介绍
儿童和成人最常见的脑肿瘤是胶质瘤（或星形细胞瘤）。这些肿瘤由世界卫生组织根据组织学特征进行分类，从低级（I和II）到高级（III和IV）胶质瘤。随着分子诊断技术的出现，成人胶质瘤的病理学发生了变化[Louis等人。, 2016]现在纳入了特定基因的存在或缺失（例如。，印尼盾1和IDH2公司突变）和基因组（例如染色体1p/19q共缺失）改变。同样，儿童弥漫性胶质瘤是由组蛋白H3基因突变（H3-K27M突变型弥漫性中线胶质瘤）在分子水平上定义的。
胶质瘤组织不仅由癌细胞组成，而且还被非转化细胞浸润，主要是来自大脑的常驻小胶质细胞和循环血单核细胞（巨噬细胞），它们占这些肿瘤细胞含量的30-50%[Simmons等人。, 2011]. 小胶质细胞是大脑中的免疫细胞，1919年由皮奥·德尔·里奥·奥尔特加首次描述[Sierra等人。, 2016]后来Wilder Penfield报道称，这种细胞具有变形体形态，类似于多发性硬化症或阿尔茨海默病组织中的小胶质细胞，可以浸润胶质瘤组织[彭菲尔德, 1925].
小胶质细胞由原始卵黄囊髓样前体发育而来，在胚胎发育期间进入大脑[Ginhoux等人。, 2010]成熟为不同数量的中枢神经系统（CNS）单核细胞。此外，可能还有其他反映卵黄囊造血不同波的脑小胶质细胞本体论[De等人。, 2018]. 与常驻的小胶质细胞不同，巨噬细胞在病理情况下最典型地进入大脑，要么来自血液（骨髓来源的巨噬细胞），要么通过连接颅骨骨髓和大脑的直接血管通道[Herisson等人。, 2018].
在过去十年中，人们已经清楚，胶质瘤相关的小胶质细胞和外周系统浸润的巨噬细胞不仅是旁观者或“反应性”免疫系统样细胞，而且与许多其他类型的细胞相互作用，积极影响脑肿瘤生物学。然而，对于GAM浸润与患者预后相关的临床意义仍没有达成共识。在一项研究中，重要肿瘤核心中CD68、CD163和CD206阳性GAM的数量与IDH1患者延长的总生存期呈正相关132H兰特-非突变GBM[Zeiner等人。, 2018]. 同样，其他人发现，由Iba1标记确定的小胶质细胞密度与胶质瘤患者预后的改善相关，而GAM中CD204的表达与生存率的降低相关[Sorensen等人。, 2018]. 相反，间充质亚型成人和儿童恶性胶质瘤中小胶质细胞/巨噬细胞相关基因的表达表明GAM积累与成人患者生存率呈负相关，而儿童患者则无此相关性[恩格尔等人。, 2012]. 而与原神经胶质瘤或经典胶质瘤相比，高级别胶质瘤的间充质亚型中GAM的富集程度更高[Kaffes等人。，2019]，GAM介导的患者生存机制尚待确定。
GAM调节神经胶质瘤的形成和进展
大量研究表明，GAM对低度和高级胶质瘤发生和肿瘤持续生长都至关重要。在实验性恶性（高级别）胶质瘤模型中，小胶质细胞缺失会减少胶质瘤的生长[Hambardzumyan等人。, 2016] (). 虽然这种促肿瘤作用的机制可能因肿瘤而异，但已经确定了许多潜在的病因。在这些研究中，TGF-、应激诱导蛋白（STI）-1、IL-6、IL-1和EGF是GAM释放的因子，它们都可以促进肿瘤生长[Hambardzumyan等人。, 2016]. 此外，小胶质细胞（而非骨髓源性巨噬细胞）在小鼠和人类低度和高度胶质瘤的肿瘤细胞亚群中诱导血小板衍生生长因子受体表达。这种受体的表达刺激了胶质瘤细胞的迁移能力，从而加速了肿瘤的进展[Wallmann等人。, 2018]. 同样，GAM是分泌型骨桥蛋白/SPP1的主要来源，在某些情况下抑制胶质瘤生长[Szulzewsky等人。, 2018]并在其他实验环境中减少胶质瘤细胞凋亡[P Chen等人。, 2019].
