Macrophage in metastasis formation

Macrophage はマウスでCTCの外遊と組織微小転移の形成を促進すると示された39，48。 腫瘍の転移では、転移関連マクロファージ（MAM）の集団が見られる。 PyMT乳癌の肺転移のFVBマウスモデルを用いた研究49では、これらの細胞はCCL2分泌腫瘍細胞によって循環炎症性単球からリクルートされることが示された48。 注目すべきは、養子移入研究によって、この単球集団が原発巣よりも転移巣を好むことが示されたことである48。 さらに、PyMTマウスモデルからin vivoで分離した浸潤性TAMの遺伝子発現研究により、このユニークな表現型の異なるマクロファージ集団は、胚および組織の発生に関連する遺伝子に富んでいることが明らかになった。これは、TAMが、腫瘍進行を促進するための何らかの発生栄養機能を再現しているかもしれないということを示唆している。 高度に濃縮され検証された経路の一つは、Wntシグナル伝達経路、特にWnt7bで、これは進行した疾患と関連するヒト乳癌で発現が増加することが知られている50。

試験管内で分化しM1偏光したヒトマクロファージの調整培地は、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）、c末端Srcキナーゼ（c-Src）、プロテインキナーゼC（PKC）の活性化を介してMCF-7乳がん細胞株のエストロゲン受容体α発現を低下させることが示されている。 このダウンレギュレーションプロセスは、転移性腫瘍の30%に見られる非常に重要な特徴である、乳がん細胞の内分泌抵抗性を促進することが示されている21。 別の乳がんマウスモデルでは、TAMはほとんど殺腫瘍活性を示さなかったが、これはおそらく誘導性一酸化窒素合成酵素（iNOS）の発現および一酸化窒素（NO）産生の減少によるものであろう51。 CD1欠損マウス（IL-13を産生するナチュラルキラーT細胞、NKTを欠損したマウス）に樹立したBalb/cマウスの4T1転移性乳腺がんを用いた研究では、原発腫瘍を除去した後のマウスは野生型Balb/cマウスとは対照的に無期限に生存していることが明らかになった。 この生存率の高さは、4T1腫瘍細胞を殺傷するiNOSを発現するM1マクロファージの生成、アルギナーゼを産生してT細胞を抑制するMDSCの急速な減少、活性化リンパ球の生成という3つの免疫監視機構によるものであることが明らかになった。 CD1欠損マウスは、M2マクロファージの極性化に重要なサイトカインであるIL-13を産生するNKT細胞を欠損している。 これらのマウスでは、原発性乳がんを除去した後、腫瘍を殺すM1マクロファージとリンパ球、およびMDSC細胞数の減少により、定着した転移性疾患に対する効果的な免疫監視が達成された2。 また、免疫不全Balb/cマウスの同所的4T1モデルを用いた別の研究では、4T1細胞と骨髄由来のM2マクロファージを乳腺脂肪パッドに共注入すると、固形がんの増殖と肺転移が促進されることが明らかになりました。 M2マクロファージは、がん細胞の増殖、血管新生リンパ管新生、血液単球の浸潤を増加させた52。 乳癌におけるTAMの血管新生能は、CSF-1欠損およびCSF-1過剰発現PyMTマウスモデルでさらに確認された53。

生理的乳腺発生における常駐マクロファージが乳腺幹細胞ニッチを支えるように54、TAMはマウス乳癌細胞において乳癌幹細胞の表現型を促進し、より浸潤性の高い腫瘍に寄与するかもしれない55-57。 また、ヒト乳癌に関連して、TAMは、骨微小環境を模倣した条件下（例えば、M-CSF、骨由来間質細胞、1,25-ジヒドロキシビタミンD3の存在）で破骨細胞様細胞へ分化する能力がin vitroで観察されています58。 しかし、これまでのところ、これが本当に生体内で起こっているかどうかは明らかではない。 単球走化性タンパク質1（MCP-1）とも呼ばれるCCL2は、マクロファージ、線維芽細胞、内皮細胞、およびがん細胞によって産生される。 乳がん（MDA-MB231ヒト細胞、ヌードマウス）59,60および前立腺がん（PC3ヒト細胞、SCIDマウス）61モデルでの過剰発現および中和抗体の研究により、がん細胞由来のCCL2が、マクロファージの動員を増やすことによって、骨へのがん転移を促進することが示されています。 さらに、破骨細胞をリクルートして活性化することにより、「悪循環」に拍車をかけ、マクロファージはこれら両方のがん種の骨転移の数と成長を促進します。

骨髄由来細胞、特にマクロファージは、前立腺の発生、成長および維持に重要であることが知られています。 例えば、アンドロゲン調節前立腺再生の研究において、マクロファージは、マクロファージコロニー刺激因子（M-CSF）、Regulated on Activation Normal T-cell Expressed and Secreted（RANTES）、および再生組織によって発現されるマクロファージ炎症性タンパク質1α（MIP-1α）によって、再生前立腺に採用されることが示された。 正常および異常な前立腺上皮細胞は、局所的にM-CSFを合成し、これがマクロファージをリクルートし、分化を誘導している。 マクロファージの数は、前立腺上皮細胞の増殖活性と相関しており、前立腺上皮の再生に寄与していることが示された。 このことは、前立腺肥大症、増殖性炎症性萎縮症、前立腺癌などの前立腺組織の病的状態に関連している可能性がある62。 さらに、いくつかの研究は、いくつかの前立腺癌細胞株63と転移性前立腺癌が、M-CSFの高い発現と高いTAM浸潤64を示すことを示したが、M-CSF欠損マウスは、前立腺のマクロファージレベルを低くしていた65。 angiopoietin 2, CCL2, fibroblast growth factor 2 (FGF-2), MMP-9, TGF-β, IL-1β などの血管新生因子の発現は、in vitro で培養した AT-1 細胞と比較して、in vivo の AT-1 腫瘍で上昇していることがわかり、腫瘍塊に存在する健全な細胞によって産生されていることが示唆された。 6192>

