通常定植于正常組織的腫瘤細胞, 能夠與基質(zhì)細胞榆俺、免疫細胞及其分泌因子、血管內(nèi)皮細胞和細胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)等組分共同構(gòu)成腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment, TME)[1]。這些由腫瘤細胞招募和激活的免疫細胞及相關(guān)基質(zhì)成分, 在腫瘤定植或生長早期, 形成抑瘤性炎性微環(huán)境從而阻礙腫瘤發(fā)生發(fā)展蛮瞄。而經(jīng)過持續(xù)性腫瘤抗原刺激和免疫激活反應(yīng), 微環(huán)境中相關(guān)效應(yīng)細胞處于耗竭或重塑狀態(tài), 無法發(fā)揮正常功能甚至促進腫瘤的惡性表征, 產(chǎn)生免疫抑制性微環(huán)境[2]浴井。由于維持免疫抑制微環(huán)境的主要細胞成分在腫瘤進展早期也發(fā)揮抗腫瘤作用, 因此可以通過靶向TME的免疫治療策略, 激發(fā)或恢復(fù)免疫系統(tǒng)固有的抑瘤能力, 重塑積極的免疫微環(huán)境, 并產(chǎn)生綜合性應(yīng)答效果[3]。
腫瘤微環(huán)境
TME特點
腫瘤細胞與基質(zhì)成分之間相互作用, 形成了功能復(fù)雜的TME纳胧。腫瘤相關(guān)成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)是腫瘤基質(zhì)的主要成分镰吆。CAFs主要分布于血管周圍或腫瘤外周纖維間質(zhì)內(nèi), 分泌細胞因子、ECM成分及相關(guān)酶分子[4]跑慕。ECM為TME中細胞提供物理支持, 在細胞黏附和浸潤中發(fā)揮重要作用, ECM沉積能夠產(chǎn)生包裹腫瘤的致密纖維間質(zhì), 使得腫瘤組織較正常組織的脆度和硬度更高, 形成阻礙免疫細胞浸潤的物理屏障, 抑制抗腫瘤藥物靶向TME[5]万皿。同時CAFs分泌的基質(zhì)金屬蛋白酶, 能夠重塑ECM, 釋放趨化因子、生長因子及促血管生成因子等, 促進腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化[6]核行。隨著腫瘤迅速生長和血管異化, 瘤內(nèi)常發(fā)生血供不足現(xiàn)象, 并長期處于缺氧環(huán)境中, 同時細胞代謝會增加乳糖和氫離子累積, 形成酸性TME, 而由血管缺陷和代謝障礙導(dǎo)致的級聯(lián)信號激活, 促進了免疫抑制性TME的形成[7-8]牢硅。
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癌細胞被復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境包圍
TME中有多種免疫細胞浸潤, 其中CD8+或細胞毒性T淋巴細胞(cytotoxic T lymphocyte, CTL)發(fā)揮腫瘤殺傷功能, 而調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T, Treg)減弱效應(yīng)T細胞活性, 促進TME的免疫抑制。通常M1型巨噬細胞分泌Th1細胞因子, 發(fā)揮促炎和抗瘤作用, 但TME中的腫瘤相關(guān)巨噬細胞(tumor-associated macrophage, TAM)為M2型, 通過分泌Th2細胞因子促進血管生成和腫瘤侵襲芝雪。