GAM通过释放有丝分裂原和侵袭促进因子促进胶质瘤生长。脑小胶质细胞和浸润性外周巨噬细胞（GAM）被重新编程以产生生长因子，这些生长因子可增加胶质瘤细胞增殖，减弱胶质瘤细胞凋亡，并促进肿瘤细胞迁移。以这种方式，GAM通过与同源受体结合产生增强因子（IL-10、IL-6、IL-1、EGF和CCL5）(正确的). 此外，据报道，SPP1可增加（“+”）和抑制（“−”）胶质瘤细胞的生长。此外，GAM还阐述了其他因素，这些因素可增加细胞外基质（ECM）降解，并直接促进胶质瘤细胞侵袭和运动(左边).
与恶性胶质瘤相比，儿童中以低度胶质瘤为主，基因突变较少。这些肿瘤或是偶发性的，通常是由涉及BRAF公司激酶基因(KIAA1549：巴西融合）[Pfister等人。, 2008] [J Yu等人。, 2009]或在神经纤维瘤病1型（NF1）癌症易感综合征的情况下[Listernick等人。, 1989]. 重要的是，Nf1型在啮齿类动物中，失去或BRAF融合通常不足以形成胶质瘤，除非与肿瘤微环境的支持性生长因子结合。在这方面，1号机组损失[Larribere等人。, 2015]或诺基亚1549：BRAF表达式[Jacob等人。, 2011]在许多细胞类型中，诱导细胞衰老，这需要基质信号来克服并导致肿瘤。
为了探索这些允许的基质信号的作用，使用1号机组发生视神经胶质瘤（NF1儿童的标志性脑肿瘤）的基因工程小鼠株已经揭示了小胶质细胞在胶质瘤形成和维持中的重要作用。首先，参与定向小胶质细胞迁移的关键受体（CX3CR1）表达减少，导致小鼠视神经胶质瘤形成延迟[Pong等人。，2013年a]. 第二，视神经胶质瘤生长体内用米诺环素（粗小胶质细胞抑制剂）治疗后减弱[达吉纳卡特和古特曼, 2007] [Pan等人。2017b年]或JNK抑制剂（靶向信号通路在1号机组-突变小胶质细胞）[Daginakatte等人。, 2008]. 第三，小鼠RNA测序1号机组视胶质瘤相关小胶质细胞表明，这些GAM分泌CCL5，CCL5是胶质瘤细胞的有效生长因子[Solga等人。, 2015]. 治疗1号机组具有中和CCL5抗体的视神经胶质瘤小鼠显著抑制肿瘤生长体内与高级别胶质瘤获得一定程度的间质独立性的想法一致，恶性胶质瘤NF1型突变表达CCL5，建立间充质胶质母细胞瘤生存的自分泌环[Pan等人。2017a年]. 小鼠的研究进一步强调了对小胶质细胞和小胶质细胞产生的Ccl5的需求1号机组将视神经胶质瘤干细胞植入小鼠体内。而野生型小鼠支持移植后神经胶质瘤样病变的形成[Y H Chen等人。, 2015]，在缺乏两种引导单核细胞迁移的趋化因子受体（Cx3cr1和Ccr2）的小鼠或缺乏Ccl5表达的小鼠中没有肿瘤形成[Pan等人。, 2018] [Guo等人。, 2019]. 虽然研究较少，诺基亚1549：BRAF-低级别胶质瘤的表达也依赖于肿瘤微环境中的单核细胞，因此小鼠移植后无法形成胶质瘤KIAA1549：巴西-表达神经干细胞抄送2-缺陷小鼠[R Chen等人。, 2019].
