从肿瘤微环境角度解析肿瘤免疫治疗的现状与 [复制链接]

肿瘤免疫治疗是通过激活机体免疫系统产生抗肿瘤作用的一种治疗方式。近年来以免疫检查点为治疗靶点的肿瘤免疫治疗取得了令人振奋的进展，为肿瘤治疗开拓了新途径。但是肿瘤免疫治疗的疗效仅限于一部分患者，且存在明显的个体差异，如何提高免疫治疗的疗效，扩大受益人群，成为目前肿瘤免疫治疗研究的焦点问题。越来越多的证据将这种治疗结果的差别归于肿瘤微环境的异质性。本文通过综述肿瘤微环境异质性起源、发展及其对免疫治疗影响的研究，解析肿瘤免疫治疗现状与未来。

1肿瘤免疫抑制性微环境的起源与发展

肿瘤微环境是由肿瘤细胞和肿瘤周围的浸润免疫细胞、新生血管及其内皮细胞、肿瘤相关成纤维细胞（CAF）和细胞外基质共同构成，能够促进肿瘤恶化，增加肿瘤侵袭力，规避宿主免疫作用以及对抗治疗反应。

随着肿瘤细胞的增殖，肿瘤微环境发生动态改变,将更有利于肿瘤的发展，并最终促进肿瘤免疫逃逸。肿瘤微环境的改变涉及CAF活化、免疫细胞迁移、基质重塑、肿瘤脉管系统发展、抑制性细胞因子释放、肿瘤表面抑制性受体上调和代谢重编程等诸多方面。肿瘤细胞、基质成分和免疫细胞在微环境中相互影响，共同进化。肿瘤细胞利用免疫系统的负性调控机制，在肿瘤微环境中建立全方位免疫抑制状态，对抗机体抗肿瘤免疫作用，为其生存和发展创造条件。

肿瘤细胞通过形成免疫抑制性微环境促进免疫逃逸。肿瘤细胞的抗原表达通常呈缺陷状态，肿瘤细胞表面的主要组织相容性复合体-（MHC-I）类分子表达下降或缺如，使肿瘤周围的T细胞活化受阻。肿瘤细胞利用免疫系统中存在的抑制性信号通路，如程序性死亡因子-1（PD-1）及其配体（PD-L1）、细胞*性T淋巴细胞相关抗原-4（CTLA-4）、淋巴细胞活化基因-3（LAG-3）、T细胞免疫球蛋白黏蛋白3（Tim-3）和CD等，使肿瘤微环境中肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）功能受到抑制，造成肿瘤免疫抑制。肿瘤细胞还可以通过向微环境分泌免疫抑制性因子，如转化生长因子β（TGF-β）、白细胞介素2（IL-2）、IL-10、血管内皮生长因子（VEGF）、基质金属蛋白酶（MMP）等，驯化浸润免疫细胞以抑制其抗肿瘤作用。

同时，肿瘤细胞的异常代谢方式也能增强微环境的免疫抑制作用。正常细胞获取能量主要通过氧化磷酸化，仅少量来自于糖酵解，且在有氧条件下糖酵解途径会受到抑制。然而肿瘤细胞获取能量的主要方式却是有氧糖酵解途径，即使在氧气充足的情况下也保持较高的糖酵解速率，消耗更多的葡萄糖，产生更多的乳酸，即Warburg效应。在肿瘤进展过程中，特殊的能量代谢方式导致肿瘤细胞增殖迅速，新生血管无法快速建立并且存在结构上的异常，造成微环境中的氧含量降低、营养物质缺乏和酸性物质堆积，从而产生低氧酸性微环境。此种肿瘤微环境通过抑制肿瘤周围的免疫应答来促进肿瘤细胞的免疫逃逸。除了有氧糖酵解外，肿瘤为了满足其快速增殖和免疫抑制还需要增加对氨基酸的需求。其中谷氨酰胺、蛋氨酸、色氨酸、精氨酸、亮氨酸对宿主免疫细胞的蛋白质和核苷酸合成至关重要。肿瘤细胞的代谢消耗，可导致上述氨基酸大量缺乏，造成免疫细胞的合成障碍和功能抑制。另外，肿瘤细胞高表达的吲哚胺2，3-双加氧酶（IDO）为色氨酸代谢限速酶，可以与T细胞竞争代谢原料而抑制其功能，并且色氨酸代谢产物如3-羟基喹啉酸，也能直接诱导T细胞的凋亡。

