免疫治疗与肿瘤微环境

免疫治疗与肿瘤微环境原创编译：爱康得生物医学技术（苏州）有限公司医学转化部高级经理PaulHsu摘要癌症免疫疗法近来获得令人振奋的进展，迎来了肿瘤治疗的新时代。免疫治疗可以在晚期癌症患者身上引起比常规化疗更大的空前的持续应答。然而，这一应答仅发生在相对少部分患者身上。免疫治疗的阳性反应通常依赖于肿瘤细胞与肿瘤微环境（TME）内免疫调节的相互作用。在这些相互作用下，肿瘤微环境在抑制或增强免疫应答中发挥着重要的作用。认识免疫治疗与TME间的相互作用不仅是剖析作用机制的关键，也为改善目前免疫治疗的疗效提供新的方法也具有十分重要的意义。在本综述中，我们将着重研究TME如何影响免疫治疗的疗效，以及在某些情况下如何调节TME来改善当前的免疫治疗方案。前言通过免疫检查点抑制剂和嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法，癌症免疫治疗在多种癌症患者身上显示出了显著的长期疗效。癌症的常规治疗，如放疗和化疗，通常作用于肿瘤细胞本身，并且可以引发大部分患者的反应。尽管这些常规治疗在初期会产生应答，但是在长期治疗后的癌症晚期常出现复发和耐药。与常规疗法显著不同，免疫疗法通过作用于免疫系统而引发免疫系统抗肿瘤响应。免疫检查点抑制剂临床试验显示出了前所未有的持续响应，尽管这仅限于一小部分患者。因此，免疫治疗首要任务是弄清其详细的作用机制，以及如何将这种积极的响应扩展到更多患者身上。在体外免疫系统能够识别肿瘤抗原并杀伤肿瘤细胞。然而，要消除机体内形成的肿瘤仅靠识别肿瘤抗原是不够的。一个成型的肿瘤是一个复杂的组织，它不仅由肿瘤细胞组成，还包括也基质细胞，炎症细胞，脉管系统和细胞外基质（ECM），所有这些总和定义为肿瘤微环境（TME）。通过免疫治疗成功控制肿瘤需要免疫系统的激活，效应细胞的扩增，活化的效应细胞浸润到肿瘤组织并破坏肿瘤细胞（图1）。然而TME常阻碍效应淋巴细胞致敏，降低其浸润能力，并抑制浸润的效应细胞，从而导致机体的抗肿瘤作用出现损害。免疫治疗的抗性机制包括如下：（1）抑制性微环境或缺乏抗原刺激/协同刺激的免疫细胞，尤其是T细胞，可能会促使TME内肿瘤的生长和免疫逃逸；（2）生物屏障对肿瘤组织的包裹可导致免疫细胞迁移进肿瘤部位的数量不足；（3）有限的抗原特异性T细胞群短暂激活或耗竭未能抑制肿瘤生长；（4）由于TME的作用肿瘤抗原向引流淋巴结释放不足，淋巴组织内直接或间接抗原递呈量少，导致缺乏T细胞致敏。因此，对免疫治疗与TME间相互作用更好的了高CAR-T在实体瘤内的活性和靶向特异性。由于CAR-T在体外可有效裂解肿瘤细胞，CAR-T无法在体内实体瘤中发挥作用的可能性之一是T细胞不能穿透肿瘤屏障。在胸膜恶性肿瘤中，Adusumilli等人对CAR-T不同给药途径的疗效进行评估。他们发现，CAR-T细胞胸膜局部给药达到完全缓解比全身给药更加有效，所需要的CAR-T细胞要少30倍。有意思的是，尽管通过全身给予大量CAR-T细胞使其在肿瘤组织中累积的数量与局部给予的类似，但是全身给药途径的CAR-T细胞的抗肿瘤效果和功能较弱。这些数据表明TME不仅可以阻止T细胞进入肿瘤，并且能够迅速降低其浸润肿瘤的活性。TME可以在肿瘤组织周围形成生物屏障以阻碍淋巴细胞的渗透。其中之一便是ECM。活化的T细胞为了能进入并破坏肿瘤组织，它们通常分泌酶以对ECM进行降解。Caruana等人的一项出色的研究中显示，这些酶之一乙酰肝素酶在CAR-T细胞中表达下调。乙酰肝素酶是一种内切糖苷酶，它可以切开ECM的重要组成部分，硫酸乙酰肝素蛋白多糖的硫酸乙酰肝素链。因此，CAR-T细胞乙酰肝素酶缺乏大大削弱了其穿透肿瘤的能力。令人关注的是，将CAR-T细胞改造成过表达肝素酶可显著增强降解ECM的能力，以增强其肿瘤浸润和抗肿瘤活性。调控TME的趋化因子/细胞因子的分布趋化因子淋巴细胞的转运和迁移受趋化因子的调控，对趋化因子进行调控可以募集足量的效应细胞进入肿瘤组织对肿瘤进行杀伤。