巨噬细胞是组织中数量最多的免疫细胞之一，具有高度的异质性，可以根据所处的组织环境在不同的功能间切换。它们既发挥杀死肿瘤细胞的作用，又可以发挥促进肿瘤进展的作用。

而碳酸酐酶(CA) 是一类重要的锌金属蛋白，它参与了二氧化碳水合成重碳酸盐和质子的催化反应。目前，靶向肿瘤相关的CA被认为是目前治疗缺氧性肿瘤的有效途径。

近期，中山大学肿瘤医院郑利民团队在国际学术期刊《The Journal of Clinical Investigation》在线发表了题为“碳酸酐酶XII介导巨噬细胞在人类肝细胞癌中的生存和转移功能”的论文，揭示了CA12介导巨噬细胞的机制。

巨噬细胞构成了肿瘤组织中的主要免疫成分，但这些细胞如何适应并存活于营养枯竭和乳酸诱导的酸性肿瘤微环境中，目前还没有完全搞清楚。在这里，该研究发现在人类肝细胞癌（HCC）的巨噬细胞上，碳酸酐酶XII（CA12）的表达水平明显地、选择性地上调。

瘤周单核细胞的短暂糖酵解激活通过自分泌细胞因子和HIF1α途径诱导肿瘤浸润巨噬细胞上CA12的持续表达。一方面，CA12介导巨噬细胞在相对酸性的肿瘤微环境中生存，另一方面，它诱导巨噬细胞产生大量的C-C图案趋化因子配体8（CCL8），增强癌细胞上皮-间质转化（EMT）并促进肿瘤转移。

一致的是，CA12+巨噬细胞在肿瘤组织中的积累与肿瘤转移潜力的增加和HCC患者的生存率下降有关。用CA12抑制剂选择性地靶向肿瘤浸润性巨噬细胞可减少小鼠的肿瘤生长，并足以协同增强免疫检查点阻断的治疗效果。

郑利民团队认为，CA12的活性是一种以前未被重视的机制，调节巨噬细胞在肿瘤微环境中的积累和功能，因此代表了一种选择性的弱点，可以在未来的抗肿瘤免疫治疗策略设计中加以利用。

通过比较从HCC患者的肿瘤和配对的非肿瘤肝组织中纯化的单核细胞差异表达的基因，该研究发现，在所有的αCA家族基因中，CA12是肿瘤浸润单核细胞中与非肿瘤肝组织中的单核细胞相比最明显上调的基因。

另外，扩大患者样本，该研究验证了肿瘤浸润单核细胞中CA12 mRNA水平的增加，并发现其他CD14细胞成分在肿瘤组织和非肿瘤肝组织中都不表达CA12。

上述结果表明，CA12在肿瘤浸润性单核细胞和巨噬细胞上的选择性明显上调与这些细胞的积累有关，可能促进人类HCC的疾病进展。

团队以前的研究发现，单核细胞和巨噬细胞在HCC肿瘤中选择性地上调有氧糖酵解以适应其组织特异性功能。为了探索这种代谢转换是否在诱导这些细胞的CA12表达中起作用，研究人员从HCC患者的肿瘤组织中纯化了CD14+细胞。

如图2所示，CA12和葡萄糖转运体GLUT1的表达水平在肿瘤纯化的CD14+细胞中呈现正相关。然后用抗人CD68、抗人GLUT1和抗人CA12抗体对HCC患者的连续切片进行三重染色，以确认GLUT1和CA12在单核细胞和巨噬细胞上的原位共定位。

总之，该研究建立了一个体外培养模型，以诱导肿瘤相关的单核细胞和巨噬细胞，其表型与原位肿瘤中的对应细胞相似。

图2

为了证实有氧糖酵解在调节肿瘤暴露的单核细胞和巨噬细胞的CA12表达中的作用，从健康捐赠者的外周血中纯化了CD14+细胞，并在有或没有糖酵解抑制剂2-脱氧葡萄糖（2DG）或PFKFB3（一种关键的糖酵解酶）抑制剂3PO的情况下用HepG2 TSN处理。

如图3所示，2DG和3PO都有效地减弱了肿瘤处理的单核细胞中CA12 mRNA和蛋白水平的上调。鉴于糖酵解和HIF1α是高度相互关联的途径，我们探讨了HIF1α在介导糖酵解激活CA12的可能作用。

总之，数据表明，肿瘤触发的单核细胞中的糖酵解开关诱导了这些细胞中HIF1α的激活和TNF-α、IL-10和IL-1β的产生，而这又协同上调了单核细胞中CA12的表达。

图3

为了探索CA12在肿瘤相关单核细胞和巨噬细胞中的可能作用，研究人员在有阴性对照siRNA（siNC）、CA12 siRNA（siCA12）的情况下，用HepG2 TSN处理外周CD14+细胞。

这些结果表明，肿瘤诱导的CA12可以介导单核细胞和巨噬细胞在酸性微环境中的生存，这可能部分解释了在HCC肿瘤组织中观察到的这种细胞群的相对丰富的浸润。

图4

除了炎症细胞因子和免疫相关的表面分子外，巨噬细胞还可以通过不同的介质调节肿瘤的进展。

通过比较在配对的非肿瘤组织和肿瘤组织纯化的单核细胞中表达的转移相关基因，该研究发现，与非肿瘤单核细胞相比，肿瘤单核细胞中的MMP9、VEGFA和CCL8的水平都有所增加，其中CCL8表现出最明显的上调。

数据结果共同表明，糖酵解诱导的CA12上调可能通过维持p38信号通路的激活而诱导肿瘤相关单核细胞和巨噬细胞产生CCL8。

图5

结合上述结果，团队研究了肿瘤相关单核细胞中的CA12可能通过调控CCL8的产生而促进肿瘤转移的假说。如图6所示，与对照组处理相比，CCL8处理引发了HepG2肝癌细胞的迁移，大幅提高了其波形蛋白和SNAI1的表达水平，并下调了其表达水平。

在来自HCC患者的癌细胞中，发现肿瘤浸润单核细胞中CCL8的mRNA水平与VIM有一定的正相关，与CDH1有一定的负相关，并且肿瘤浸润单核细胞中CCL8的mRNA水平也与HCC患者的转移潜力呈正相关关系。

图6

鉴于CA12在肿瘤相关单核细胞和巨噬细胞上的选择性表达及其在调节这些细胞的生存和转移功能方面的重要作用，郑利民团队假设CA12可能是治疗HCC的一个可利用的目标。

这些结果表明，靶向CA12可以抑制肿瘤的发展，可能是通过调节巨噬细胞的积累和功能，而且CA12的抑制也与免疫检查点阻断疗法在HCC中表现出协同的抗肿瘤作用。

图7

肿瘤微环境的理化成分与正常组织的典型间质不同。肿瘤微环境的特点包括酸中毒、缺氧、乳酸水平升高、葡萄糖浓度降低和分泌组的变化，这些都造成了不利于招募的免疫细胞生存和功能的不良环境。然而，浸润在HCC肿瘤组织中的丰富的巨噬细胞群表明，这些细胞可能采取独特的机制来适应肿瘤的特定环境。

目前的研究发现CA12是介导人类HCC中巨噬细胞生存和转移功能的一个重要调节器。瘤周基质中单核细胞和巨噬细胞的瞬时代谢转换通过HIF1α和自分泌细胞因子依赖的途径诱导CA12在这些细胞上的持续表达。重要的是，靶向CA12可以选择性地调节肿瘤组织中巨噬细胞的积累和功能，在小鼠模型中单独或与免疫检查点阻断协同诱导肿瘤消退。