CAF是肿瘤基质中最常见、数量最多、比重最大，且具有重要病理生理功能的细胞组分，其对于肿瘤微环境的形成至关重要。正常情况下成纤维细胞能够维持组织的框架结构。但是，在肿瘤早期形成过程中，肿瘤细胞分泌的诸多趋化因子（IL-6和IL-8等）能使肿瘤周围正常成纤维细胞转化为CAF。成纤维细胞激活蛋白α（FAPα）是选择性表达在CAF表面的抗原，超过90%上皮性肿瘤间质中FAPα表达阳性。FAPα具有蛋白酶和信号转导双重作用，前者在微环境中通过降解纤连蛋白和改变胶原蛋白结构促进微环境基质发生重建，增强肿瘤细胞沿纤维定向侵袭能力；后者通过参与TGF-β、VEGF、基质细胞衍生因子-1（SDF-1）、血小板衍生生长因子（PDGF）和肝细胞生长因子（HGF）等细胞因子的信号转导，促进肿瘤生长、阻止免疫细胞募集、抑制肿瘤周围免疫细胞功能和增强胞外基质增生并形成肿瘤生物屏障。CAF在FAPα的作用下，逐渐形成适宜肿瘤细胞恶性增殖及转移的微环境。

肿瘤血管生成是一个复杂的过程，其中促进和抑制血管生成因子之间的失衡是关键因素。在肿瘤组织中，多种转录因子，如缺氧诱导因子（HIF）等，可引发VEGF等促血管生成因子的表达，导致肿瘤微血管密度增加。肿瘤新生血管通常表现为形态迂曲、扩张、囊状，周细胞形态异常。肿瘤血管的结构和功能异常导致局部血流供应紊乱，不完整的血管壁使局部血液外漏，造成肿瘤组织间隙液压（IFP）升高。肿瘤组织血流灌注进一步受到阻碍，形成低氧、低pH、高IFP的恶性肿瘤微环境。低氧状态可以通过上调促血管生长因子和HIF-1α表达来促进肿瘤血管的形成，诱导肿瘤细胞发生上皮-间质转化，增加其恶性程度并触发肿瘤扩散转移。低pH值的酸性微环境能够通过促进IL-2的产生而加速调节性T细胞（Treg）的分化和髓源性抑制细胞（MDSC）的发展，抑制效应T细胞的瘤内浸润并诱导其凋亡，以及促进肿瘤相关巨噬细胞分泌大量细胞因子促进肿瘤血管的生成。高IFP能阻止免疫效应细胞达到肿瘤组织和干扰药物在肿瘤细胞中的分布和弥散。另外，高IFP导致肿瘤中心与外周压力差过大，能够促使肿瘤细胞进入淋巴管，是肿瘤淋巴源性转移的重要生理基础。

2肿瘤微环境的异质性

肿瘤免疫抑制性微环境的形成是一个动态、复杂的过程，除了肿瘤细胞本身显著的异质性外，基质成分和免疫细胞异质性也会增加肿瘤微环境的复杂程度。而肿瘤的病程发展、病理分期、治疗疗效和预后也都与肿瘤微环境有着密切联系，决定了抗肿瘤反应的时间和强度，成为治疗肿瘤的一大障碍。因此，由于肿瘤微环境异质性的存在，不同个体的抗肿瘤免疫应答反应也不尽相同。

肿瘤微环境中基质成分的异质性十分常见。在胰腺癌、乳腺癌和前列腺癌等实体瘤中发现CAF的含量较高，形成的高密度细胞外基质会增加肿瘤IFP，阻碍化疗药物的吸收与免疫细胞的瘤内浸润。另外，不同类型、不同部位、不同发展阶段的肿瘤，都表现出肿瘤血管的异质性。例如，胰腺癌是一种乏血供肿瘤，肿瘤组织中存在大量少血管区及血液灌注不足的现象，提示肿瘤的血管生成在胰腺癌发生发展中的作用要小于其他富血供肿瘤如肝癌等。Kashiwagi等用黑色素瘤细胞分别进行小鼠颅内和皮下接种，结果发现颅内形成的肿瘤其血管密度高于皮下肿瘤，但是管径则相对较小。晚期肾癌相比早期肾癌血管内皮细胞较大、增殖能力较强，但微血管密度却较低。因此，在运用免疫治疗过程中，需要考虑肿瘤微环境中基质成分的异质性对治疗的影响。