另一種能夠殺傷腫瘤的免疫細胞——自然殺傷細胞(natural killer, NK), 通過釋放顆粒酶和穿孔素或以其Fc段受體介導(dǎo)抗體依賴的細胞毒性作用殺傷靶細胞, 但在TME中富集的TGF-β會抑制其殺傷活性减余。樹突狀細胞(dendritic cell, DC)同樣會受到TME中缺氧和炎癥環(huán)境影響削弱其抗原提呈活性。而髓系來源抑制細胞(myeloid-derived suppressor cell, MDSC)作為TME中的免疫負調(diào)控因素, 能夠抑制T細胞激活和多種免疫細胞活性[9]惩系。不同腫瘤的分子類型各異, 但腫瘤細胞間的惡性表型相對統(tǒng)一, 因此基質(zhì)細胞類型和富集程度往往決定了TME特性, 進一步影響了靶向性免疫治療的應(yīng)答機制[1]位岔。
腫瘤微環(huán)境的免疫特征和相關(guān)機制
TME的異質(zhì)性使得個體間腫瘤進展仍存在較大差異[10]。理論上腫瘤抗原能夠被宿主T細胞識別和清除, 但實際上腫瘤的難治和復(fù)發(fā)現(xiàn)象提示了腫瘤的免疫逃逸堡牡。難治性腫瘤的免疫微環(huán)境通常分為豁免型和炎癥型抒抬。炎性腫瘤微環(huán)境中富集有活化的T細胞和髓系細胞, 并有趨化因子、Ⅰ型干擾素(interferon, IFN)信號表達晤柄。相反, 在“冷腫瘤”, 也就是免疫豁免型TME中, 僅存在少量免疫細胞或抑制性亞群, 如Treg擦剑、MDSC和TAM, 而效應(yīng)性免疫細胞無法有效浸潤至腫瘤微環(huán)境, 僅分布于外周基質(zhì), 難以發(fā)揮抑瘤功能[11-12]。因此需要根據(jù)TME中不同的免疫逃逸機制, 開發(fā)針對差異性免疫微環(huán)境的激活策略[9]芥颈。
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腫瘤內(nèi)發(fā)現(xiàn)的微生物
免疫細胞浸潤障礙 TME中T細胞浸潤程度與免疫治療效能密切相關(guān)惠勒。影響T細胞浸潤的因素存在多樣性。例如在黑色素瘤小鼠模型中, 由于缺乏CD103+ DC分泌的CXCL9和CXCL10, 過繼回輸?shù)男?yīng)T細胞無法有效進入TME[13]浇借。在前列腺癌和結(jié)腸癌中, MDSC產(chǎn)生活性氮, 致使趨化因子CCL2發(fā)生硝化, 抑制CTL和Th1型效應(yīng)細胞的浸潤[14]捉撮。CAFs促進未成熟髓系細胞浸潤, 該細胞可能整合和呈遞腫瘤相關(guān)抗原至CD8+T細胞, 并攜帶相關(guān)的致死性信號PD-L2和凋亡相關(guān)配體FasL, 抑制腫瘤特異性CD8+T細胞浸潤至TME[16]。
T細胞耗竭 慢性感染模型中T細胞的低應(yīng)答現(xiàn)象稱為T細胞耗竭妇垢。近期發(fā)現(xiàn)TME中T細胞也存在相似狀態(tài), 在持續(xù)性暴露于腫瘤抗原和炎癥條件下, T細胞的抑制性受體激活和效應(yīng)因子缺失, 導(dǎo)致其殺傷功能損傷, 最終形成了抑制性的免疫微環(huán)境[17]巾遭。耗竭早期T細胞IL-2的生成及殺傷能力受損, 中期TNF-α缺失, 而晚期IFN-γ和顆粒酶B的產(chǎn)生受限[18]肉康。耗竭的T細胞高表達抑制性受體, 包括程序性死亡受體1 (programmed cell death protein 1, PD-1)、CTLA-4灼舍、LAG-3吼和、TIM-3、TIGIT等, 其中PD-1是調(diào)控T細胞耗竭的主要抑制性受體[19]骑素。