胶质瘤细胞吸引/招募GAM
有多种胶质瘤衍生因子可作为GAM的化学引诱剂，包括CCL2、CX3CL1、SDF-1、CSF-1、GM-CSF、LOX和潜在的EGF[Roesch等人。, 2018]. 这种定向单核细胞募集是通过建立趋化因子梯度来将单核细胞吸引到进化中的肿瘤床上的(). 研究采用抄送2和Cx3cr1型报告小鼠发现，两种最重要的化学引诱剂是Ccl2和Cx3cl1，传统上认为它们分别驱动巨噬细胞和小胶质细胞的定向迁移。在这方面，Ccl2是由表达KIAA1549：巴西基因组改变导致单核细胞吸引[R Chen等人。, 2019]，而NF1型低度和高度胶质瘤的突变通过Cx3cl1吸引小胶质细胞[Z Chen等人。, 2017] [Guo等人。, 2019]. 同样，在实验性胶质母细胞瘤模型中，Ccl2是由肿瘤细胞产生的，肿瘤细胞会吸引巨噬细胞[Platten等人。, 2003]Ccl2/Ccr2抑制延长小鼠生存期[Z Chen等人。, 2017] [Hutter等人。, 2019]. 虽然很少有研究专门关注负责单核细胞吸引的趋化因子网络，但其他分子也可能参与单核细胞向肿瘤的募集[Dijksterhuis等人。, 2015] [Brandenburg等人。, 2016].
胶质瘤细胞通过趋化因子和其他可溶性因子的合成来招募和重新编程GAM。胶质瘤细胞产生的趋化因子通过与GAM上的同源受体结合，从大脑中积极招募常驻小胶质细胞以及血液中的巨噬细胞(正确的). 此外，胶质瘤细胞产生增加细胞因子释放（EGF、Let7和Tenascin-C；TNC）、吞噬作用（ATP）和基质金属蛋白酶（MMP9、MMP14）表达（云芝）的蛋白质(左边).
此外，新出现的证据支持这样一种观点，即小胶质细胞和巨噬细胞定植于恶性胶质瘤的不同区域，因此巨噬细胞似乎在肿瘤发生的早期被募集并占据血管周围区域[Z Chen等人。, 2017]. 然而，关于这些肿瘤中主要单核细胞的数量存在相互矛盾的数据，一些研究报告小胶质细胞占优势[Hutter等人。, 2019]以及其他证明浸润性巨噬细胞代表GAM人群的大多数[Z Chen等人。, 2017] [K Yu等人。, 2019]. 这些差异可能反映了每项研究中使用的特定实验小鼠模型系统（RCAS模型与GL261或T387细胞系），这表明GAM群体的变化可能由神经胶质瘤的分子特性决定。
两项研究支持GAM募集的潜在突变特异性效应：首先，鼠高级别胶质瘤含有突变印尼盾1等位基因显示巨噬细胞和小胶质细胞浸润减少，这与趋化因子表达水平降低有关（例如CCL2、CXCL2）[Amankulor等人。, 2017]. 此外，IDH1/2介导的肿瘤代谢物2-羟基戊二酸的积累降低了促炎性化学因子的表达[Han等人。, 2019]. 其次，在基因工程小鼠中观察到小胶质细胞募集的差异，这些小鼠发展为具有不同患者衍生种系的低度胶质瘤NF1型基因突变和协同遗传改变（例如杂合子铂族损失）通过趋化因子的合成[Guo等人。, 2019]. 这些发现表明，胶质瘤GAM组成的变化可能由具有不同突变的癌细胞产生的免疫趋化分子类型决定。
GAM在胶质瘤中获得独特的表型
一旦GAM被招募到胶质瘤环境中，他们就会采用新的细胞和分子身份，反映出表观遗传或转录程序的制定，这些程序创造了对胶质瘤内环境稳定和进展至关重要的单核细胞群体。为了确定这些GAM转录程序，我们使用两个小鼠胶质瘤模型，接种GL261细胞和RCAS转基因系统，比较了胶质瘤相关小胶质细胞/巨噬细胞和原始对照细胞的表达谱。毫不奇怪，这些特征并不符合M1/M2分类方案，该分类方案通常用于描述稳态或促炎症环境中的巨噬细胞/小胶质细胞。GAM中有两个基因增加，Gpnmb公司和Spp1型在其他专门的小胶质细胞群体中也有描述(例如、疾病相关小胶质细胞[DAM]和增殖区域相关小胶质瘤[PAM]），并与人类GBM的不良预后相关[Szulzewsky等人。, 2015]. 在许多实验室工作，使用不同的小胶质细胞分离方法和RNA分析平台已经鉴定出其他GAM特异性标记；然而，迄今为止还没有发现GAM与其他小胶质细胞群体有独特区别的标记。
虽然小胶质细胞是中枢神经系统的专业吞噬细胞，但在发生胶质瘤时，它们不会攻击或吞噬胶质瘤细胞。这可能反映了抗吞噬细胞（“不要吃我”）表面蛋白CD47的表达增加，该蛋白与吞噬细胞上的同源受体SIRPα结合以抑制其吞噬活性。在这方面，抗CD47抗体治疗在胶质母细胞瘤异种移植模型中诱导小胶质瘤吞噬作用并减少肿瘤扩展[Hutter等人。, 2019]. 人源化抗CD47抗体对五种侵袭性和病因不同的儿童脑肿瘤也有类似的作用：第3组髓母细胞瘤（原发性和转移性）、非典型畸胎样横纹肌样瘤、原始神经外胚层肿瘤、儿童胶质母细胞瘤和弥漫性桥脑内胶质瘤[Gholamin等人。, 2017]. 此外，在胶质瘤患者中，CD47的表达与组织病理学分级（低级别与高级别胶质瘤）呈负相关，CD47水平高与总生存率低相关[F Li等人。, 2018].
