胶质瘤是成人最常见的中枢神经系统肿瘤之一,根据WHO病理学类型可分为I-IV级,其中以胶质母细胞瘤(Glioblastoma,GBM,WHO IV级)最为恶性。胶质母细胞瘤具有肿瘤生长快、病情进展迅速、放化疗抵抗等特点,临床治愈率极低。高侵袭生长是胶质母细胞瘤显著的病理学特征,肿瘤组织与脑组织边界不清,手术很难将其彻底切除,且术后易复发,限制了胶质瘤的临床治疗效果。胶质母细胞瘤高侵袭、快生长、易复发的特征与肿瘤细胞本身的异质性有关,近年来发现,胶质瘤中存在一小群具有干细胞特征(“干性”)的瘤细胞亚群,具有自我更新能力和多向分化潜能,称为胶质瘤干细胞(Glioma stem-like cells,GSC)。GSC不仅参与了肿瘤的始动、增殖和血管生成,亦是肿瘤侵袭及复发的“种子”细胞。肿瘤干细胞可在肿瘤微环境的诱导下获得高侵袭能力。肿瘤相关巨噬细胞(Tumor associated macrophages,TAMs)是肿瘤微环境中大量浸润的免疫细胞,介导胶质母细胞瘤恶性生物学行为,参与了肿瘤发生和演进。而TAMs亦具有异质性,表现为其表型特征随着肿瘤微环境改变而转变,不同亚型的TAM对肿瘤细胞的定型和重塑发挥各异的生物学功能。然而,何种亚型的TAMs、以何种机制调控胶质瘤的高侵袭性和“干性”仍处于未知领域。本课题基于临床中胶质瘤高侵袭性这一关键问题,着眼于肿瘤相关巨噬细胞在表型和分泌细胞因子中的异质性,结合肿瘤干细胞的最新研究前沿,从三个部分探究了肿瘤相关巨噬细胞对胶质瘤细胞“干性”及侵袭性的作用及机制,其主要内容及结论如下:1.胶质瘤相关巨噬细胞分泌IL-22促进胶质瘤“干性”特性的研究:(1)人胶质瘤组织中CD14~+/CD16~-/CD163~+/HLA-DR~+巨噬细胞是IL-22的主要细胞来源。(2)胶质瘤细胞可通过旁分泌的方式促进巨噬细胞中IL-22的表达。(3)IL-22相关受体和信号通路分子在复发和耐药的胶质瘤中高表达。(4)IL-22可降低胶质瘤细胞对替莫唑胺的化疗敏感性。(5)激活IL-22/IL-22Rα1信号可促进胶质瘤替莫唑胺治疗后的增殖和成瘤。(6)IL-22Rα1在胶质瘤干细胞中高表达,且外源加入IL-22可增加胶质瘤细胞的“干性”特征。(7)IL-22Rα1在高级别胶质瘤中高表达,与患者预后负相关,与肿瘤病理分级正相关。2.经IL-22诱导的巨噬细胞M(IL-22)在胶质瘤发生发展中的作用:(1)IL-22Rα1表达于人外周血单核细胞诱导的巨噬细胞中。(2)小鼠骨髓来源巨噬细胞、腹腔来源巨噬细胞和脾脏来源巨噬细胞表达IL-22Rα1。(3)IL-22通过激活下游STAT3、STAT6、STAT1和AKT信号通路,诱导巨噬细胞活化为新的巨噬细胞亚型M(IL-22)。(4)IL-22Rα1表达于肿瘤相关巨噬细胞中,且髓源性巨噬细胞是胶质瘤中M(IL-22)主要的细胞来源。(5)M(IL-22)可通过外分泌细胞因子,促进胶质瘤细胞的迁移、侵袭和增殖。(6)M(IL-22)可加速颅内成瘤,促进肿瘤细胞在脑组织中的侵袭。(7)CXCL9,IL1B,IL1RN和TNFSF8在M(IL-22)中高表达。(8)M(IL-22)相关基因(CXCL9,IL1B,IL1RN和TNFSF8)与巨噬细胞标志基因(CD68、CD163)的共表达与胶质瘤患者的预后和病理学类型相关。(9)与M(LPS)和M(IL-4)相比,M(IL-22)高表达IL-1β,阻断M(IL-22分泌的IL-1β可抑制胶质瘤细胞的迁移。3.肿瘤相关巨噬细胞分泌CCL8在胶质瘤及侵袭及“干性”特征中的作用及机制研究:(1)胶质瘤相关巨噬细胞高表达CCL8。(2)CCL8可促进胶质瘤细胞伪足的形成。(3)肿瘤微环境中的CCL8可在促进肿瘤细胞在体内的快速生长和早期侵袭。(4)体外实验表明,CCL8通过EMT促进胶质瘤细胞的迁移和侵袭。(5)CCL8的受体CCR1和CCR5在胶质瘤干细胞中高表达,外源给予CCL8可显著增加胶质瘤细胞的“干性”特征。(6)CCL8可激活胶质瘤细胞中ERK1/2通路,抑制ERK1/2的磷酸化可抑制CCL8介导的肿瘤侵袭和克隆形成。(7)阻断巨噬细胞分泌的CCL8可降低胶质瘤中ERK1/2信号通路的磷酸化,抑制肿瘤细胞侵袭。综上所述,本课题以肿瘤相关巨噬细胞分泌的IL-22和CCL8为切入点,探讨了肿瘤相关巨噬细胞在增强胶质瘤细胞“干性”和侵袭性的作用及其机制,为深入了解肿瘤相关巨噬细胞和肿瘤细胞的相互作用、研发新的治疗策略和靶向药物奠定了实验基础。