腫瘤免疫檢查點治療「攔路虎」之腫瘤微環境篇

導讀

過去的數十年中，腫瘤免疫治療相關研究取得了重大突破，這進一步加深了我們對調節免疫系統抗癌應答機制和通路的理解。然而，縱使如此，腫瘤免疫治療領域卻仍然存在障礙和挑戰，如治療效果和患者反應的不可預估性，腫瘤免疫治療抵抗性，成本過高以及有效生物標誌物缺乏等。毋庸置疑，腫瘤免疫治療在未來發展過程中必須克服這些挑戰。

腫瘤免疫治療，尤其是免疫檢查點抑製劑（ICB）的出現為腫瘤治療裝備了新穎而強大的「武器」。ICB在多種腫瘤治療中發揮了巨大的作用。然而，基於這種治療方式的反應並不普遍，未來還需要確定最佳反應生物標誌物，並克服治療抵抗機制。目前，研究人員正在嘗試區分「應答者」和「不應答者」，並迫切希望將「不應答者」轉變為「應答者」。正在進行的研究表明，腫瘤細胞外因子和內因子均有助於治療抵抗。

圖為免疫耐受環境建立的主要因素與ICB的可行性組合，即陰陽效應。許多潛在的腫瘤，宿主和環境相關因素可能解釋ICB治療的異質性程度，這些因素可分為腫瘤微環境（TME），內分泌和代謝因素，環境因素以及其他影響，如年齡和不良宿主遺傳因素。腫瘤免疫周期的每一步均需要協調眾多因素（刺激因素和抑制因素），輔助控制該過程，降低免疫活性以及預防自身免疫。在腫瘤免疫周期中發揮作用的因素提供了大量潛在的治療靶點，如疫苗主要促進腫瘤抗原呈遞，抗CTLA-4主要促進啟動和活化，抗PD-1/PD-L1抗體主要增強癌細胞殺傷作用。

TME引發的「障礙」

TME由血管，髓源性抑制細胞（MDSC），APC，淋巴細胞，嗜中性粒細胞，腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）和成纖維細胞，以及細胞外基質，可溶性因子（如細胞因子和生長因子）組成，它們可能有助於或阻礙抗腫瘤免疫應答。

目前，人們普遍認為，癌細胞並非單獨「工作」，而是與細胞外基質，基質細胞和免疫細胞緊密相互作用，促進慢性炎症，免疫抑制，並且有利於癌細胞適應和生長的促血管生成瘤內環境形成。免疫細胞在保護機體免受內部威脅因素（如惡性細胞）攻擊中的重要性稱為腫瘤免疫周期。該周期包括腫瘤發生產生的新抗原釋放，APC捕獲新抗原並呈遞，次級淋巴器官提呈抗原給T細胞，效應T淋巴細胞（CTL）激活，然後遷移並浸潤腫瘤，識別並殺死癌細胞。T細胞免疫監視所需的上述一個或多個步驟通常在腫瘤生成中受損，導致腫瘤逃逸發生。因此，由於ICB的療效是由T細胞驅動的，有效的免疫逃逸最終可能導致ICB治療失敗。腫瘤免疫周期的任一時刻，抑制因素均可能導致免疫耐受。有限的抗原攝取和呈遞可能引發次優免疫應答。免疫編輯可能使對腫瘤抗原作出反應的T細胞顯著減少。有效共刺激信號缺乏可能導致腫瘤特異性淋巴細胞完全活化和增殖能力受限。因此，即使產生了強大的免疫應答，也可能不足以維持至腫瘤消退。活化的T細胞不僅需要有效遷移並聚集至腫瘤部位，還需要抵抗TME中的耗竭和免疫抑制。腫瘤細胞利用的多種機制，如改變抗原呈遞機制，分泌可誘導淋巴細胞凋亡的免疫抑制因子或激活負調控通路，可能會誘導耐受並限制有效免疫應答。直接或間接增強免疫耐受的腫瘤細胞具有選擇性生存優勢，從而能夠自然生長。