所有介导T细胞趋化作用的趋化因子，如趋化因子（C-C基元）配体21（CCL21）和CXC基元趋化因子10（CXCL10），都非常重要。CCL21，即CCR7配体，是介导DC和T细胞归巢到淋巴和非淋巴组织的一个重要的趋化因子。在早期研究中，瘤内注射CCL21可完全根除肺癌模型中的肿瘤。再者，表达CCL21的DC细胞伴随肿瘤浸润CD8+T细胞介导肿瘤消退，从而使肿瘤得到根除。在另一项研究中，Shields等人敲除了恶性黑色素瘤模型中CCL21，并且惊奇地发现肿瘤细胞表达高水平CCL21建立了免疫耐受TME并促进了肿瘤的进展。与此相反，CCL21缺陷型肿瘤生长慢得多，并诱导肿瘤特异性T细胞的应答。这些研究中相矛盾的结论可能是由于TME的不同，如肿瘤模型或表达CCL21的细胞类型不同。总的来说，这些研究表明使用趋化因子处置TME时，要谨慎选择效应细胞和靶细胞。募集T细胞的另一个趋化因子是CXCL10，即CXCR3配体。daSilva等人的最近研究显示，二肽基肽酶4（DPP4）负责在肿瘤组织中灭活CXCL10。抑制DDP4酶活性以保持CXCL10活性，从而增加CXCR3+淋巴细胞转运到肿瘤组织。DPP4抑制后，高表达CXCR3的肿瘤浸润T细胞数量显著增加。本项研究进一步显示，DDP4抑制剂可以与其他免疫疗法联合使用，包括辅助型免疫治疗和免疫检查点封闭分子。增加肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）以改善当前免疫治疗的想法很具有吸引力，尽管本研究这方面进展还不显著。它仍然可能是不止一种趋化因子参与其中。细胞因子在肿瘤免疫治疗中趋化因子的总体疗效比其他免疫疗法逊色，这意味着针对单个趋化因子不足以募集足够的淋巴细胞来完全控制肿瘤。事实上，与免疫治疗时肿瘤中的趋化因子相比，我们实验室发现有些关于T细胞迁移的趋化因子明显不同（未公布数据）。相对于趋化因子，细胞因子是可以调节免疫应答的一大类蛋白质。细胞因子可直接激活免疫效应细胞或刺激肿瘤基质细胞，以致为淋巴细胞的募集产生的趋化因子和粘附分子。这些功能表明根据不同的肿瘤微环境，针对细胞因子也可以是肿瘤免疫治疗的一种有效途径。在肿瘤方面研究最广泛的细胞因子是I型干扰素，几乎所有的细胞都会表达并在的抗肿瘤反应中发挥重要的作用。虽然全身给药重组I型IFN已用于临床治疗某些肿瘤，但由于干扰素受体分布广泛，这种治疗与高毒性相关。一些小组在测试利用抗体引导IFN特异于肿瘤组织的二代IFN。在Xuan等人的一项研究中，相对于游离的IFN-α，以IFN-α与抗CD20抗体连接形成融合蛋白，对已经成形的肿瘤显示出更强的溶瘤活性和更低的毒性。这种抗肿瘤作用主要由于独立于获得性免疫的直接杀伤，因为该种融合蛋白可以对裸鼠的异种移植肿瘤进行抑制。敲除肿瘤细胞的IFN受体会大大降低抗肿瘤效果，这表明抗CD20-IFN-α融合蛋白介导的抗肿瘤效果主要通过IFN受体直接诱导肿瘤细胞凋亡。然而，当T细胞存在时仍可参与整个抗肿瘤反应。在另一项研究中，Yang等人使用抗EGFR抗体引导IFN-β（抗EGFR-IFN-β融合蛋白）用作肿瘤的免疫治疗。类似于以前的研究，抗EGFR-IFN-β的融合蛋白也显示出强效的抗肿瘤活性。Yang等人的数据明确显示，相对于在高剂量下抗CD20-IFN-α融合蛋白直接诱导肿瘤细胞凋亡，抗EGFR-IFN-β的融合蛋白的抗肿瘤效果依赖于获得性免疫。具体而言，抗EGFR-IFN-β融合蛋白靶向DC细胞以增加抗原交叉呈递，以致在TME中增加T细胞致敏;为了支持这一观点，对DC细胞的IFN受体条件性敲除会完全消除其抗肿瘤能力。这些研究之间的差异不足为奇。事实上，类似的矛盾现象已经在使用游离的I型干扰素进行肿瘤免疫治疗中被发现，在某些模型中IFN可以促进肿瘤细胞的生长，而在其他情况下机体需要IFN增强免疫来控制肿瘤。自身免疫是否受IFN的影响似乎依赖于TME中IFN的表达水平。由于低剂量的IFN-β的不能结合肿瘤组织中所有的IFN受体，因此机体免疫对肿瘤的控制需要优化。与此相反，在肿瘤组织局部给予高剂量的IFN-β可诱导肿瘤血管的破坏，导致肿瘤消除。