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肿瘤微环境异质性的研究进展

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发表于 2018-9-9 21:57:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

在肿瘤发生及发展过程中,肿瘤微环境起着至关重要的作用。肿瘤微环境是由非肿瘤基质细胞构成,包括免疫细胞,成纤维细胞,内皮细胞和新生毛细血管系统等,其通过与肿瘤细胞之间的相互作用来影响肿瘤的发生发展。已有研究发现肿瘤微环境的异质性对肿瘤的疗效和耐药性产生巨大影响。



在微环境形成的过程中,抗肿瘤免疫反应中的固有免疫细胞(如效应T细胞、成熟的树突状细胞或自然杀伤(NK)细胞)可以识别和破坏肿瘤,使肿瘤细胞发生遗传或表观遗传变异。已有研究发现可通过产生突变或修复免疫微环境的方式提高免疫治疗干预的结果,其中包括T细胞的过继转移和阻断免疫靶点,增强抗肿瘤免疫力,从而抑制和杀伤肿瘤细胞。



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免疫细胞异质性

肿瘤微环境中免疫细胞一般包括肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)、自然杀伤细胞(NK)细胞、巨噬细胞、树突状细胞和骨髓来源性抑制细胞等。研究证实肿瘤患者中免疫细胞大多失调和受损,而免疫功能受抑制有利于肿瘤细胞生存及发展。



TILs可作为预后因素,其最突出特点是特异、高效的杀伤肿瘤活性和低IL-2依赖性。肿瘤中不同的免疫细胞与微环境的变化对肿瘤的预后具有明显的差异性。肿瘤微环境中免疫细胞相互作用,通过调节性T细胞CD8+T细胞的数量越多作为抗肿瘤活性的调节能力越强。CD8+T细胞和成熟树突状细胞富集程度与肿瘤患者的生存率密切相关,其中CD8+T细胞数目越多的患者,其5年生存率越高。同一患者所患同种类型肿瘤中其原发部位CD8+T细胞数量较转移灶中CD8+T细胞的数量更多。我们可以认为CD4+T和CD8+T细胞是免疫细胞中抗肿瘤的主力细胞,可作为抗肿瘤免疫激活信号从而减少转移的发生。



调节性T细胞(Tregs)是T细胞亚群中能控制体内自身免疫反应性细胞群,肿瘤浸润调节T细胞的富集预示着患者存在早期复发,预后不良和低生存率的风险。



骨髓衍生细胞包括骨髓来源的抑制细胞(MDSCs)、巨噬细胞和树突状细胞(DCs)。MDCS在肿瘤抑制微环境中扮演重要角色。MDSCs是具有异质性的幼稚髓样细胞,由MDSCs由单核细胞的MDSCs(MMDSCs)和粒细胞MDSCs(PMN-MDSCs)组成。MDSC生物标记在人类定义为D11+CD33+HLA-DRlow和Lin1/low,CD11+CD33+HLA-DRlow可显著抑制T细胞活性,标记物在肺癌外周血中的比例升高,可作为肺癌早期诊断的重要标记物。MDSCs在肺癌进展和肺癌患者的低生存率中扮演着重要的角色,尽管MDSC浸润的异质性在不同肺癌细胞类型和肺癌阶段仍不清楚。



肿瘤微环境中的肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)巨噬细胞也起源于骨髓祖样,亦表现出异质性,其与肿瘤进展和肿瘤药物反应有关。根据巨噬细胞激活后功能分为M1和M2型分别为经典激活型和替代激活型,而活化的M1细胞能提高肿瘤杀伤以及适应性抗肿瘤免疫反应的能力。其中CD68+HLA-DR+M1巨噬细胞较D68+CD163+M2巨噬细胞的总生存率高。活化的成纤维细胞称为癌相关成纤维细胞(CAFs)来源于上皮或内皮间质转化(EMT或EndMT),间充质干细胞(MSCs)的招募和癌周静息CAFs的激活。CAFs的特异性标记物包括α-平滑肌肌动蛋白(α-SAM)、成纤维细胞激活蛋白(FAP)、Thy-1等。CAFs可分泌促血管生长因子和基质金属蛋白酶促肿瘤血管生成,分泌趋化因子调节免疫系统。其中促血管生长因子碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)有刺激内皮细胞和调节内皮细胞整合素的作用,同时可分泌蛋白酶,促进血管生成,而导致肿瘤预后不良和肿瘤进展。



