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了解腫瘤免疫微環(huán)境的異質(zhì)性

前言

在腫瘤發(fā)生和隨后的轉移過(guò)程中,惡性細胞逐漸多樣化,變得更具異質(zhì)性。因此,腫瘤可能被多種免疫相關(guān)成分浸潤,包括細胞因子/趨化因子環(huán)境、細胞毒性活性或免疫抑制因子。這種免疫異質(zhì)性在幾乎所有實(shí)體瘤中普遍存在,并且隨著(zhù)腫瘤的發(fā)展以及治療干預而在空間上或時(shí)間上發(fā)生變化?鼓[瘤免疫的異質(zhì)性與疾病的進(jìn)展和治療的反應性密切相關(guān),尤其是在免疫治療領(lǐng)域。

因此,準確了解腫瘤免疫異質(zhì)性對于有效治療的發(fā)展至關(guān)重要。在多區域和組學(xué)測序、單細胞測序以及縱向液體活檢方法的幫助下,最近的研究顯示了研究腫瘤免疫異質(zhì)性的復雜性及其在免疫治療中臨床相關(guān)性的潛力。探索腫瘤免疫微環(huán)境異質(zhì)性的機制,有助于我們對腫瘤異質(zhì)性的臨床評估,從而促進(jìn)更有效的個(gè)性化治療的發(fā)展。

腫瘤免疫微環(huán)境異質(zhì)性的起源

遺傳不穩定性

高通量測序方法長(cháng)期以來(lái)一直被用來(lái)描述腫瘤細胞的突變譜和進(jìn)化軌跡,這些研究在時(shí)空維度上描繪了廣泛的遺傳腫瘤異質(zhì)性,包括異質(zhì)性單核苷酸突變、插入、缺失和拷貝數突變。在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中,遺傳不穩定性導致隨機產(chǎn)生這些改變。

在原發(fā)性腫瘤中,受驅動(dòng)基因的突變通常會(huì )帶來(lái)生存優(yōu)勢;因此,這些細胞更有可能占據生長(cháng)優(yōu)勢的位置,并發(fā)展成為優(yōu)勢克隆群體。相比之下,乘客突變在腫瘤進(jìn)化過(guò)程中不會(huì )帶來(lái)顯著(zhù)的生長(cháng)優(yōu)勢,它們被認為是亞克隆腫瘤細胞的主要來(lái)源。因此,起源于克隆和亞克隆腫瘤細胞的遺傳不穩定性構成了腫瘤進(jìn)化和時(shí)空異質(zhì)性的基礎。同時(shí),這種基因異質(zhì)性塑造了腫瘤的抗原譜,并最終促成了腫瘤免疫微環(huán)境的異質(zhì)性。

表觀(guān)遺傳修飾

越來(lái)越多的證據表明,腫瘤細胞的表觀(guān)遺傳重塑也參與了異質(zhì)性腫瘤免疫微環(huán)境的形成。這種調節機制主要歸因于DNA修飾的改變、染色質(zhì)可及性的改變或轉錄后水平上的基因表達調節,如非編碼RNA干擾。這些表觀(guān)遺傳修飾促進(jìn)了腫瘤細胞的惡性進(jìn)展,并有助于形成腫瘤免疫微環(huán)境。

除了甲基化之外,各種染色質(zhì)和表觀(guān)遺傳重塑機制賦予腫瘤細胞適應周?chē)h(huán)境的優(yōu)勢。通常,表觀(guān)遺傳修飾是有條件可逆的。在腫瘤細胞中,這些修飾可以由其后代遺傳,因此,這些細胞在空間和縱向維度上表現出顯著(zhù)的異質(zhì)性。

微環(huán)境擾動(dòng)適應度

腫瘤細胞持續暴露于細胞外微環(huán)境擾動(dòng)中。越來(lái)越多的證據表明,細胞內適應性可由外部應激引起,包括DNA損傷反應、未折疊蛋白質(zhì)反應和線(xiàn)粒體應激信號。腫瘤在組織學(xué)和血管構筑方面表現出顯著(zhù)的異質(zhì)性。