后一种过程与T、B或NK细胞相关。总之，从这些研究中可以得到，免疫调节剂的剂量可导致免疫疗法与TME之间完全不同的相互作用。淋巴细胞充分浸润到肿瘤组织是免疫治疗成功的关键。事实上，在各类癌症的治疗中TIL的存在与良好的预后密切相关。趋化因子和细胞因子可以募集淋巴细胞尤其是T细胞进入肿瘤组织，将TME从免疫抑制状态转换到免疫增强状态。IFN被认为其中之一。然而，在实验室初步研究表明，TIL的增加只在某些肿瘤模型中观察到，这有可能与干扰素多种下游效应有关（未发表的结果）。另一个可以在TME中强力增加TIL的是LIGHT（也称为肿瘤坏死因子超家族成员14[TNFSF14]），一个可以调节T细胞活化的共刺激分子。膜定位的全长LIGHT在蛋白酶的作用下可以转换为分泌型的细胞因子。我们实验室的研究显示，LIGHT在肿瘤细胞中强制表达可促进淋巴样结构形成以引导T细胞聚集与活化，从而导致肿瘤的消退。LIGHT是结合了疱疹病毒侵入介质（HVEM）和淋巴毒素β受体（LTβR）两个不同受体的配体蛋白。LIGHT结合的HVEM向T细胞传递共刺激信号，LTβR通常表达于非淋巴细胞，是形成二级和三级淋巴结构的关键。LTβR在淋巴结的构造和在次级淋巴器官中对不同的T细胞和B细胞的调控发挥重要作用。通过LTβR信号调控各种趋化因子和粘附分子的表达以控制脾脏内DC和淋巴细胞的迁移与定位。因此，相对于只靶向一点的趋化因子，肿瘤基质细胞中LIGHT的LTβR信号激活诱导表达多种趋化因子和粘附分子向TME募集效应T细胞。多种趋化因子的诱导使LIGHT对淋巴细胞的募集和活化比单个趋化因子和细胞因子更有效。总之，针对TME使用细胞因子以诱导免疫环境被广泛研究，以支持它们可能是治疗癌症的一种有效方法这一观点。PRR激动剂模式识别受体（PRR）是一类表达于原始细胞可以从细胞应急和病原体感应危险信号的的一类保守蛋白质。通过PRR信号诱导可以使免疫反应细胞因子表达，以致先天和获得性免疫的激活。已经开发了几个模仿危险信号的PRR激动剂，并已在临床前和临床研究中应用。其中，CpG具有最有效的抗肿瘤活性，并已在小鼠研究中广泛使用，包括单独使用或与其他疗法联用。抗体引导的CpG定位到肿瘤组织可诱导肿瘤完全消退。这个过程伴随着DC的活化和全身抗肿瘤免疫反应。但是，应该指出的是的CpG的抗肿瘤作用在小鼠模型中比人类中的效果更突出，这有可能是因为TLR9表达形式的差异。大多数合成PRR激动剂衍生自微生物相关分子形态。然而，当有两项研究揭示TME中干扰素基因刺激物（STING）途径在识别危险信号所起的关键作用时，到目前为止，TME中PRR在生理状态下的信号传导方式在很大程度上还不明确。STING是连接PPR到IRF3活化的一个配体蛋白。Woo等人研究表明STING通路在识别肿瘤来源的DNA中起重要作用，可导致IFN-β产生。STING途径缺陷减少了IFN-β的产生，从而导致小鼠中肿瘤控制缺陷。Deng等人的补充研究显示STING也是识别放射治疗后肿瘤释放的DNA的关键；此外，他们证明了cGAMP，即STING激动剂可以增强放射治疗的抗肿瘤作用。结论免疫反应是一种动态的和复杂的过程，其中不同的机制彼此制约，以保护该机体、组织和细胞，包括来自免疫杀伤的肿瘤细胞。TME是免疫抑制和免疫增强交汇的位置，但通常免疫抑制占主导地位。最近检查点阻断技术体外抗体制药的成功证明了这一观点，其表明操纵不同的信号通路可以创建比以往更有效的疗法。另一方面，患者相对低的反应率表明当前的免疫疗法仍然存在阻碍，在许多情况下不能够释放其全部潜力。因此，本文编译作者PaulHsu认为我们对这些免疫机制的理解还有很大的上升空间。随着研究人员对TME和免疫治疗认识的深入，会出现更多处置TME以及提高目前的免疫治疗的疗效的方法。原文作者：TangHaiDong英文原文：Immunotherapyandtumormicroenviroment转载请标明出处：爱康得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