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TME中免疫細胞的代謝特征
抑制性免疫細胞浸潤 在TME中具有抗腫瘤能力免疫細胞的浸潤, 通常伴隨著免疫抑制性細胞的代償性增加, 通過檢測單一類型細胞富集程度, 無法有效體現(xiàn)對TME中免疫狀態(tài)的判斷, 因此可通過綜合測定瘤內(nèi)CD8+T細胞和Treg細胞等抑制性細胞的比例評估其預(yù)后價值[20]炫乓。腫瘤的血管內(nèi)皮富含細胞凋亡相關(guān)配體FasL, 使CTL難以富集至腫瘤, 而Treg細胞能夠通過高表達凋亡抑制分子c-FLIP逃避FasL介導(dǎo)的殺傷而得以大量聚集[11]。乳腺癌中CAF能夠分泌CCL5, 募集高表達其受體CCR1的Treg細胞至TME中[21]献丑。而在SMAD4缺陷的結(jié)直腸癌, 腫瘤侵襲區(qū)高表達的CCL15能夠趨化表達CCR1的MDSC至TME[22]末捣。
靶向TME的免疫治療策略
不同于腫瘤細胞累積產(chǎn)生的適應(yīng)性突變和獲得性耐藥, 靶向TME的免疫治療策略有較好的穩(wěn)定性優(yōu)勢。由于TME功能的兩面性, 干預(yù)需精確調(diào)控TME抑瘤或促瘤能力的平衡创橄。因此需要研究確定TME分別在正常和腫瘤條件下關(guān)鍵的差異化信號[24]箩做。
免疫檢查點阻斷抗體 免疫檢查點蛋白是在免疫反應(yīng)中產(chǎn)生共刺激或抑制信號的分子, 在正常條件下調(diào)控宿主免疫反應(yīng)。近期研究主要集中于免疫檢查點PD-1及其配體PD-L1信號軸, 腫瘤中高表達的PD-L1能夠與T細胞表面的PD-1結(jié)合, 限制T細胞激活并誘發(fā)其耗竭狀態(tài)從而導(dǎo)致腫瘤的免疫逃逸妥畏。因此對PD-L1陽性的腫瘤, 應(yīng)用PD-1或PD-L1單克隆阻斷抗體, 糾正TME對T細胞的免疫抑制, 能夠使T細胞恢復(fù)正常激活狀態(tài)[12]邦邦。近來研究發(fā)現(xiàn), PD-L1陰性的腫瘤對PD-1/PD-L1的免疫檢查點阻斷治療有良好應(yīng)答, 同時TME中浸潤的免疫細胞高表達PD-L1, 且與PD-L1阻斷的療效密切相關(guān)。這說明TME中表達的PD-L1, 在腫瘤免疫逃逸中也發(fā)揮重要作用[25-26]醉蚁。CTLA-4是表達在Treg上的免疫檢查點分子, 通過抗CTLA-4單抗清除Treg細胞, 能夠系統(tǒng)性解除機體對CTL的抑制, 激活T細胞免疫應(yīng)答[27]燃辖。
逆轉(zhuǎn)T細胞的耗竭狀態(tài)有助于免疫微環(huán)境正態(tài)化, 恢復(fù)免疫系統(tǒng)抑制腫瘤的能力, 是治療腫瘤的有效策略。2011年美國食品藥品監(jiān)督局(FDA)批準首款適用于轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的抗CTLA-4單克隆抗體藥物Ipilimumab[28]网棍。2014年日本和美國分別批準首款抗PD-1單抗藥物Nivolumab和Pembrolizumab, 應(yīng)用于其他治療無效的高級別轉(zhuǎn)移性黑色素瘤, 且使用Pembrolizumab的患者較之于Ipilimumab有較長的無進展生存期且毒副作用減少[29]黔龟。同時PD-1單抗藥物的適應(yīng)證范圍也在逐步擴大, 在非小細胞肺癌、腎癌确沸、膀胱癌捌锭、胃癌、頭頸癌等多種惡性腫瘤中也存在生存獲益[31]罗捎。