小胶质细胞是如何在胶质瘤的背景下重新编程的，尚待完全阐明。小胶质细胞上表达的一个受体家族可能在这些新功能状态的建立中起指导作用。Toll样受体（TLR）最初被认为是病原体传感器，但现在认识到它们也可以被内源性配体激活。GAM中TLR2表达增加[Hu等人。, 2015]将小鼠GL261胶质瘤细胞植入Tlr2号机组基因敲除小鼠肿瘤较小，生存率提高。这种TLR2依赖性部分由激活MMP2和促进恶性胶质瘤侵袭所必需的膜驻留蛋白酶（MMP14）的产生增加介导[Vinnakota等人。, 2013]. 除MMP14外，TLR2信号还触发小胶质细胞释放MMP9，这是降解细胞外基质促进胶质瘤侵袭和生长的额外因素[Hu等人。, 2014]. TLR2信号也参与GAM与T细胞的相互作用。因此，使用TLR2阻断抗体可以减少TLR2介导的生长胶质瘤[Hu等人。, 2015]. 除了在胶质瘤生长中的作用外，TLR2激活还可能通过减少MHC II类分子表达和减少CD4来促进胶质瘤免疫逃逸+T细胞激活[J Qian等人。, 2018].
除TLR2外，TLR4对调节小胶质细胞IL-6分泌也很重要，IL-6是胶质瘤干细胞的有丝分裂原。对人脑胶质瘤组织的分析证实GAM是胶质瘤中IL-6的主要来源[a Dzaye等人。, 2016]. TLR4的内源性配体之一是细胞粘附分子tenascin C。在基因表达降低的肿瘤中，小胶质细胞获得更多变形虫形态，并增加MHCII分子的表达[Xia等人。, 2016]与TLR2沉默时观察到的情况类似。
最后，单核细胞可能从其他类型的细胞中获得有益的线索。这些细胞类型之一是T淋巴细胞。使用低级别胶质瘤干细胞移植系统，T细胞功能受损的小鼠不会形成胶质瘤样病变[Pan等人。, 2018]. 这些T细胞在人类和小鼠中都有少量存在NF1型-突变肿瘤，分泌对诱导小胶质细胞表达CCL5和驱动胶质瘤生长至关重要的旁分泌因子。了解这些T细胞是如何被招募到肿瘤中的，它们是如何被激活的，以及它们诱导小胶质细胞的机制，这意味着有机会剖析胶质瘤形成和维持的其他免疫决定因素。
研究胶质瘤-小胶质细胞相互作用的实验模型系统
目前用于检测单核细胞和胶质瘤细胞之间相互作用的平台包括共培养系统和器官型系统，以及大小动物模型。除了几种基因工程小鼠模型（有关审查，请参阅[加尔朱洛, 2018]，使用了涉及猪和狗的大型动物平台。在狗身上观察到自发性低度和高度胶质瘤，但尚未对这些肿瘤中的GAM进行系统研究[Bentley等人。, 2017]. 同样，用病人生殖系改造的猪NF1型基因突变会导致低级别视神经胶质瘤，正如在人类中观察到的那样；然而，人们对GAM群体在这些肿瘤中的作用知之甚少[Isakson等人，2018年]. 此外，人脑胶质瘤细胞系可以作为异种移植模型注射到免疫抑制猪的大脑中[Selek等人。, 2014] [Khoshnevis等人。, 2017]，但由于小胶质细胞功能的继发性缺陷，免疫功能低下动物的使用限制了对GAM贡献的全面分析[Pan等人，2018年].