由於PD-1配體表達水平的異質性以及其作為阻斷PD-1通路的生物標記物的潛在相關性，因此了解誘導TME中腫瘤細胞和造血細胞表面PD-1配體表達的信號非常重要。目前已知的兩種腫瘤細胞PD-L1調節機製為固有免疫抵抗和適應性免疫抵抗。兩種機制不相互排斥，可能共存於同一個TME中。固有免疫抵抗指遺傳改變或某些信號傳導通路激活引起腫瘤細胞PD-L1組成性表達。某些腫瘤（如成膠質細胞）中PD-L1表達是由腫瘤細胞中組成性致癌信號傳導通路驅動的。PTEN缺失或沉默時膠質母細胞瘤表面的表達增強，該過程涉及PI3K通路。相似地，在某些淋巴瘤和肺癌中，組成型ALK信號通路通過STAT3信號通路驅動PD-L1表達。臨床和臨床前研究表明，腫瘤細胞表面PD-L1上調替代機制反映了它們對內源性腫瘤特異性免疫應答的適應性，即適應性免疫抵抗。在適應性免疫抵抗中，腫瘤利用PD-1配體誘導的自然生理學來保護組織免受感染誘發的免疫介導的損傷，從而保護自身免受抗腫瘤免疫。PD-L1表達作為內源性抗腫瘤免疫的適應性應答而發生，因為多種腫瘤細胞表面誘導PD-L1表達以回應IFN的作用，主要是IFN-γ。這種誘導也發生於正常組織上皮細胞和基質細胞中，IFN-γ具有二分的免疫學性質。一方面，它可以誘導腫瘤細胞凋亡，血管損傷和MHC表達上調；另一方面，它還可以促進免疫抑制分子表達，如吲哚亞胺-2,3-脫氧酶（IDO），通過色氨酸和犬尿氨酸之間的轉換抑制局部免疫力，並且有助於外周耐受，與上調的PD-L1協同作用直接抑制效應T細胞的功能。因此，了解促進有效應答和抵抗的機制對於優化ICB治療至關重要。以此為背景，最新研究發現，新型CMTM6/4跨膜蛋白可以維持抗腫瘤免疫。

TME中對ICB抵抗的成分包含腫瘤細胞之外的組分，如Treg，MDSC，γδT細胞，TAM和其他抑制性免疫檢查點，它們都有助於抑制抗腫瘤免疫應答。缺乏功能性Treg細胞群的人會發生致死性自身免疫性疾病。儘管Treg細胞可限制自身免疫力，維持免疫穩態，並預防過度組織損傷，但是它們可通過抑制抗腫瘤免疫力危害腫瘤。事實上，對於許多腫瘤而言，如黑色素瘤，卵巢癌和結直腸癌，大量Treg和Treg/效應T細胞為不良預後因子。Treg可通過分泌某些抑制性細胞因子（如IL-10，IL-35和TGF-β）或直接接觸細胞抑制效應T細胞應答。應用小鼠模型進行的多項研究表明，TME內Treg細胞消耗可增強或恢復抗腫瘤免疫力。靶向共抑制受體通路（如CTLA-4和PD-1/PD-L1）的治療性單抗可以限制T細胞耗竭，增強CD8+T細胞抗腫瘤活性，增加腫瘤中效應T細胞/Treg比率。在小鼠模型中，CTLA-4單抗治療反應與效應T細胞/Treg比率增加相關；效應T細胞/Treg比率的變化是效應T細胞增加和Treg細胞消耗共同作用的結果，這說明經免疫治療未能增加效應T細胞或消耗Treg細胞以增加效應T細胞/Treg細胞比率的腫瘤可能對治療抵抗。然而，腫瘤浸潤性Treg細胞可能與其他免疫細胞共存，這反映了潛在的免疫原性「熱」TME。一項CTLA-4單抗治療研究表明，腫瘤中Foxp3+Treg細胞高基線表達與更好的臨床結果相關。T細胞耗竭是影響CAR-T細胞療法等當前腫瘤治療方案功效的主要限制因素。然而，單用PD-1抑製劑患者所表現出的潛在抗腫瘤作用為逆轉T細胞耗竭，改善下一代免疫治療的臨床結果提供了巨大潛力。雙重阻斷Treg細胞和PD-L1，或IL-10和PD-L1，或抑制TGF-β信號通路後，CD8+T細胞耗竭逆轉，病毒載量得到有效控制。因此，Treg細胞及其衍生的抑制性細胞因子在介導T細胞耗竭中具有鮮明的作用。目前正在進行其他研究來確定腫瘤浸潤性Treg細胞對接受免疫治療劑治療患者臨床結果產生的影響。

MDSC是各種病理狀態下免疫應答的主要調節因子。小鼠MDSC分類為CD11b+Gr-1+，進一步細分為單核細胞-CD11b+Ly6C+Ly6G?群和多形核-CD11b+Ly6G+Ly6Clo群。人MDSC分為CD11b+CD33+HLA-DR?，可以與其他標記物（如CD15，CD14，CD115和CD124）共表達。正常小鼠中，MDSC占骨髓30%的細胞，占脾臟2-4%的細胞。MDSC通常分化為粒細胞，巨噬細胞或DC。然而，在腫瘤等病理條件下，MDSC被激活，迅速擴張，但仍處於未分化狀態。此外，臨床數據顯示，MDSC與多種人類腫瘤生存率降低有關，如結直腸癌和乳腺癌。越來越多的證據表明，MDSC重度腫瘤浸潤與不良預後和免疫治療（如ICB治療，ACT和DC疫苗）療效降低有關。因此，根除或重編MDSC可能增強免疫治療的臨床反應。事實上，在多種小鼠腫瘤模型中，選擇性滅活腫瘤相關髓樣細胞PI3Kγ與ICB協同促進腫瘤消退並提高存活率，這表明抑制性髓樣細胞在ICB抵抗中發揮關鍵作用，PI3Kγ抑製劑與ICB聯用具有抗腫瘤治療潛力。此外，MDSC也用於預測ICB反應。研究顯示，在應用PD-1抑製劑治療的126名轉移性黑色素瘤患者中，外周血中預處理MDSC數量與治療反應相關，高MDSC與總生存率降低相關。CTLA-4抑製劑治療的59名黑色素瘤患者的外周血分析表明，相較於應答者，非應答者基線單核細胞MDSC，嗜中性粒細胞和單核細胞更豐富，MDSC誘引劑血清濃度增加。因此，具有免疫抑制性TME的患者免疫治療反應不佳。另外，Fas/Fas配體介導的細胞死亡通路是許多細胞（如TIL）的典型凋亡信號通路。TIL細胞凋亡是免疫療法抵抗的相關機制，可以通過干擾Fas / Fas-配體軸來阻斷。