且針對上述兩個不同策略(PD-1/CTLA-4)的聯(lián)合靶向阻斷也是目前療效良好的協(xié)同治療方案[27]。但隨著免疫檢查點抑制劑的廣泛使用, 其相關(guān)并發(fā)癥如免疫性肝炎拉盾、肺炎桨菜、腸炎、心肌炎甚至神經(jīng)系統(tǒng)炎癥等多種疾病被逐漸發(fā)現(xiàn), 據(jù)報道經(jīng)PD1療法導(dǎo)致的免疫性心肌炎死亡率高達46%, 目前尚無有效的干預(yù)手段, 因此對免疫檢查點藥物的應(yīng)用仍需謹慎, 避免可能出現(xiàn)的嚴重并發(fā)癥[32]捉偏。
嵌合抗原受體T細胞技術(shù)(CAR-T)和T細胞受體嵌合型T細胞技術(shù)(TCR-T) CAR-T和TCR-T技術(shù)都是將患者自身的T淋巴細胞在體外進行改造, 然后回輸體內(nèi)殺傷腫瘤的過繼療法, 但是它們識別抗原的機制不同倒得。CAR-T技術(shù)通過在T細胞上直接嵌入與特定抗原結(jié)合的人工合成抗體, 使T細胞能夠識別細胞表面的抗原, 并靶向殺傷表達該腫瘤抗原的細胞。而TCR-T技術(shù)則利用α和β肽鏈構(gòu)成的異元二聚體來識別由主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex, MHC)呈現(xiàn)在細胞表面的多肽片段, 并通過基因修飾的方式, 增強對腫瘤抗原識別能力較弱的T細胞的親和性[33]夭禽。
體外實驗中CAR-T細胞能夠有效裂解腫瘤細胞, 同時在急性淋巴細胞白血病中, CAR-T治療的完全應(yīng)答率接近90%, 顯示出持續(xù)的疾病緩解效果, 然而CAR-T對實體瘤的療效甚微[34]霞掺。由于實體瘤中TME及腫瘤抗原的復(fù)雜性, 使得腫瘤中CAR-T細胞浸潤受限, 靶向腫瘤的殺傷能力減弱。在TCR-T技術(shù)中, MHC分子能夠展示從細胞表面和細胞內(nèi)蛋白中獲得的肽鏈, 與CARs相比, 能夠靶向腫瘤內(nèi)外多種抗原, 更具備腫瘤特異性讹躯。雖然CAR-T細胞殺傷腫瘤細胞的能力卓越, 但如果沒有合適的靶點也無法對實體瘤發(fā)揮作用菩彬。同時, 由于CAR靶向的抗原在腫瘤表面有上千個拷貝, 可能會在CARs滲透到腫瘤內(nèi)部前將其吸收, 使得CAR-T細胞附著在腫瘤外層難以向內(nèi)部滲透缠劝。而TCR-T細胞初遇腫瘤時接觸的抗原可能少于50個拷貝, 使其能夠深入腫瘤內(nèi)部與抗原結(jié)合, 從而保證更均衡的藥物分布[33, 35]。鑒于TCR-T技術(shù)在識別腫瘤新抗原和浸潤能力方面的優(yōu)勢, 有望突破CAR-T對實體瘤治療的局限, 進一步優(yōu)化激活T細胞應(yīng)答的策略骗灶。但該療法仍存在脫靶效應(yīng)惨恭、細胞因子釋放綜合征(cytokine release syndrome, CRS)及神經(jīng)毒性等副作用, 其中CRS以大量炎性細胞因子短暫劇烈升高為特征, 嚴重時形成細胞因子風(fēng)暴, 造成全身器官功能紊亂甚至危及生命, 因此仍需深入研究提升過繼細胞療法的安全性[36]。
溶瘤病毒治療
