《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Harnessing macrophage signaling pathways and scalable engineering for next-generation immunotherapies
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由于内在可塑性、组织浸润能力以及在协调免疫反应中的核心作用，巨噬细胞已成为基于细胞的免疫疗法的有望候选者。它们在组织中的表型多样性，特别是在肿瘤微环境中的功能多样性，推动了研究人员将其应用于治疗目的的兴趣。结合平衡巨噬细胞活性的最新级联信号知识，辅以基因工程，
由于内在可塑性、组织浸润能力以及在协调免疫反应中的核心作用，巨噬细胞已成为基于细胞的免疫疗法的有望候选者。它们在组织中的表型多样性，特别是在肿瘤微环境中的功能多样性，推动了研究人员将其应用于治疗目的的兴趣。结合平衡巨噬细胞活性的最新级联信号知识，辅以基因工程，使得研究人员能够开发出功能增强的巨噬细胞，包括引入如嵌合抗原受体等合成受体。这些优越的巨噬细胞能够协调特定抗原靶向的先天免疫活性，相较于传统CAR-T和CAR-NK细胞疗法具有独特优势，尤其在实体恶性肿瘤治疗中表现突出。最新临床前及早期临床数据支持基于巨噬细胞策略的可行性、安全性与治疗潜力。然而，成功的临床转化仍需克服在标准化、规模化制造及细胞产品监管合规方面的核心挑战。本综述整合了关于巨噬细胞多样化的最新知识，这些知识推进了工程化技术、治疗应用以及制造创新的进步。利用巨噬细胞可塑性概念，突出了其作为下一代细胞治疗手段在肿瘤学等领域的巨大潜能，搭建起了基础免疫学与转化医学的桥梁。持续的跨学科研究将加速临床应用并拓宽跨疾病治疗的适应症范围。
巨噬细胞的起源与个体发育以指导人类细胞的生成
过去研究人员认为组织驻留巨噬细胞寿命较短且持续由骨髓来源的造血干细胞和祖细胞补充。随后的谱系追踪研究表明，许多组织驻留巨噬细胞起源于胚胎发生阶段，能够自我更新且独立于成体造血干细胞。小鼠胚胎造血被分为三个时间重叠的波次：原始波、短暂定向波（红髓系祖细胞，EMPs）及定向造血干细胞波。卵黄囊来源的祖细胞生成原始巨噬细胞，而主动脉-性腺-中肾区产生的定向造血干细胞则具有长期多谱系潜能。尽管人类胚胎组织研究受限，单细胞转录组学揭示了人类卵黄囊造血进展早于小鼠，并确认了卵黄囊衍生的髓系偏向外，还发现了能分化出早期小胶质细胞的群体。由于难以直接研究人类胚胎发生，诱导多能干细胞提供了关键平台。通过无血清培养与三维分化模拟胚胎造血，巨噬细胞能经中胚层诱导、内皮向造血转化及随后的髓系定向生成。此外，模拟卵黄囊造血的类器官系统也能高效产生巨噬细胞。
巨噬细胞可塑性与极化的一般概念：驱动功能多样性的信号通路
