综述：胶质瘤微环境中的免疫细胞成像

《Brain Research》：Immune cell imaging in the glioma microenvironment

　　

胶质母细胞瘤是一种极具侵袭性的脑肿瘤，尽管标准治疗不断进步，患者预后仍较差。肿瘤微环境由肿瘤细胞、免疫细胞——主要为肿瘤相关小胶质细胞与巨噬细胞(tumour-associated microglia and macrophages, TAMMs)及细胞外基质成分构成——在肿瘤进展与治疗抵抗中发挥关键作用。TAMMs促进免疫抑制、肿瘤侵袭及血管生成，而T细胞虽数量较少，却受胶质母细胞瘤介导的机制抑制，限制抗肿瘤免疫效应。非侵入性成像技术的进步，包括磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、正电子发射断层显像(positron emission tomography, PET)与光学方法，可在活体可视化并表征免疫微环境。靶向TAMMs标志物如TSPO、CD163、CD68、CD206及CX3CR1的成像剂，已用于绘制胶质瘤内免疫细胞的分布与功能状态。此外，新型PET示踪剂可监测T细胞浸润、活化与耗竭，为免疫治疗响应评估提供依据。尽管存在血脑屏障通透性、示踪剂特异性及监管障碍等挑战，多模态成像结合影像组学与空间转录组学，为个体化治疗策略提供了前景。未来研究聚焦于将免疫细胞成像与诊疗一体化(theragnostic)策略、纳米颗粒递送系统及纵向监测相结合，以克服肿瘤异质性并提升治疗效果。本综述阐述了胶质瘤免疫细胞成像的发展态势，强调其在优化诊断、指导免疫治疗及改善患者预后方面的潜力。

1. 引言

胶质母细胞瘤的预后数十年来未获显著改善，肿瘤微环境(tumour microenvironment, TME)在肿瘤进展中的作用日益受到关注。胶质瘤TME是一个复杂网络，除肿瘤细胞外，还包含免疫细胞（小胶质细胞、巨噬细胞、T细胞）、反应性星形胶质细胞、内皮细胞、周细胞及细胞外基质(extracellular matrix, ECM)成分（如纤维蛋白、糖蛋白、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)、基底膜蛋白、蛋白聚糖与糖胺聚糖）。在恶性胶质瘤中，免疫细胞以TAMMs为主，单核细胞、中性粒细胞及肿瘤浸润淋巴细胞(tumour-infiltrating lymphocytes, TILs)占比次之，可占肿瘤总细胞数的50%。TAMMs是胶质母细胞瘤TME中最主要的免疫细胞群，通过分泌抗炎细胞因子如白细胞介素-10(interleukin-10, IL-10)与转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)介导免疫抑制，招募CCR4⁺调节性T细胞(regulatory T cells, Tregs)与CCR2⁺单核髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)进入TME，强化先天与适应性免疫抑制。同时，TAMMs释放促炎细胞因子、生长因子及MMPs重塑ECM，促进肿瘤侵袭与扩散。T细胞在胶质母细胞瘤TME中占比虽低，却是免疫监视与肿瘤抑制的核心，主要包括可直接杀伤肿瘤细胞的CD8⁺细胞毒性T细胞与辅助CD4⁺辅助T细胞。然而，胶质母细胞瘤通过上调肿瘤细胞及TAMMs表面的程序性死亡配体-1(programmed death-ligand 1, PD-L1)，与T细胞表面的程序性死亡受体-1(programmed death-1, PD-1)结合抑制其活性；分泌TGF-β、IL-10等免疫抑制因子；以及TME的物理与分子屏障限制T细胞浸润，严重削弱T细胞功能。由于TME的高度异质性及治疗诱导的克隆演化与免疫抑制增强，靶向TME的治疗策略亟需个体化与动态调整。组织活检的有创性限制了TME的动态监测，而以MRI、PET及单光子发射计算机断层显像(single-photon emission computed tomography, SPECT)为代表的非侵入性成像技术，为解析胶质母细胞瘤TME的组成与演变提供了可行路径。本综述聚焦胶质母细胞瘤，同时纳入其他胶质瘤亚型的相关证据，系统探讨TAMMs及其他免疫细胞在胶质瘤TME中的成像潜力。

2. 研究方法

研究人员系统检索PubMed、EMBASE、Cochrane Library及Scopus数据库，纳入标准为英文撰写的原创全文文献，排除独立摘要、病例报告、海报及未发表或非同行评审研究。检索词涵盖“脑肿瘤”“胶质母细胞瘤”“高级别胶质瘤”“肿瘤微环境”“免疫细胞”“免疫浸润”“髓系细胞”“肿瘤相关巨噬细胞”“小胶质细胞”“免疫成像”“磁共振成像”“正电子发射断层显像”“荧光成像”“多模态成像”等主题，并通过追溯近期相关综述的参考文献补充检索来源，最终形成研究方法学总结。