腫瘤內血管近端或遠端的區域可能暴露于不同的氧氣供應。因此,免疫成分能夠以時(shí)空異質(zhì)的方式適應基于氧氣張力、葡萄糖可用性或氧化途徑的外部刺激。無(wú)論免疫組分在缺氧條件下是否適應良好,幾乎所有的缺氧反應都與腫瘤免疫微環(huán)境的重編程密切相關(guān),其主要特征是細胞糖酵解代謝的局部轉換、葡萄糖消耗增加、丙酮酸和乳酸產(chǎn)生增加,和酸化。

抗腫瘤治療的反應

在治療過(guò)程中,微環(huán)境中的腫瘤細胞和所有免疫成分要么被打擊(如放療),要么持續暴露于抗腫瘤藥物。為了應對這些應激因素,腫瘤和免疫細胞的適應性機制被啟動(dòng),以建立新的內環(huán)境平衡。

由于驅動(dòng)突變或分子特征的內在異質(zhì)性,腫瘤細胞對治療的反應性存在顯著(zhù)差異。細胞毒性條件使腫瘤和免疫細胞經(jīng)歷表型改變、細胞衰老甚至細胞死亡。無(wú)法在治療中存活的局部腫瘤克隆通過(guò)自噬介導的細胞死亡釋放大量ATP。這些ATP可以促進(jìn)趨化作用,并在腫瘤中產(chǎn)生炎癥反應。相反,在存在細胞外核苷酸酶的情況下,ATPs可以在細胞外基質(zhì)中迅速轉化為腺苷,從而形成抑制性免疫微環(huán)境。

對于免疫細胞而言,T細胞表型在對ICI的反應中發(fā)生顯著(zhù)變化,伴隨著(zhù)不同的T細胞亞群組成和細胞因子產(chǎn)生。治療藥物、腫瘤細胞和免疫細胞之間復雜而動(dòng)態(tài)的相互作用顯著(zhù)促進(jìn)了時(shí)空異質(zhì)免疫微環(huán)境的形成。

腫瘤免疫微環(huán)境的異質(zhì)性

空間異質(zhì)性

腫瘤免疫微環(huán)境的特征主要由腫瘤和非腫瘤成分決定。它們的定位或豐度/活性在空間上是不同的,包括抑制性免疫檢查點(diǎn)(如PD-L1)的表面表達、免疫抑制或促炎細胞因子的分泌、免疫抑制或效應細胞的浸潤、血管系統的狀態(tài)、邊緣區域的空間距離,以及代謝營(yíng)養素的分布。這些空間變異也會(huì )對臨床預后和治療反應產(chǎn)生深遠影響。

腫瘤內T細胞的表型表現出顯著(zhù)的異質(zhì)性。T細胞通常具有不同的克隆性、增殖潛能、分化階段、功能極化、細胞因子分泌譜或代謝環(huán)境。關(guān)于T細胞庫的傾向性,擴增/增殖性T細胞受體(TCR)可進(jìn)一步分為常見(jiàn)TCR克。ㄔ谀[瘤內所有區域檢測到)或區域克。ó愘|(zhì)分布)。常見(jiàn)和區域性TCR克隆的數量與常見(jiàn)和區域性非同義突變的負荷呈正相關(guān),表明區域異質(zhì)性、抗原驅動(dòng)的T細胞增殖。此外,值得注意的是,調節性T細胞(Treg)也顯示出顯著(zhù)的腫瘤內空間異質(zhì)性和功能取向。

除了T細胞亞群,在各種腫瘤類(lèi)型中也發(fā)現了許多其它免疫細胞的腫瘤內異質(zhì)性。在胃癌中,CD68+CD163+CD206+表型的巨噬細胞主要位于基質(zhì)中,與邊緣區相比,CD68+IRF8+巨噬細胞在核心區過(guò)表達。除了免疫細胞群,基質(zhì)細胞(如成纖維細胞)在腫瘤中也表現出高度的空間取向性。