巨噬细胞通过展现高度的组织可塑性来响应微环境信号，这常被简称为M1/M2极化范式。经典激活促炎巨噬细胞响应干扰素-γ和脂多糖等信号，主要通过依赖髓样分化因子88的途径激活核因子-κB和信号传导及转录激活因子1。促炎状态伴随糖酵解增强、磷酸戊糖途径活跃以及对T辅助细胞1型免疫反应的促进。反之，替代激活抗炎巨噬细胞由白细胞介素-4和白细胞介素-13诱导，信号通过激活信号传导及转录激活因子6，依赖氧化磷酸化，并介导组织修复。然而，单细胞数据显示，体内的巨噬细胞实际表现为整合炎症与代谢线索的连续活化谱。例如，肿瘤相关巨噬细胞往往共表达促炎与抗炎标志物，这种可塑性既能促进免疫适应，也可能加速病程。
疾病中巨噬细胞的可塑性：特定病理环境中的治疗应用
在心血管修复中，心肌梗死等急性损伤需精确控制时间窗以促进修复型巨噬细胞的极化，给予白细胞介素-10或核因子-κB抑制剂可抑制心肌梗死后炎症。对于慢性病理如动脉粥样硬化，调控胆固醇外流或抑制特定炎症信号则能限制泡沫细胞的形成。在神经退行性疾病中，调节小胶质细胞及巨噬细胞可实现对淀粉样蛋白-β的清除或保护多巴胺能神经元。对于自身免疫性疾病，研究人员通过特定纳米载体或基因工程技术使巨噬细胞响应局部炎症微环境释放抗炎因子，从而缓解类风湿性关节炎或多发性硬化症病情。针对肝脏疾病及肺、肾纤维化，靶向巨噬细胞的代谢途径或于体外将其极化为促消退表型再行移植，可减少促纤维化标志物并改善脏器功能。在感染领域，增强巨噬细胞的胞内杀菌能力或运用嵌合抗原受体工程化技术，对结核分枝杆菌和各类病毒展现出治疗潜力。
利用代谢调控信号改变疾病中巨噬细胞的功能与极化
代谢不仅为巨噬细胞供能，更直接重塑其极化状态。干预感染引发的过激代谢有助于调控炎症风暴，例如，地塞米松增强氧化磷酸化以抑制细菌性炎症，而4-OI抑制炎症反应。在慢性促炎疾病中，敲低磷酸果糖激酶-2/果糖-2,6-二磷酸酶3以抑制糖酵解可减轻类风湿性关节炎症状；富马酸二甲酯激活核因子E2相关因子2通路展现抗炎效果。在肿瘤中，靶向三羧酸循环中间产物衣康酸的酶，如删除免疫应答基因1可限制肿瘤生长。抑制精氨酸酶-1或靶向谷氨酰胺代谢能解除肿瘤免疫抑制，增强对实体瘤的攻击能力，多款靶向药物已进入相关临床试验阶段。
肿瘤微环境重塑巨噬细胞的炎症信号特性
在肿瘤微环境中，癌细胞及其基质细胞通过释放多种信号劫持了巨噬细胞的可塑性。癌细胞分泌集落刺激因子1经PI3K/AKT和MAPK/ERK途径促进肿瘤相关巨噬细胞生存。局部低氧微环境稳定缺氧诱导因子并诱导血管生成，且促进巨噬细胞向促肿瘤的M2样极化。同时，微环境中的乳酸与酸化信号通过如G蛋白偶联受体65以激活依赖环磷酸腺苷的信号级联并强化抑制型巨噬细胞表型。肿瘤相关巨噬细胞与肿瘤相关成纤维细胞还能经分泌转化生长因子-β并激活YAP/TAZ通路致细胞外基质重塑，形成阻止免疫效应细胞浸润的物理屏障，从而使肿瘤呈典型免疫抑制微环境特征。
重编程巨噬细胞信号以作为抗肿瘤疗法的新精准策略
为抵抗肿瘤微环境带来的抑制性信息化编程，基因编辑技术被广泛用于强化巨噬细胞功能。敲除编码信号调节蛋白α的受体可解除其与CD47的“别吃我”结合信号，从而高效促进吞噬。此外，敲除泛素特异性肽酶18可解除对I型干扰素途径的抑制，增强源于干细胞的巨噬细胞在抗病毒反应中的抗原呈递机制。同时，原位靶向工程化技术利用纳米颗粒向肿瘤浸润巨噬细胞内递送mRNA或小干扰RNA，构建搭载编码促炎因子或抑制性信号敲降的递送系统。该策略改变了免疫检查点配体的表达，进而重塑了局部的免疫激活状态。