体外培养检测已经应用多年，通常涉及已建立的胶质瘤细胞系(例如小鼠GL261或人类U87高级胶质瘤细胞）和新分离的小胶质细胞或BV2小胶质样细胞系[S Muller等人。, 2017] [Gu等人。, 2017]. 这些平台在体外非常适合确定特定细胞类型的特定功能，例如量化肿瘤细胞或小胶质细胞诱导的胶质瘤生长和迁移特性的化学吸引，但在确定胶质瘤组织的自然环境中这些细胞类型的相互作用方面价值有限。
中间模型体内细胞培养采用器官型脑切片模型，将啮齿动物胶质瘤细胞引入啮齿动物脑切片。这允许使用荧光蛋白表达的肿瘤细胞和小胶质细胞限制表达不同荧光蛋白的转基因小鼠直接可视化小胶质细胞/肿瘤的相互作用[拜耳等人。, 2016] [Ghoochani等人。, 2016] [Resende等人。, 2016]. 这些平台的进一步完善使我们能够使用诱导的胶质瘤模型而不是使用已建立的细胞系来分析小胶质细胞和肿瘤的运动性[Juliano等人。, 2018].
斑马鱼幼体大脑是一个较新的实验平台。这种光学透明的斑马鱼幼虫可以实时可视化植入的哺乳动物（甚至人类）胶质瘤细胞与基因标记的GAM之间的相互作用[Astell和Sieger, 2017] [Yan等人。, 2019]. 使用Irf8−/−斑马鱼突变体缺乏小胶质细胞，小胶质细胞对肿瘤生长的作用已被研究[Hamilton等人。, 2016]. 虽然目前的异种移植模型已经采用了已建立的人类胶质母细胞瘤细胞系，但未来的修改可能包括报告鱼，其中胶质瘤是由特定的致癌基因改变诱导的[Chia等人。, 2018] [Jung等人。, 2013]从而为研究胶质瘤生态系统提供了一个更为生理学的背景。该模型作为药物筛选和针对小胶质细胞的未来免疫治疗方法开发的重要工具可能具有良好的潜力。
虽然这些脊椎动物模型很有启发性，但它们并没有完全重现人类同类。除了啮齿动物和人类在结构和寿命上的差异外，相对于老鼠的大脑，人类大脑还含有更多的白质。因此，从诱导多能干细胞（iPSCs）中产生人脑类有机物最近被开发成人脑的替代物[X Qian等人。, 2019]，允许植入患者来源的神经胶质瘤干细胞[Linkous等人。, 2019] [Hubert等人。, 2016]. 或者，脑肿瘤可以通过基因组编辑生成。例如，CRISPR/CAS9插入致癌物RAS系统等位基因进入TP53型人类iPSCs中的基因座被用于在免疫缺陷动物体内移植后生成高级胶质瘤[小川等人。, 2018]. 这些人性化系统有助于仔细检查人脑中胶质瘤细胞和非肿瘤细胞之间的相互作用。
见解
不幸的是，到目前为止，这些基础科学进展的临床应用还很有限。在这方面，许多旨在沉默GAM功能的策略并没有很好地应用于人类临床试验。例如，四环素类似物米诺环素可以阻断小胶质细胞的激活并减少实验性胶质瘤小鼠模型中胶质瘤的扩大[Markovic等人。, 2011]和低级[达吉纳卡特和古特曼, 2007;Toonen等人。, 2017]胶质瘤已导致三项临床试验，但没有明显的临床益处(NCT01580969号,NCT022722270号,NCT02770378号). 同样，PLX3397诱导的小胶质细胞耗竭可减轻小鼠恶性胶质瘤的生长[Pyonteck等人。, 2013]; 然而，在人体临床试验中没有观察到疗效[NCT01349036号]尽管患者耐受性良好且有足够的血脑屏障渗透[Butowski等人。, 2016]. 最后，小胶质细胞TLR抗体靶向降低小鼠脑肿瘤切片模型中高级别胶质瘤的生长[Hu等人。, 2015]并且在健康受试者中表现出良好的安全性和耐受性[Reilly等人。, 2013]，但在胶质瘤的临床试验中尚未取得进一步进展。