溶瘤病毒是天然或經(jīng)基因改造后可特異性攻擊和破壞腫瘤細胞的病毒耙旦。其中最受關(guān)注的為裝配有靶向或功能因子的病毒, 根據(jù)插入基因序列的不同, 或選擇性靶向腫瘤細胞脱羡、復(fù)制并發(fā)揮裂解功能, 或激發(fā)TME、系統(tǒng)性重塑免疫環(huán)境免都。研究表明應(yīng)用溶瘤病毒療法能夠使TME的免疫特征轉(zhuǎn)化, 將傳統(tǒng)意義的“冷腫瘤”轉(zhuǎn)化為“熱腫瘤”[37]锉罐。同時溶瘤病毒能夠促進TME中免疫組分與腫瘤細胞間的交互作用, 促使腫瘤細胞死亡[38]。與其他免疫治療方法相比, 溶瘤病毒對腫瘤組織的破壞, 能夠使腫瘤抗原特異性的CTL迅速反應(yīng), 激活局部或系統(tǒng)性的免疫信號, 與抗原激動性的腫瘤疫苗效果接近, 使溶瘤病毒成為了免疫檢查點阻斷的理想聯(lián)合治療方案[39]绕娘。
在腦膠質(zhì)瘤模型中, 使用表達IL-12的溶瘤病毒, 并同時應(yīng)用抗CTLA-4和PD-1的免疫檢查點阻斷治療, 該三聯(lián)療法能夠增加瘤內(nèi)M1型巨噬細胞的富集及效應(yīng)T細胞與調(diào)節(jié)性T細胞的比例, 逆轉(zhuǎn)抑制性TME, 是優(yōu)化的聯(lián)合治療策略[40]氓鄙。TME中表達的PD-L1能夠誘發(fā)溶瘤病毒治療抵抗, 在使用新城疫病毒的溶瘤治療時, 盡管腫瘤中效應(yīng)T細胞的浸潤增多, 但PD-L1表達增高, 相關(guān)的免疫抑制性通路被激活, 而同時聯(lián)合PD-1或PD-L1靶向治療, 不僅能使處理部位腫瘤減小, 也能夠抑制遠端腫瘤生長, 發(fā)揮旁觀者效應(yīng)[41]。2015年美國FDA首次批準溶瘤病毒藥物talimogene laherparepvec(T-vec)用于手術(shù)切除后復(fù)發(fā)的黑色素瘤不可切除病灶的局部治療, 其能夠顯著延長患者生存期并增強免疫檢查點阻斷療效[42], 目前由于治療效果及適宜人群較少等原因?qū)е略摦a(chǎn)品并未取得良好的銷售市場, 但這為更好理解溶瘤病毒治療機制和開發(fā)更合理的聯(lián)合治療方案提供了參考业舍。
靶向腫瘤基質(zhì)
TME中的基質(zhì)和血管成分雖不及腫瘤浸潤免疫細胞在腫瘤免疫治療中的主角地位, 該成分對抗腫瘤免疫治療也有重要影響抖拦。常用方法為降低基質(zhì)硬度和纖維化, 改善免疫細胞浸潤和藥物遞送。在胰島管腺癌動物模型中, 使用IL-15激活的NK細胞舷暮、CD40的特異性單抗及分泌GM-CSF的全細胞疫苗, 都能夠通過部分消解TME中的纖維間質(zhì)促進免疫細胞浸潤[43-45]态罪。與此相似, 抑制參與基質(zhì)纖維形成的蛋白酪氨酸激酶2, 能夠延長小鼠生存期, 同時使得其對T細胞過繼回輸和PD-1阻斷治療更加敏感[46]。在TME激活作用下, CAFs分泌的TGF-b通過激活促纖維信號通路加速纖維基質(zhì)的形成, 使免疫細胞被阻隔于富含CAF和膠原纖維的腫瘤基質(zhì)中[47], 通過多種方式靶向TGF-b(中和單克隆抗體下面、受體抑制劑复颈、配體陷阱)對致敏免疫檢查點阻斷的免疫治療及恢復(fù)炎性TME有效, 表明TGF-b可作為針對炎性TME中免疫細胞浸潤障礙的靶點, 開發(fā)新的免疫治療策略, 并能夠?qū)γ庖呒毎櫿系K患者的免疫治療效應(yīng)進行評估[48-50]。
靶向TME中其他細胞