代謝譜是免疫微環(huán)境的重要調節因子,可能通過(guò)影響癌細胞的增殖潛能和適應環(huán)境而發(fā)揮作用。代謝特征的異質(zhì)性似乎有助于腫瘤免疫微環(huán)境的異質(zhì)性。具有高糖酵解活性的惡性細胞不僅可以將其代謝途徑轉變?yōu)楹铣纱x反應,還可以產(chǎn)生大量免疫抑制介質(zhì),如乳酸和腺苷,以減弱細胞毒性細胞的免疫監視。

時(shí)間異質(zhì)性

腫瘤和免疫細胞很容易被遺傳或非遺傳環(huán)境因素干擾,因此決定了疾病的進(jìn)展和對抗腫瘤治療的反應,以及腫瘤細胞本身的動(dòng)態(tài)進(jìn)化。在疾病從非侵襲性病變發(fā)展為侵襲性表型的過(guò)程中,胰腺導管腺癌患者的RNA-Seq揭示了免疫細胞浸潤成分的顯著(zhù)變化。通常表現為CD8+T細胞和樹(shù)突狀細胞的浸潤減少,以及免疫抑制細胞(包括Treg、MDSC或CAF)的異常聚集或擴增。

此外,多種腫瘤類(lèi)型的疾病進(jìn)展過(guò)程中,還存在細胞溶解活性受損、細胞庫擴展和克隆性受限以及T細胞和B細胞的進(jìn)行性衰竭。個(gè)體患者中免疫不利區域或病變的出現似乎與疾病控制和生存預后成反比,這進(jìn)一步加強了時(shí)空異質(zhì)性對疾病結果的重要性。

腫瘤免疫微環(huán)境異質(zhì)性的臨床意義

幾乎所有癌癥患者的免疫預后或預測性生物標志物都是基于對單個(gè)活檢樣本的分析而建立的。然而,異質(zhì)性是研究重現性的一個(gè)重大障礙,并削弱了其臨床實(shí)用性。此外,大量證據表明,腫瘤微環(huán)境的異質(zhì)性,無(wú)論是遺傳的還是免疫的,都會(huì )影響實(shí)體瘤患者的免疫治療效果。

PD-L1表達的異質(zhì)性

自從第一個(gè)證據支持PD-L1蛋白表達和抗PD-1檢查點(diǎn)阻斷療法的療效相關(guān)以來(lái),PD-L1水平已被用作伴隨診斷,以預測各種實(shí)體瘤類(lèi)型對ICI免疫療法的臨床反應。然而,無(wú)論在腫瘤內或腫瘤間尺度上,還是在空間和時(shí)間維度都存在顯著(zhù)的異質(zhì)性PD-L1表達。

在評估來(lái)自NSCLC患者的原發(fā)性和腦轉移腫瘤中PD-L1的表達后,可以觀(guān)察到兩種病變之間PD-L1表達存在顯著(zhù)差異。PD-L1表達是由IFN-γ信號通路強烈誘導的,該信號通路在含有功能異常JAK1/2突變的亞克隆中受到異質(zhì)性調控。此外,在接受ICI治療的患者中出現的抗原處理和呈遞缺陷亞克隆與黑色素瘤、肺癌和結直腸癌的不良臨床結果相關(guān)。這種潛在的異質(zhì)性可以解釋為什么一部分PD-L1陽(yáng)性腫瘤患者沒(méi)有反應,而一些PD-L1陰性腫瘤患者對ICI免疫療法反應良好。

TMB高反應患者的異質(zhì)性反應

突變負荷是新抗原負荷的一種合理近似替代物,已被用于在各種實(shí)體瘤類(lèi)型中識別ICI免疫療法的有利應答者。然而,TMB高的患者對ICB治療的反應是高度異質(zhì)性的,相當一部分TMB水平較低的患者也可以從ICI免疫療法中獲益,反之亦然。