3. 胶质瘤免疫细胞成像概览：历史、当前与新兴技术及临床适用性

传统对比增强MRI可用于识别肿瘤体积与血管通透性，但无法区分肿瘤组织与免疫治疗相关的炎症改变。免疫细胞成像实现了范式转变，可在活体可视化胶质瘤的免疫微环境，追踪免疫应答动态，并鉴别治疗诱导的假性进展与真性肿瘤进展。早期研究以TSPO PET成像为代表，使用[¹¹C]-(R)PK11195等配体检测胶质瘤患者中活化的小胶质细胞与巨噬细胞，证实TSPO表达及示踪剂摄取与胶质瘤分级相关。超小超顺磁性氧化铁纳米颗粒(ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles, USPIOs)如ferumoxytol的应用，则通过MRI显示TAMMs富集区域，弥补常规钆对比剂扫描的不足。双光子活体显微镜可在小鼠胶质瘤模型中实时成像免疫细胞，通过荧光谱系追踪区分小胶质细胞与单核细胞来源的巨噬细胞，揭示其异质性行为。

当前胶质瘤免疫成像已形成多模态体系：ferumoxytol增强MRI通过TAMMs吞噬氧化铁纳米颗粒产生T2信号降低，标记巨噬细胞富集区，可检出钆对比剂遗漏的浸润性肿瘤区域；¹⁹F MRI利用全氟碳纳米颗粒被巨噬细胞吞噬后产生的特征性氟信号，实现TAMMs的纵向定量追踪；TSPO PET靶向活化小胶质细胞/巨噬细胞表达的易位蛋白(translocator protein, TSPO)，可揭示免疫细胞的空间异质性并监测治疗反应；[¹⁸F]-FAC PET通过检测脱氧胞苷激酶活性，反映免疫治疗后活化T细胞的分布；CD8靶向免疫PET可直接可视化胶质瘤内的细胞毒性T淋巴细胞；双光子活体显微镜则提供单细胞分辨率的免疫细胞动态追踪。其中，ferumoxytol增强MRI与TSPO PET已进入临床应用，¹⁹F MRI、[¹⁸F]-FAC PET、CD8免疫PET及双光子活体显微镜仍处于临床前或早期探索阶段。各技术的优势在于非侵入性、全脑覆盖及特定免疫细胞的精准映射，局限性则包括示踪剂特异性不足（如TSPO亦表达于反应性星形胶质细胞与肿瘤细胞）、外源性对比剂的成本与监管负担、PET示踪剂的回旋加速器依赖，以及部分示踪剂在人体内的代谢过快等问题。

4. 肿瘤相关小胶质细胞与巨噬细胞(TAMMs)在胶质瘤微环境中的作用

TAMMs在肿瘤进展中发挥核心作用，其表型并非简单的经典活化（M1）与替代活化（M2）二分，而是呈现连续谱特征。经典活化TAMMs分泌肿瘤坏死因子(tumour necrosis factor, TNF)、IL-1、IL-6、IL-8及IL-12等促炎因子，在早期胶质瘤中占主导，具有抗肿瘤潜能；替代活化TAMMs则分泌IL-4、IL-10及TGF-β等抗炎因子，促进免疫抑制，在高分级胶质瘤中富集，并通过CD74-巨噬细胞迁移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)轴维持免疫抑制微环境。在不同胶质瘤亚型中，TAMMs的异质性显著：IDH突变型星形细胞瘤与少突胶质细胞瘤中，小胶质细胞与巨噬细胞的表型随分级与复发状态演变；IDH突变可通过改变色氨酸代谢与胆固醇处理塑造髓系细胞特征；儿童低级别胶质瘤中，肿瘤相关小胶质细胞支持肿瘤维持并随时间呈现更强的抗炎特征。TAMMs通过分泌表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF)、血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF)促进肿瘤生长；通过释放MMPs降解ECM促进肿瘤侵袭；通过分泌血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor, FGF)等促血管生成因子驱动肿瘤血管新生。针对TAMMs的成像策略可利用其高丰度、区域聚集、铁摄取能力及表面标志物表达特征，通过ferumoxytol增强MRI、CD11b免疫PET及TSPO PET实现非侵入性免疫分型，为治疗响应监测提供依据。

5. 胶质瘤TAMMs成像靶点及示踪剂

TAMMs的成像靶点包括CD163、CD68、TSPO、CD206及CX3CR1，其表达模式与功能特征为成像与靶向治疗提供依据。CD163是清道夫受体半胱氨酸丰富(scavenger receptor cysteine-rich, SRCR)家族成员，特异性表达于替代活化巨噬细胞，可结合血红蛋白-触珠蛋白复合物并介导其清除，在胶质瘤中表达随分级升高而增加，在IDH野生型及间充质亚型中富集，联合影像组学可区分促肿瘤与抗肿瘤免疫表型，但其临床转化仍需解决炎症状态下表达波动的问题。CD68表达于单核-巨噬细胞系及小胶质细胞，虽也表达于肿瘤细胞，但仍是标记TAMMs的重要标志物，可区分经典与替代活化亚型，其表达水平与胶质瘤分级、侵袭性及预后相关，靶向CD68的免疫PET与多重免疫组化技术可用于免疫治疗分层。TSPO在胶质瘤细胞与TAMMs中高表达，与肿瘤分级及恶性程度正相关，[¹⁸F]GE-180等PET示踪剂可无创可视化TSPO分布，用于手术规划、治疗监测及复发检测，还可鉴别肿瘤进展与假性进展，并具备诊疗一体化的潜在价值。CD206是替代活化巨噬细胞的标志物，通过塑造免疫抑制微环境促进肿瘤进展，其表达具有区域与分子亚型依赖性，在外周血诱导的小胶质样细胞中可检测到CD206上调，为微创免疫监测提供可能，未来成像需结合分子亚型与肿瘤区域特征解读。CX3CR1是趋化因子受体，在单核细胞来源的TAMMs中高表达，参与CX3CL1-CX3CR1信号轴调控髓系细胞黏附、迁移及MMPs表达，其表达与血管生成及TAMMs聚集相关，阻断该信号轴可增强抗PD-1免疫治疗的疗效，是免疫治疗响应的潜在生物标志物。