ヒト前立腺癌のマウスモデルにおいて、PC-3前立腺癌細胞が分泌する単球やマクロファージに対する強い化学誘引物質であるIL-6は、腫瘍部位に多くのTAMを勧誘して形成癌の侵襲性を促進すると想定された。 このTAMが産生するTNF-αは、前立腺がん細胞を刺激し、さらにIL-6を産生させてマクロファージを誘引し、腫瘍の増殖と転移に不可欠な悪循環を維持した。 同じマウスモデルで、腫瘍細胞のTAMの枯渇またはIL-6のサイレンシングは、骨病変の大きさ、骨溶解、リンパ節転移の発生を著しく減少させた66。 IL-6と前立腺癌に関わる同様の、より最近の発見は、Leeと同僚による研究67で、ヒト前立腺癌細胞におけるBMP-6の過剰発現が、マウスにおける去勢抵抗性前立腺癌の出現をもたらすことを証明したものである。 この去勢抵抗性は、腫瘍浸潤マクロファージから分泌されるIL-6が介在していることが示された。 このモデルでは、IL-6はPI3K経路を活性化し、前立腺癌細胞におけるアンドロゲン受容体の発現をアップレギュレートする67。 ヌードマウスにおけるPC-3細胞の骨内前立腺癌転移増殖モデルとカテプシンK（CTSK）欠損ヌードマウスでは、骨病変の増殖がカテプシンK（CTSK）に依存していることが示されている。 宿主由来のCTSKがない場合、骨病変の進展は著しく抑制された。 さらに、破骨細胞ではなく、骨髄に常駐するマクロファージがCTSKの主な供給源であることが示された。 さらに、野生型マウスの骨腫瘍ではマクロファージの存在量が多く、腫瘍の増殖の加速と相関していることが観察された。 また、CCL2レベルはマクロファージ由来のCTSKレベルとともに増加し、CTSKの過剰発現は破骨細胞形成と腫瘍の攻撃性に関与するマクロファージと腫瘍由来のカテプシンBとCOX-2の発現の増加と相関することが証明された。 CTSK欠損マウスの腫瘍では、VEGFの発現レベルが低く、血管新生が損なわれていた。 これらの結果を総合すると、マクロファージと破骨細胞由来のCTSKは、骨における前立腺腫瘍のコロニー形成と増殖に寄与していると考えられる68。 ヒト前立腺癌の研究では、前立腺腫瘍の臨床サンプルがTAMフリーであることは稀であることが実証された64,69。 さらに、マクロファージ／前立腺癌細胞の相互作用は、選択的アンドロゲン受容体モジュレーター（SARMs）に対する抵抗性を引き起こすことが示された。 この相互作用軸では、マクロファージ由来のIL-1βが、アンドロゲン受容体から核内受容体コアプレッサー複合体を切り離し、その結果、SARM効果を中和した69。

原発性骨癌である骨肉腫におけるTAMの役割は、議論の余地があり、少なくとも腫瘍ステージに依存している。 破骨細胞と同様に、腫瘍発生の初期段階において、マクロファージは骨肉腫細胞の育成環境として骨髄を提供し、局所的な腫瘍の成長を促進させる。 骨肉腫の発生初期には、これらの細胞は実際に骨から離れる腫瘍細胞の移動を阻止し、その結果、転移を防いでいるようである。 しかし、腫瘍量が増加するにつれ、がん細胞から分泌される因子が病巣内の破骨細胞数および活性を低下させ、破骨ニッチを維持するのに必要な閾値を下回る可能性がある。 その結果、原発巣がさらに成長する代わりに、がん細胞の浸潤と転移が促進される。 同様に、腫瘍から分泌される因子が増加すると、原発巣に存在するM1マクロファージがM2型に偏り、転移の形成がさらに促進される可能性がある。 M1マクロファージとM2マクロファージの比率は、どちらかの表現型が閾値に達すると、腫瘍の微小環境を転移しやすい環境に変えることによって、骨肉腫の転移の可能性を制御しているのかもしれない70。 ヒト高悪性度骨肉腫の化学療法前生検の研究から、この癌種のTAMはM1マクロファージとM2マクロファージの両方からなる異質な集団であることが明らかになった。 マクロファージの総数は良好な生存率と関連していたが、M2偏光はそうではなかった。 診断後5年以内に転移のない患者において過剰発現している遺伝子の20％がマクロファージ関連であることがわかった。 特に、CD14とHLA-DRA（M1マーカー）は無転移生存と独立に関連していた。 TAM数が多いことによる生存率の向上は、部分的には化学療法への反応性の良さに起因している可能性がある。 化学療法による腫瘍細胞の死滅は、TAMのパターン認識受容体に結合する内因性の危険信号の放出につながり、TAMの極性をM2からM1へと変化させ、死にかけた腫瘍細胞の除去を促進し、転移性腫瘍細胞の伸長を阻害する可能性がある71。 さらに、血管新生とリンパ管形成におけるTAMの役割は、新しい骨肉腫マウスモデルによって提案されている。ここでは、他の腫瘍モデル（例えば乳房）と同様に、マクロファージの動員を阻害する一方でM-CSFを阻害し、腫瘍血管形成を減少させて、腫瘍増殖と転移を減少させた72.

。