A后）和直接组蛋白乳酸化，驱动免疫抑制性表观遗传重编程。

此外，需要注意的是，TAM对葡萄糖的竞争增加，导致其周围内皮细胞中葡萄糖的可用性降低，从而可能防止转移。因此，调节TAM中的葡萄糖代谢会影响 TME中的营养可用性，从而复杂化疾病结果的预测和代谢靶向疗法的合理设计。

3.TCA循环

TCA代谢物如琥珀酸、柠檬酸和α-酮戊二酸等在调节TAM表型中发挥关键作用。然而代谢物的作用并不完全一致，例如肺癌细胞释放琥珀酸，通过激活琥珀酸受体（SUCNR1）和下游 HIF-1α和PI3K信号通路，使巨噬细胞极化为促肿瘤TAM表型。相反，巨噬细胞在肺TAMs中琥珀酸的积累也可以通过下游 HIF-1α导致炎症、抗肿瘤表型。这两种机制导致截然不同的疾病结果和TAM表型都依赖于琥珀酸的积累。

此外，TCA循环通过电子传递链与活性氧ROS的产生相联系。巨噬细胞衍生的ROS在肿瘤生物学中是一把双刃剑，既可以驱动癌症生长，又可以通过促进TAMs的细胞凋亡而抗肿瘤。

4.脂质代谢

许多研究将肥胖与炎症性巨噬细胞表型联系起来，从而增加了对TAM极化和功能背景下脂肪酸摄取和代谢的兴趣。脂质摄取和积累是TAMs促肿瘤表型的主要驱动因素。清道夫受体CD36、脂质伴侣蛋白（A-FABP）在促进TAMs的脂质积累和代谢中起着关键作用。而不同脂质种类，例如油酸、鞘氨醇、前列腺素和花生四烯酸等的积累都能够通过激活不同信号通路使TAMs极化成促肿瘤表型。

此外，TAMs来源的脂质代谢物，例如胆固醇和脂肪酸也能够增强肿瘤生长，这种合作关系形成了一个可治疗的代谢轴，在表皮生长因子受体突变型肺癌的背景下尤其相关。

5.氨基酸代谢

多种氨基酸及其下游代谢物，无论是细胞内还是细胞外来源的，都在调节TAM功能中发挥关键作用。

（1）谷氨酰胺

在肿瘤微环境中，癌细胞和TAMs之间存在营养物质竞争，受到TAM mTORC1 信号的严格调控，尤其是在葡萄糖和谷氨酰胺代谢的分配方面尤为重要。此外，谷氨酰胺稳态与糖酵解之间存在复杂相互作用。谷氨酰胺的可用性是TAM表型的关键决定因素，既可能促进经典激活的TAM表型，有利于肿瘤清除，也可能驱动TCA循环提高能量产生，驱动促肿瘤表型。

（2）精氨酸

L-精氨酸是维持效应CD8+ T细胞抗肿瘤功能的必需氨基酸。ARG1是一种分解L-精氨酸的酶，多种机制参与调节TAM ARG1，例如吞噬作用可以驱动ARG1 的表达，从而促进一种免疫抑制的微环境，支持转移；还可以被胶原蛋白和TGFβ信号驱动，减少精氨酸而增加鸟氨酸含量。

ARG1的代谢产物尿素和鸟氨酸也与巨噬细胞的组织修复功能相关。鸟氨酸的下游代谢物多胺在TAM生物学中主要发挥促肿瘤作用，通过调节细胞内酸度，促进免疫抑制性髓系表型。其他精氨酸衍生物，如肌酸，也被认为是肿瘤进展的调节剂。

（3）色氨酸

色氨酸分解对TAM代谢和免疫抑制功能有众多影响。例如，色氨酸转化为犬尿氨酸，作为芳香烃受体（AhR）的配体驱动TAM免疫抑制；犬尿氨酸还可以进一步转化为喹诺酸盐，通过促进其负调节因子 FOXO1的降解来增强 PPARγ信号传导，增强免疫抑制能力。