對于對ICI治療反應不佳的TMB高風(fēng)險患者,缺陷/失調的抗原呈遞機制被認為是免疫治療抵抗的主要機制,尤其是HLA的單倍型和區域表達,以及B2M分子的表達。此外,系統發(fā)育分析發(fā)現,克隆異質(zhì)性,無(wú)論是通過(guò)構成腫瘤的克隆數量來(lái)衡量,還是通過(guò)克隆分化來(lái)衡量,都對ICI治療的生存結果產(chǎn)生了深遠的影響。

MMR缺陷患者的異質(zhì)性反應

缺乏MMR的患者對ICI治療極為敏感,這在很大程度上歸因于升高的預測新抗原和改善的免疫原性腫瘤微環(huán)境。在眾多實(shí)體瘤類(lèi)型的晚期dMMR患者中,pembrolizumab作為MSI-H腫瘤患者的最佳治療方法獲得了前所未有的認可。然而,只有少數患者對ICI治療反應良好。

dMMR腫瘤的腫瘤細胞內在基因型和外在免疫環(huán)境都可以影響其療效,在dMMR腫瘤中,浸潤免疫細胞基因組不穩定性的程度似乎在很大程度上是異質(zhì)性的,導致免疫原性有限的離散生態(tài)位和免疫介導的腫瘤控制不足,這可能導致耐藥性。此外,影響MSI-H腫瘤對ICI反應的其他變量包括,在發(fā)育過(guò)程中,它們傾向于執行強大的免疫編輯和轉化為糖酵解譜,這在很大程度上有助于免疫逃逸。

克服腫瘤免疫微環(huán)境異質(zhì)性的策略

針對公共抗原

存在空間上不同的免疫原性是免疫治療產(chǎn)生異質(zhì)性反應的根本原因?朔@一障礙的合理策略包括開(kāi)發(fā)可針對整個(gè)腫瘤生態(tài)位的共享新抗原或均勻表達的腫瘤相關(guān)抗原(TAA)。

與個(gè)性化的新抗原相比,公共或共享的新抗原來(lái)源于癌基因的驅動(dòng)突變或基因組中的其他熱點(diǎn)突變。它們的特征是具有特定癌癥亞型的患者子集中呈現的免疫原性表位。因此,公共新抗原的發(fā)現依賴(lài)于從相當大的患者庫中分析個(gè)體化新抗原。公共新抗原的一個(gè)例子是KRAS上G12D的突變,該突變在胰腺癌、結腸腺癌、非小細胞肺和結直腸癌中常見(jiàn)。類(lèi)似地,TP53是一種眾所周知的腫瘤抑制基因,在大量癌癥中廣泛突變,具有廣泛的熱點(diǎn)突變,并為多種癌癥所共有。

多抗原靶向

通過(guò)同時(shí)靶向多個(gè)抗原來(lái)克服免疫原性異質(zhì)性是另一個(gè)合理的途徑。這種策略最大限度地防止實(shí)體瘤中由于異質(zhì)性免疫原性而導致抗原丟失時(shí)免疫逃逸的可能性。

目前,多種雙靶點(diǎn)策略已經(jīng)應用于CAR-T細胞治療,兩種分別靶向不同表位的CAR-T細胞,或通過(guò)同時(shí)靶向多個(gè)表位的單個(gè)CAR-T細胞。例如,抗CD38/BCMA CAR-T細胞已在多發(fā)性骨髓瘤患者,抗CD19/CD22雙特異性CAR-T細胞在治療B-NHL患者中進(jìn)行了測試。