TME中由腫瘤細胞和宿主細胞產(chǎn)生的色氨酸分解代謝酶IDO, 能夠促使Treg細胞激活, 并增加MDSC浸潤沥割。因此使用IDO抑制劑, 同時聯(lián)合CTLA-4耗啦、PD-1單克隆抗體和CAR-T細胞治療對腫瘤有良好療效[54-55]。在動物模型中, 抑制CSF-1受體激活的單克隆抗體RG7155能夠有效減少TAM聚集并增加CD8+/CD4+細胞比例, 同時在彌漫型巨細胞瘤的Ⅰ期臨床試驗中, 注射RG7155的患者TME中CSF-1R+CD163+巨噬細胞明顯減少, 并有顯著的臨床獲益[56]机杜。CD47在多種腫瘤細胞和正常細胞上表達, 并與髓系細胞的免疫檢查點蛋白SIRPα結(jié)合后傳導(dǎo)“別吃我”信號, 人源SIRPα單克隆抗體KWAR23能夠阻斷其與CD47的結(jié)合, 增強髓系細胞依賴的腫瘤殺傷功能, 激活中性粒細胞和巨噬細胞, 抑制腫瘤生長[57]帜讲。
挑戰(zhàn)與展望
免疫治療策略對于少數(shù)晚期高級別腫瘤患者有著積極的治療效應(yīng)和潛在的治愈可能, 而在多數(shù)情況下, TME會通過代償反饋機制, 動態(tài)進化, 阻滯免疫治療效應(yīng), 產(chǎn)生耐藥性抵抗, 甚至發(fā)生腫瘤進展。鑒于腫瘤免疫微環(huán)境的多層次和復(fù)雜性, 使用靶向TME中分子或信號通路的免疫治療仍存在較大提升空間椒拗。目前阻礙免疫治療效果的原因主要為:(1)宿主免疫系統(tǒng)對腫瘤抗原的低應(yīng)答狀態(tài); (2)實體瘤中免疫細胞的低浸潤程度; (3)免疫抑制性TME的形成[60]∷平現(xiàn)階段已開發(fā)多種靶向TME的免疫治療藥物, 但由于多元化的免疫抑制性信號共同作用, 使單一靶向性的治療方案難以發(fā)揮長效作用, 且不同種類腫瘤或處于不同進展階段的TME異質(zhì)性較大, 這些都限制了腫瘤免疫治療策略應(yīng)用的精準性和有效性。
針對目前腫瘤免疫治療策略存在的局限, 可能通過以下方面加以改善:(1)篩選針對不同免疫治療策略效應(yīng)敏感的標志物蚀苛。合理的生物標志物能夠?qū)颊叻謱? 預(yù)估其對特定免疫療法的有效性, 以及在治療過程中進行動態(tài)監(jiān)測, 及時通過聯(lián)合靶向等方式調(diào)整治療方案在验。(2)設(shè)計多元聯(lián)合靶向的免疫治療策略。通過傳統(tǒng)腫瘤治療方式如放療和化療與免疫治療組合, 或同時應(yīng)用多種免疫治療策略, 探索能夠加強殺滅腫瘤綜合效應(yīng)的組合方式, 減少治療性抵抗的發(fā)生, 并提高免疫治療敏感性堵未。(3)開發(fā)新型綜合性免疫激活策略腋舌。通過改造溶瘤病毒等免疫激活載體, 影響局部TME的免疫狀態(tài), 促進炎性免疫微環(huán)境形成, 并借助自身免疫潛力殺滅腫瘤, 減少特定靶向治療可能發(fā)生的不良反應(yīng)[61-62]。因此仍需研究TME在免疫治療進程中的互動機制, 并通過臨床試驗探索安全有效的免疫激活治療策略, 為進一步開發(fā)針對TME的潛在靶點提供依據(jù)渗蟹。
結(jié)語
TME的免疫狀態(tài)是影響腫瘤進展的重要因素块饺。在特定免疫細胞或分子作用下, TME呈現(xiàn)差異化的免疫激活程度, 而采用靶向TME的免疫治療策略, 針對非腫瘤細胞和成分進行干預(yù), 能夠?qū)⒚庖邞?yīng)答從促瘤型轉(zhuǎn)化為抑瘤型, 同時與抗腫瘤及針對多靶點的免疫治療藥物聯(lián)合應(yīng)用, 可避免適應(yīng)性耐藥, 并顯著改善腫瘤的預(yù)后和生存赞辩。因此深入研究TME中免疫應(yīng)答的反應(yīng)機制, 能夠解釋腫瘤免疫治療中的抵抗現(xiàn)象, 并對開發(fā)新的TME靶點有提示意義。
參考文獻
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