虽然以小胶质细胞和巨噬细胞为靶点是一种新的、潜在有效的治疗方法，但肿瘤生态系统可能发生适应性变化，从而产生治疗诱导的“打鼹鼠”情景。在这方面，小胶质细胞可以通过放射线重新编程[Monje等人。, 2002] [Allen等人。, 2014] [Monje等人。, 2003]和/或化疗[Gibson等人。, 2019]创造新的功能状态，具有不同的促进肿瘤生长的能力。同样，高级别胶质瘤坏死区的缺氧含有高水平的细胞外ATP，可作用于表达嘌呤能受体的小胶质细胞，以增加细胞运动、吞噬活性和细胞因子释放[Kettenmann等人。, 2011]. 此外，免疫治疗，如嵌合抗原受体T细胞治疗，也可能同样改变小胶质细胞的动力学，以建立新的功能状态。因此，了解GAM与肿瘤中其他细胞类型之间建立的复杂关系变得极为重要，以便开发能够中断这些相互作用的治疗方法，支持胶质瘤的维持().
在胶质瘤的背景下，小胶质细胞被多种细胞类型和条件重新编程。作为高度适应性细胞，GAM基因的表达和功能可以通过胶质瘤治疗（化疗、放疗）、环境应激（缺氧）、与其他非肿瘤细胞类型的相互作用而改变(例如和来自胶质瘤细胞本身的信号。每一种修饰都可以改变GAM的性质，从而促进或抑制肿瘤的持续生长或侵袭。
此外，考虑可能影响小胶质细胞功能的其他因素也很重要，包括大脑位置和患者性别。为此，男性恶性胶质瘤的发病率较高[Ostrom等人。, 2018]，但女性总体生存率较高[Gittleman等人。, 2018]. 虽然这些性别差异可能反映了对癌细胞的直接影响，但它们也有可能在GAM水平上发挥作用。来自众多实验室的新证据表明，正常雄性和雌性小鼠的脑小胶质细胞基因表达和功能存在差异[Guneykaya等人。, 2018;Villa等人。, 2018] [Thion等人。, 2018]，以及在包括小鼠在内的多种不同脑部疾病的环境中雄性和雌性小鼠之间1号机组视神经胶质瘤小胶质细胞诱导的神经元损伤和视力丧失[Toonen等人。, 2017]
最后，缺乏稳健的GAM特异性标记物限制了我们确定小胶质细胞和巨噬细胞对胶质瘤生物学的不同贡献的能力。在大多数研究中，FACS的CD45表达用于区分小胶质细胞（CD45低的)来自外周巨噬细胞（CD45高的) [Badie和Schartner, 2000]导致了关于胶质瘤内小胶质细胞和巨噬细胞分布的相互矛盾的结论。此外，小胶质细胞在胶质瘤中增加CD45的表达[A Muller等人。, 2015]而巨噬细胞通常在融入肿瘤生态系统后表达传统上与小胶质细胞相关的标记物，包括CD45下调和CX3CR1表达上调[Pong等人。2013年b] [Z Chen等人。, 2017]. 这些适应使得很难自信地将独特的功能归因于不同的单核细胞群体[S Muller等人。, 2017]. 然而，随着更稳定表达标记的可用性以及空间蛋白质组学和单细胞RNA测序策略的使用[Q Li等人。, 2019] [科伦·肖尔等，2017年] [Masuda等人。, 2019]，应该有可能确定这些单核细胞群体对整个胶质瘤生物学的个体贡献[Haage等人。, 2019] [Z Chen等人。, 2017] [鲍曼等人。, 2016] [S Muller等人。, 2017]. 了解小胶质细胞/巨噬细胞的不同亚群对胶质瘤病理生物学的贡献也可能有助于解决文献中关于单核细胞含量和胶质瘤患者总体生存率的冲突报告。重要的是，定义这些不同的GAM物种是必要的，以便设计有效的治疗方法，选择性地损害对肿瘤维持和进展最关键的单核细胞群。