促進(jìn)免疫原性細胞死亡和表位擴散

在癌癥免疫治療中,腫瘤疫苗是一種很有前途的治療策略,不僅因為它能夠通過(guò)傳遞高度免疫原性抗原來(lái)引發(fā)炎癥環(huán)境,還因為它們通過(guò)促進(jìn)表位擴散來(lái)拓寬和多樣化抗原譜。

隨著(zhù)個(gè)人新抗原功能鑒定的突破,在長(cháng)期臨床過(guò)程中,使用合成新抗原治療的患者不斷檢測到強大的新抗原特異性T細胞反應。隨著(zhù)新抗原特異性T細胞克隆的持續存在,疫苗接種后還觀(guān)察到具有更廣泛規格的多樣化T細胞庫,從而提供了更大的可能性,以異種抗原性完全覆蓋腫瘤塊。除了直接提供合成肽外,編碼個(gè)性化新抗原的RNA疫苗或負載樹(shù)突狀細胞的新抗原疫苗也成功地動(dòng)員了具有廣泛T細胞特異性的有效和持續的抗腫瘤免疫。

克服免疫微環(huán)境異質(zhì)性的另一種策略是利用溶瘤病毒直接殺死惡性細胞,通過(guò)釋放大量免疫活性成分,包括隱匿的腫瘤相關(guān)抗原、危險信號、細胞因子和趨化因子,強烈促進(jìn)免疫原性細胞死亡。這種伴隨的旁分泌作用對于激活腫瘤內空間周?chē)稽c(diǎn)的非選擇性T細胞毒性至關(guān)重要,尤其是對于免疫原性相對較低的位點(diǎn)。除溶瘤病毒外,還可以引入各種方法,通過(guò)可溶性成分介導的機制激發(fā)炎癥免疫微環(huán)境,例如新型藥物、酪氨酸激酶抑制劑、陽(yáng)離子兩性肽、微波、放射治療。所有這些都強調了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,即強有力的治療反應通常涉及整個(gè)免疫微環(huán)境向免疫活性、同質(zhì)環(huán)境的重塑。

小結

腫瘤發(fā)生是一系列遺傳和非遺傳過(guò)程的綜合和累積失調。由于腫瘤基因組固有的遺傳不穩定性,在疾病進(jìn)展過(guò)程中,大部分致瘤事件不可避免地以隨機方式發(fā)生。這些隨機事件在空間或時(shí)間維度上為異質(zhì)性免疫微環(huán)境的發(fā)展創(chuàng )造了必要的條件。此外,對代謝物和營(yíng)養素的競爭、治療壓力或關(guān)鍵癌基因的進(jìn)化不斷重塑免疫微環(huán)境。這最終為惡性細胞逃避免疫監視創(chuàng )造了機會(huì ),最終導致疾病進(jìn)展和轉移。

這種免疫異質(zhì)性也是基于單個(gè)活檢的預測性生物標記物表現不佳以及對免疫療法產(chǎn)生耐藥性的原因。因此,考慮到腫瘤基因組的不穩定性和異質(zhì)性的無(wú)休止發(fā)展,有必要關(guān)注從異質(zhì)性腫瘤模型中吸取的經(jīng)驗教訓。一個(gè)復雜的、受控的模型使我們能夠精確地理解對異質(zhì)性的抗腫瘤免疫反應的調節機制。而治療方法不僅應考慮致癌靶點(diǎn)或代表性免疫檢查點(diǎn),還應考慮免疫微環(huán)境的異質(zhì)性和反應性。跟蹤腫瘤和免疫細胞之間的時(shí)空相互作用對于指導免疫療法的有效而持久的反應至關(guān)重要。

參考文獻:

1.Heterogeneity of the tumor immunemicroenvironment and its clinical relevance. Exp Hematol Oncol. 2022; 11:24.

原文標題 : 了解腫瘤免疫微環(huán)境的異質(zhì)性

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫(xiě),觀(guān)點(diǎn)僅代表作者本人,不代表OFweek立場(chǎng)。如有侵權或其他問(wèn)題,請聯(lián)系舉報。

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