肿瘤免疫微环境中免疫细胞的募集和定位在不同肿瘤中差别很大，其异质性也受各种因素的影响。Chevrier等用高维度单细胞分析质谱流式细胞术描绘了肾透明细胞癌患者免疫微环境图谱，发现不同肿瘤患者之间的免疫细胞存在很大的异质性。而早期肺腺癌的固有免疫细胞图谱也提示免疫细胞的异质性可能从肿瘤初期就已经开始形成，并随着肿瘤的发展而逐步演变。其次，不同肿瘤微环境中浸润的免疫细胞种类也有所差别。大部分肿瘤都以TIL为主，但是以胰腺癌为代表的恶性肿瘤却以巨噬细胞浸润为主。在胰腺导管癌中运用CD40单克隆抗体可以招募并激活大量具有抗肿瘤效应的巨噬细胞。因此，在不同肿瘤中主导抗肿瘤效应的免疫细胞种类也存在显著的异质性。免疫细胞浸润可以有多种不同亚型，这些细胞群可以具有促肿瘤或抗肿瘤功能，其活化状态、功能、瘤内的定位及密度都会存在差异。由于肿瘤微环境中免疫细胞的异质性，Chen等根据肿瘤周围免疫细胞分布情况，将肿瘤免疫微环境分为3个表型：（1）免疫炎症表型：瘤内浸润CD4+和CD8+T细胞和单核细胞，同时基质中可见大量免疫细胞；（2）免疫排除表型：免疫细胞不能穿透肿瘤实质，只存在于基质中；（3）免疫荒漠表型：肿瘤的实质或基质中T细胞都很少。其中，免疫排除表型和免疫荒漠表型都可以被认为是非免疫炎症表型。该分类方式很好地阐释了肿瘤微环境中免疫细胞的异质性，提示可以通过转变免疫表型来改善肿瘤微环境的异质性，为后续的个体化免疫治疗提供理论基础。

3基于肿瘤微环境的免疫治疗策略

肿瘤免疫抑制性微环境的复杂性和异质性增加了免疫治疗的难度，并成为免疫治疗疗效差异的重要原因。近年来，免疫检查点抑制剂的成功为肿瘤治疗带来了新的希望，针对免疫检查点的治疗也成为目前肿瘤免疫治疗的重点，同时推动了通过调节肿瘤微环境状态增强抗肿瘤作用的研究，形成免疫治疗的“鸡尾酒”疗法，并初显优势，很好地打破了单独用药疗效的差异性。因此，个体化多途径联合治疗成为提高肿瘤免疫治疗疗效的重要方法。

免疫检查点抑制剂既是活化免疫功能的策略，又是改善肿瘤微环境的重要手段。目前，免疫检查点抑制剂已经成为治疗肿瘤的有效手段。其中临床应用比较成功的抗PD-1/PD-L1单克隆抗体和抗CT-LA-4抗体，已相继被FDA、欧盟、日本批准应用于色素瘤、非小细胞肺癌、肾癌、膀胱癌等。目前在多种肿瘤进行的临床试验中发现，应用抗PD-1抗体nivolumab治疗不同恶性肿瘤的客观应答率相差很大：黑色素瘤为32%，肾细胞癌为29%，非小细胞肺癌为17%（鳞癌33%，非鳞癌12%）；治疗头颈部肿瘤时的客观应答率仅为13.3%。免疫检查点抑制剂治疗的机制是活化T淋巴细胞，即需要在TIL存在的情况下才能发挥作用，因此，肿瘤免疫反应的异质性与TIL的分布密度有直接关系。Teng等，根据TIL和PD-L1的表达对肿瘤微环境进行了分层，并将肿瘤分为4种类型，I型：PD-L1阳性，有TIL，表明针对PD-1/PD-L1的免疫检查点抑制剂能阻断肿瘤细胞的适应性免疫抵抗；II型D-L1阴性，没有TIL，表明这类肿瘤不能引起免疫反应，治疗疗效和预后差；III型：PD-L1阳性，没有TIL，表明需要预先招募T细胞才能进行针对免疫检查点的治疗；IV型：PD-L1阴性，有TIL，表明存在对改善免疫耐受起作用的其他抑制通路。对于表现出“肿瘤免疫无知”表型的肿瘤（II型肿瘤），由于不能在肿瘤微环境中引起抗肿瘤免疫反应，因此无论应用当前的哪种治疗方法预后均较差，必须采取新的治疗策略。这种肿瘤微环境的分类方式可以预测抗PD-1/PD-L1药物的肿瘤免疫治疗疗效，并能为个体化联合治疗提供治疗策略。

随着针对PD-1/PD-L1免疫检查点药物在肿瘤免疫治疗中取得的成功，为了获取更大的临床效益，联合其他免疫检查点的组合疗法日益受到