免疫治疗与肿瘤微环境.docx

1、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 Paul Hsu 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

2、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

3、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

4、 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解，可能会为提高目前免疫治疗应答率提供新的方法。由于 TME 在 常规治疗中影响近期已有综述，我们将侧重于对免疫治疗和 TME 之间的相互作用的了解。 图 1：免疫治疗和肿瘤微环境（TME） 。免疫治疗成功控制肿瘤需要免疫系统的激活，效应细胞

5、扩增，活 化的效应细胞对肿瘤组织的浸润并破坏肿瘤细胞。免疫治疗的目的旨在增强上述过程，而肿瘤屏障可以大 大抑制它们。效应 T 细胞可以被 TME 中检查点的分子，如 PD-L1 抑制。PD-L1 的抑制作用可以通抗-PD1 / PDL1 来克服。激发检查点抗体用于激活免疫细胞。但是，一些抗体，如抗 CD40 也可以在基质细胞发挥 优化肿瘤控制的作用。将 ECM 形成肿瘤屏障阻止 T 细胞到达 TME 破坏肿瘤。另一方面，淋巴细胞向 TME 中的浸润可以通过细胞因子/趋化因子的诱导/递送得到增强。 免疫治疗和 TME 之间的相互作用 免疫调节抗体 检查点封闭抗体 免疫检查点是指通过共抑制或共刺激

6、信号一系列途径以调节 T 细胞活性，以防止在正 常情况下发生自身免疫疾病的功能。越来越多的证据表明，肿瘤使用这些重要机制的多种 途径，以逃逸抗肿瘤免疫反应。其中，针对细胞程序性死亡受体（PD-1）以及 PD-1 配体 （PD-L1 或 B7H1）的抑制剂，在临床试验中显示的疗效给人留下了深刻的印象。PD-1 主 要表达于活化的 T 细胞表面，尽管 PD-L1 在正常组织中表达有限，但是在一些肿瘤细胞上 的表达大幅增加。有趣的是，如果经过炎性细胞因子刺激，特别是干扰素（IFN） ，许多细 胞可出现 PD-L1 表达上调。 PD-L1 与 T 细胞上 PD-1 结合抑制 T 细胞活化并诱导 T 细

7、胞凋 亡。这一模式表明肿瘤细胞表达 PD-L1 抑制 T 细胞浸润肿瘤，导致机体抗肿瘤作用失效。 通过对 PD-L1 阳性肿瘤患者更容易出现抗 PD-1 治疗应答的初步观察，这一观点受到支持。 然而，随着患者样本的增多，一些肿瘤细胞 PD-L1 阴性的患者也同样被观察到对 PD-1 治 疗产生响应。此外，最近回溯性临床研究表明，PD-L1 封闭响应和肿瘤浸润性免疫细胞 PD-L1 的表达之间有高度相关性。这项研究提出了一个可能，即在 TME 中除肿瘤细胞以 外，其他细胞上 PD-L1 的表达会对免疫逃逸发挥重要的作用。 为了提高检查点封闭疗法的应答率开发了一些联合治疗方法。其中，PD-1 与细

8、胞毒 T 淋巴细胞相关抗原 4(CTL-A4)组合在临床试验中显示出了最好的改善。CTL-A4 是主要表 达在调节性 T 细胞（Tregs）上的另一个检查点分子。通过抗 CTL-A4 阻断该途径耗竭肿瘤 组织中的 Treg 细胞，造成抗原特异性细胞毒性 T 淋巴细胞的扩增。协同效应主要受限于局 部 TME，协同效应中成瘤后封锁淋巴细胞迁移没有作用。 免疫激活单克隆抗体 与一旦激活就会抑制免疫反应的 PD-1 和 CTL-A4 相比，以 CD40/CD40 配体 （CD40L）为代表的可促进免疫应答的不同类别的免疫检查点通路。CD40 表达于 B 细胞， 单核细胞和树突状细胞（DC） 。CD40