γδT細胞廣泛分布於外周血和粘膜組織。γδT細胞也是具有不同結構和功能異質性的固有淋巴細胞保守群，具有修復宿主組織病原體清除和腫瘤監測的多種功能。γδT細胞對免疫監視至關重要。然而，越來越多的證據表明，某些γδT細胞亞群通過（i）誘導免疫抑制性TME和血管生成，（ii）干擾DC效應功能，（iii）利用PD-1/PD-L1通路抑制抗腫瘤適應性T細胞免疫推動腫瘤發展和進展。此外，CD39 +γδTreg細胞是人結直腸癌中主要的Treg細胞，它通過腺苷介導的通路作用，但獨立於TGF-β或IL-10，具有比CD4+或CD8+Treg細胞更強的免疫抑制活性。CD39 +γδTreg細胞也分泌細胞因子（如IL17A和GM-CSF），可能吸引MDSC，從而建立免疫抑制網路。另外，γδT細胞在結腸直腸癌中具有間接調節作用，TME中的活化的γδT17細胞還分泌其他細胞因子（IL-8，TNF-α和GM-CSF），這可能有助於支持免疫抑制性MDSC。包括γδT細胞在內的許多免疫抑制亞群可表達抑制配體，如PD-L1。γδT細胞中PD-L1阻斷可增強胰腺導管腺癌（PDA）中CD4+和CD8+T細胞浸潤和免疫原性。γδT細胞不是APC，因此不可能將抗原呈遞給T細胞，這表明γδT細胞上PD-L1的表達和其他潛在TME細胞抑制以反式發生。

TME通過直接接觸和分泌可溶性因子來促進T細胞抑制。基質細胞可以限制TME中的T細胞的運輸，促進Treg細胞發育並抑制T細胞增殖。巨噬細胞可分為促炎和抗炎細胞，也稱為經典（M1）和替代（M2）巨噬細胞。腫瘤相關巨噬細胞（TAM）是另一種亞群，可能影響免疫治療反應，是腫瘤促血管生成，纖維基質沉積和轉移形成的關鍵協調因素。因此，傾斜或消耗TAM可以影響腫瘤發生的多個關鍵步驟並消除不同免疫抗性模式。根據轉錄因子，表面分子，以及細胞因子譜和代謝差異，可以區分不同的TAM。臨床研究表明高頻率TAMs與人類癌症預後不良存在關聯。既往研究結果表明，巨噬細胞可以通過肝癌中的PD-L1和卵巢癌中的B7-H4直接抑制T細胞反應。M2表型對於確定ICB療效至關重要。新研究結果顯示，靶向PD-1/PD-L1軸時TAM也很重要。Pittet及其同事證明，TAM可以捕獲T細胞表面PD-1靶向抗體，從而大大限制了藥物療效的持續時間，而在另一篇論文中，Weissman和合作者揭示，TAMs在其表面也表達PD-1，這破壞了它們的吞噬活性。為克服巨噬細胞的潛在耐葯機制，阻斷小鼠胰腺癌模型CSF1R表明，TAM頻率降低，隨後IFN產物增加並抑制腫瘤進展。與胰腺癌患者單一藥物研究結果類似，PD-1和CTLA-4抑製劑均不能顯著減緩小鼠模型的腫瘤生長。然而，除了吉西他濱外，CSF1R阻斷劑與抗PD-1或CTLA-4抗體結合導致腫瘤消退改善，這表明CSF1R阻斷劑誘導TAM減少並使得ICB起反應。

參考文獻：

[1] Xiaolei Li, Changshun Shao, Yufang ShiEmail author and Weidong Han.Journal of Hematology & Oncology.Lessons learned from the blockade of immune checkpoints in cancer immunotherapy. 27 February 2018.

[2] C. Lee Ventola, MS.NCBI.Cancer Immunotherapy, Part 3: Challenges and Future Trends.2017 Aug; 42(8): 514–521.

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