合成生物学与改变巨噬细胞命运的理念：与CAR-T和CAR-NK疗法的差异
嵌合抗原受体巨噬细胞相比CAR-T及CAR-NK细胞，在实体瘤中具备更强浸润优势，并具备更低的细胞因子风暴风险。早期CAR设计主要套用淋巴细胞特征的胞内信号域，如含有免疫受体酪氨酸活化基序的CD3ζ结构域。然而，巨噬细胞应整合来源于巨噬细胞专属的信号结构域，如来源于Toll样受体吞噬模块或激活激酶结构的整合%，以更好匹配其天然生物学效应，实现更为精准激活的同时阻断促肿瘤级联信号的作用。结合合成生物学回路与前述原位编辑技术，未来设计或能整合更多协调刺激因子与免疫检查点阻断剂释放胞内信号，建立从先天性免疫推向适应性免疫重塑的抗肿瘤级联网络。 然而，要实现广泛临床应用还需从信号传导机制层面进行优化，包括特定结构域功能高通量筛选与衍生于人工智能的结构模拟。
CAR-M疗法面临的挑战与未来方向
当前嵌合抗原受体巨噬细胞治疗存在在体内易被重塑为促肿瘤表型的风险。可以通过共表达Th1极化细胞因子或修饰靶点感应显性负向受体以构建固有促炎状态。此外，注入体内的CAR-M易归巢于非靶点肺部与肝脏，需在其表面修饰特异性趋化受体。从持久性克服角度考量，可通过共表达M-CSF及包含防止终末耗竭信号如抑制SWI/SNF复合物机制以延长其生存期限。不同于已有特定病人生物标志物指导实施 CAR-T细胞疗法临床分层应用选取, 当前阶段在体内仍缺乏能够直接用于监测靶向TAM定向重塑状态或预报躯体临床预后转归之相应敏感生物标志物。
从巨噬细胞基础生物学到工程化细胞的临床应用
在实体瘤患者中输入运用I型干扰素激活的早期CAR巨噬细胞单药疗效虽仅使少部分获得疾病稳定，但多数受试治疗临床数据提示这一手段表现出极高安全性特征。组织活检显现该浸润肿瘤后可促发T细胞激活或耗竭基因相关表型簇转录谱系特征以及扩增募集的细胞毒性CD8+T细胞亚群，展现出了先天与适应性联合交互信号的初步联动机理。然而其临床持久获益的层面仍存不足，这催生了探索同PD-1阻断协同或者通过基于运用单核细胞规模导入剂量提升探索。来源于自体单核细胞非基因编辑巨噬细胞的早期肝硬化阶段临床有效性虽获得安全性验证但单次剂量无法维持长期MELD评分改善益处。学界目前转而结合基因信使RNA装载具备特定靶向降解基质特性的载荷如白细胞介素10和MMP-9等，旨在通过冻存复苏策略进行多针剂持久的商业化服药安慰剂对照扩大II期有效性证实阶段。
巨噬细胞级联信号对工程化与可规模化制造的深远影响
制造可临床应用巨噬细胞的规模既定挑战存在于针对初级单核特征分离与扩增环节的良参差异与分化异质性敏感调控域之控制短板中。基于诱导多能干细胞技术衍生之工艺因具备单克隆起源之高度一致性且规避个体异质性，现正重点推进3D悬浮搅拌生物反应器微载体悬浮及无饲养细胞分化等前沿研究，以突破对传统单个核复杂培养过程的操作局限瓶颈。然而，在真正推向“现货型”细胞产品前，还需解决冷冻保存复苏存活与功能完整性维持的难关。多组学转录代码层面证据进一步提示源于多能干细胞特定的类似组织常驻巨噬系发育潜能差异或能极大影响体内存活及局部环境微稳态重塑之效能评估，未来仍需通过深度整合多谱系分化模式与功能性比对以求解。