9、L 主要表达于活化的 T 细胞和血小板。通过 CD40 激 活抗原递呈细胞信号并诱导共刺激和 MHC 分子的表达，从而加强抗原递呈作用和 T 细胞 致敏。模拟 CD40L 与 CD40 结合的抗体已被开发，在体外和体内都可以激活免疫反应；此 外，这类抗体已进入临床试验并显示出了充满前景的结果。有趣的是，尽管原始机制表明 T 细胞致敏在 CD40 活化之后，后来的研究显示 T 细胞可能是非必需的，至少在某些肿瘤 模型中是这样。具体地说，在小鼠胰腺导管腺癌模型中，通过抗 CD40 诱导肿瘤消退依赖 于巨噬细胞，而不是 T 细胞。抗 CD40 激活巨噬细胞，然后转移至肿瘤组织引发肿瘤基质 的耗竭来导

10、致肿瘤的消退。有观点认为，不仅在肿瘤模型中，在其他疾病模型中基质细胞 对 CD40 激动剂疗效发挥重要的作用。的确，在 Bouchlaka 等最近研究中发现，对老年小 鼠使用 CD40 激动剂联合 IL-2 可诱发细胞因子风暴并致死。后续研究显示， CD40 诱导内 脏脂肪组织中的巨噬细胞活化。这些活化的巨噬细胞产生了高水平的 IFN，并导致了细胞 因子风暴。为何只是老年小鼠会致命的一种可能的解释就是老年小鼠器官内比年轻小鼠积 蓄更多的脂肪。由于很多癌症的发病率老年群体会更高，在 CD40 应用于不同癌症患者时， 应考虑到这个不利因素的影响。关于 CD40/CD40L 的报道是一个有趣的案例，

11、这表明有些 时候 TME 是免疫治疗的主要目标，而不是肿瘤细胞。 CAR-T 细胞 CAR-T 细胞的整体概念是，T 细胞可以被改造以表达肿瘤特异性抗原的 CAR，从而一 旦识别到肿瘤抗原就可以激活 T 细胞。CAR 的典型结构是一个单链可变区（scFv）链接胞 内的信号传导模块。然后 scFv 与肿瘤抗原结合，在特异性抗原下 CAR 激活 T 细胞而不是 MHC 方式。CAR-T 治疗急性淋巴细胞白血病的临床试验显示出了令人难以置信的疗效， 完全缓解率近 90%。然而，尝试用 CAR-T 治疗实体瘤的效果一直不太理想，并且正致力 于提高 CAR-T 在实体瘤内的活性和靶向特异性。 由于 CA

12、R-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

13、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

14、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

15、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。da Silva 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

16、。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

17、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-，以 IFN- 与抗 CD20 抗体连接形成融合蛋

18、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- 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-（抗 EGFR-IFN- 融合蛋白）用作肿瘤的免疫治疗。类似于以前的研究，抗 EGFR-IFN- 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

19、剂量下抗 CD20- IFN- 融合蛋白直接诱导肿瘤细胞凋亡，抗 EGFR-IFN- 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- 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

20、 的表达水平。由于低剂量的 IFN- 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- 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

21、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 14TNFSF14） ，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 受体（LTR） 两个不同受体的配体蛋白。LIGHT 结合的 HVEM

22、向 T 细胞传递共刺激信号，LTR 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。LTR 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 LTR 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 LTR 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

23、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 TL

24、R9 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- 产生。 STING 途径缺陷减少了 IFN- 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

25、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 Paul Hsu 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，

26、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：Tang Hai Dong 英文原文：Immunotherapy and tumor microenviroment 转载请标明出处： 爱康得生物医学技术（苏州）有限公司转化医学部高级经理 Paul Hsu 原创编译 爱康得生物医学技术（苏州）有限公司，是一家专注于肿瘤治疗领域高新技术开发及其产 业化的生物医学公司。核心团队由多名来自如 M.D.Anderson、University of California、University of Oklahoma、Wollongong University 和苏州大学等国内外著名高校的 抗体工程专家、免疫学专家、病毒学专家、分子生物学家、临床医生以及具备丰富企业管 理和资本运作的管理人员组成。公司技术团队已经掌握 CAR-T 核心技术，可为全球科研工 作者和医生提供成套 CAR-T 科研服务，可在短时间内为客户构建具有功能的 CAR-T 细胞。