6. 胶质瘤成像模态与T细胞

胶质瘤T细胞成像可分为四类：细胞毒性与浸润性CD8⁺T细胞、活化T细胞、抑制性或检查点相关T细胞状态（含Tregs与耗竭T细胞）及支持性髓系成像。CD8免疫PET已在原位胶质母细胞瘤模型中用于量化联合免疫治疗后的瘤内CD8⁺T细胞浸润，早于常规影像学识别治疗响应；CXCR4靶向PET可显示T细胞在肿瘤引流淋巴结与瘤内的分布；CD69免疫PET可可视化T细胞活化状态，TIGIT免疫PET则反映抑制性淋巴细胞状态。Ferumoxytol增强MRI通过标记与T细胞相互作用的铁负载巨噬细胞，间接评估TME的免疫参与程度。调节性T细胞(Tregs)在胶质母细胞瘤TME中富集，通过抑制CD8⁺T细胞功能、分泌TGF-β与IL-10等机制介导免疫逃逸，其亚群如T滤泡调节(Tfr)细胞可特异性抑制CXCR5⁺CD8⁺T细胞的抗肿瘤活性。T细胞耗竭以PD-1、TIM-3、LAG-3等抑制受体共表达为特征，导致效应功能丧失，在胶质母细胞瘤中广泛存在并限制免疫治疗疗效。PET示踪剂已可实现免疫检查点蛋白与T细胞活性的活体成像，如靶向TIGIT与共刺激分子OX40的示踪剂可追踪治疗响应；MRI影像组学特征可基于T细胞浸润与免疫基因表达模式将胶质瘤分为“炎性”“中间型”与“冷肿瘤”，为个体化治疗提供依据。多模态成像整合PET、MRI与影像组学，可实现对T细胞行为的非侵入性精细表征，优化免疫治疗策略与患者分层。

7. 脑肿瘤免疫细胞成像的挑战与未来方向

脑的独特解剖与生理特征为免疫细胞成像带来挑战：血脑屏障(blood brain barrier, BBB)限制成像剂穿透，影响原位免疫细胞的可视化。传统MRI与CT仅提供宏观结构信息，无法区分免疫细胞类型及其相互作用；高分辨率技术如多光子显微镜虽可解析细胞层面特征，但组织穿透深度有限且需侵入性开颅窗，不适用于人体。超小超顺磁性氧化铁纳米颗粒MRI可检测脑肿瘤的单核细胞浸润，作为免疫活化与治疗的早期指标；光声成像(photoacoustic imaging, PAI)可同步评估血管结构、氧合及免疫细胞浸润，提供TME的多维信息。实时高分辨率非侵入性成像需在采集速度、灵敏度与组织穿透深度间取得平衡，双光子活体显微镜因侵入性与成像深度受限难以临床转化。新型PET示踪剂如[¹⁸F]FDB可减少TAMMs的背景摄取干扰，[¹⁸F]AraG可特异性靶向活化T细胞，提升免疫应答评估的准确性。动物模型的研究发现受物种差异限制，难以直接外推至人类，空间转录组学等空间 profiling 技术可互补解析TME的细胞与空间异质性，为治疗抵抗机制研究提供依据。诊疗一体化策略将诊断与治疗功能整合于单一制剂，如靶向CD11b⁺肿瘤相关髓系细胞的放射性药物治疗(radiopharmaceutical therapy, TRT)、Angiopep-2偶联透明质酸纳米颗粒(Thera-ANG cHANPs)及聚多巴胺基系统等，可在突破BBB的同时实现成像引导的治疗递送，但仍需严格的临床验证与标准化。

8. 结论

胶质母细胞瘤TME中免疫细胞（尤其是TAMMs）的成像技术，对解析肿瘤进展机制与开发个体化治疗策略至关重要。MRI、PET、SPECT等非侵入性成像技术与特异性生物标志物的结合，可实现免疫动态、肿瘤侵袭性及治疗响应的精准监测。随着新兴成像技术与诊疗一体化的发展，靶向胶质母细胞瘤特异性免疫细胞与分子特征的策略将持续优化，为提升治疗效果与改善患者预后提供新的路径。