（4）丝氨酸

丝氨酸来自微环境摄取，或者通过将3-磷酸甘油酸从糖酵解中分流来从头合成。从头合成会产生NADH和α-酮戊二酸，提高线粒体适应性和免疫抑制表型，产生促肿瘤性TAM表型。

6.TAM代谢异质性

TAMs需要适应TME中的营养供应、基质硬度、肿瘤酸性，从而存在高度异质性。TAMs代谢异质性的一个例子是非小细胞肺癌中MHC-II hi和MHC-II lo TAM亚群的乳酸代谢存在显著差异，从而对相同代谢刺激的反应能力存在很大差异。

在研究技术层面，通过单细胞分辨率的非靶向代谢组学解决TAM代谢异质性仍然是一个技术挑战。不过，单细胞转录组学可以对细胞代谢进行间接评估。此外，探究代谢酶丰度的质谱流式细胞术方法在表征翻译后水平的代谢异质性方面也发挥了重要作用。

7.影响TAM代谢的疗法

鉴于代谢途径在调控TAM功能中的重要性，针对TAMs的疗法已成为一种吸引人的抗癌方法，已经有几项治疗药物处于临床试验评估中。

（1）TLR激动剂

TLR是参与非特异性免疫的一类重要蛋白质分子。TLR9可以识别CpG寡核苷酸（CpG-ODNs）发挥抗肿瘤作用。研究发现，这一过程中CpG诱导巨噬细胞增强脂肪酸氧化依赖的氧化磷酸化，使之克服癌细胞释放的抑制性CD47信号。此外，TLR7激动剂刺激体外巨噬细胞的脂质组学研究揭示了长链脂肪酸（如棕榈酸和油酸）的新合成增加，值得进一步探索。

（2）TREM2抑制

TREM2识别各种脂质分子，如脂蛋白和硫酸酯，进而调节巨噬细胞的脂质程序。在肺腺癌、肉瘤、卵巢癌和GBM 的预临床模型中阻断TREM2 会导致肿瘤负荷减少，与免疫检查点阻断联合使用时，效果进一步增强。然而，TREM2在不同疾病环境下调节脂质代谢中的作用并不完全一致。

（3）COX-2抑制

COX-2抑制剂属于非甾体抗炎药，如布洛芬，还具有额外的抗肿瘤作用，对TAM代谢和功能有直接影响。机制上，COX-2抑制剂调节PGE 2表达，从而降低TAMs中的PD-L1 表达，与PD-1阻断抗体联合使用可增加CD8+ T细胞数量。此外，有研究表明布洛芬可以降低巨噬细胞产生的itaconate，缓解CD8+ T细胞耗竭，从而促进抗肿瘤免疫。

（4）CSF1R抑制

抑制CSF1R可以体内重新编程TAMs，与免疫检查点阻断联合使用时导致肿瘤消退。机制上，癌细胞分泌的CSF1通过CSF1R依赖性机制激活 PPARβ或 PPARδ，上调脂质代谢，促进整体免疫抑制的TAM 表型。

（5）CD40激动剂

CD40激动剂在临床前实体瘤模型中已显示出T细胞依赖性和非依赖性的抗肿瘤作用，并参与了几项正在进行的临床试验。最近，CD40激动剂也被发现具有深刻的代谢重编程能力，通过FAO和谷氨酰胺代谢驱动的表观遗传重编程促进巨噬细胞的抗肿瘤功能。

8.药物递送至肿瘤相关巨噬细胞

TAM调节疗法中最大的挑战之一是如何选择性调节TME中TAM的代谢。几类靶向药物递送系统已作为避免全身性药物递送缺陷的替代方法出现，例如微颗粒具有被单核吞噬细胞优先摄取的特性，依赖于多肽片段或短寡核苷酸序列的如抗体-药物偶联物。

9.重编程嵌合抗原受体巨噬细胞的细胞代谢

肿瘤浸润性淋巴细胞和嵌合抗原受体（CAR）T 细胞是基于免疫细胞的前沿细胞疗法形式。CAR巨噬细胞是一种创新的细胞疗法形式，具有增强的渗透实体肿瘤的能力，可以从衣康酸代谢改变中受益。