2

免疫细胞基因异质性

随着组学技术的发展,对肿瘤微环境中免疫细胞基因异质性也有了进一步的理解。例如大量的炎症介质,如组织蛋白酶K,cox-2,MMP-9,PDGF-β,uPA,VEGFA,HGF,VEGF在瘤内基质细胞过表达,促进细胞侵袭,缩短癌症患者生存期。骨髓细胞和中性粒细胞中的嗜中性粒细胞弹性蛋白酶和PPAR-γ的上调与肺癌患者的不良预后相关。这些上调的配体在免疫细胞和肿瘤细胞间相互作用,对肿瘤发展起重要作用。



有研究发现,配体表达的上调在癌症发展中可能扮演重要角色。例如,在肺癌模型分析了单核细胞,中性粒细胞和巨噬细胞的基因异质性,发现,肿瘤相关巨噬细胞中的61个可上调的配体,如IFNB1,THBS1,CCL4,IL1beta,PDGFA等、单核细胞中的32个配体,如INHBA,SPP1,IL1A,IL23A IFNB1等和中性粒细胞中的25个配体,如IL23A,TNF,IL1A,CXCL10,HBEGF等与正常细胞相比均可增加肿瘤细胞间质的异质性。



3

免疫因子的异质性

肿瘤细胞微环境之间的相互作用和联系是双向的,主要是通过一个复杂的免疫因子网络,如细胞因子、趋化因子和许多生长因子。肿瘤微环境中一些重要免疫因子的异质性可导致肿瘤预后的多样性。如肿瘤微环境中抑制性细胞因子白介素(IL)-10,转化生长因子(TGF)-β,IL-8,IL-17和趋化因子CXCL12的浓度与肿瘤不良预后成正比,研究发现在IL-17A缺乏的小鼠肺黑色素瘤模型上,过继转移肿瘤中的特异性T细胞可促进肿瘤特异性CD8+T细胞激活的作用,从而产生对抗肿瘤的作用。此外促炎细胞因子如IL-2、IL-6、TNF-α、IL-12、IFN-γ、HLA-DR和IL-23可促进相关免疫细胞的募集和增殖,从而获得抗肿瘤作用并延长总生存率。IL-27在肿瘤微环境中发挥肿瘤杀伤和免疫抑制的双刃剑作用,一方面IL-27在肿瘤微环境中通过调节NK和NKT细胞的募集和激活抑制肿瘤生长,另一方面还可通过调节Treg的迁移促进肿瘤生长。



TGF-β是一种多功能细胞因子,可调节细胞增殖、分化、免疫抑制活性的转移。TGF-β抑制促炎细胞因子的产生,如IL-12,IL-2和IFN-γ,上调IL-10。此外,在肺癌微环境中,IL-8和MIF富集与肿瘤晚期的患者总生存期短有关,相反,IL-12-IFN-γ-HLA-DR轴可提高患者的生存率,T细胞中IL-12可增加IFN-γ的表达去刺激局部免疫反应进程,IFN-γ的增加可刺激HLA-DR的表达并促进非特异性免疫反应的发生(括号已删除)。在这种反馈循环中,TGF-β、前列腺素E2(PGE2)和IL-4被抑制,TH1、CD8+T细胞和NK细胞被招募。在进展期中下调IL-12-IFN-γ-HLA-DR轴。



4

血管内皮细胞异质性

肿瘤血管内皮细胞的异质性表现在不同肿瘤的不同发展阶段和不同生长部位,甚至表现在同一条脉管中的不同区域。肿瘤血管异质性的出现是内皮细胞与其血管周围微环境相互作用的结果,而肿瘤微环境所表现出的异质性也与血管异质性密切相关。微环境中的肿瘤细胞对血供的要求,免疫细胞、间质细胞对促进/抑制血管生成基因的调控都可以影响肿瘤血管的异质性。肿瘤毛细血管内皮细胞(TdMECs)对促血管相关蛋白高表达,主要包括生长因子受体类的血管内皮生长因子(VEGF)受体-VEGFR家族(VEGFR1、VEGFR2、VEGFR3)和结合素类的跨膜异二聚体糖蛋白,还高表达包括细胞黏附分子Muc-18、ICAM-1、CD44、神经细胞黏附分子NCAM,以及细胞存活因子IAP、bcl-2家族。VEGF是目前发现的最重要的促血管生长因子,可特异性作用于VEGFR,促进血管内皮细胞增殖、迁移、成管,为新生肿瘤血管创造有利条件。



5

小结与展望

肿瘤的发生和发展不仅依赖于基因突变,还与肿瘤微环境的异质性有关。肿瘤微环境异质性的动态改变取决于免疫细胞,免疫介质和它们的基因和蛋白质谱。所有抗瘤/促瘤因素组成起肿瘤微环境中的免疫网络,决定了肿瘤的起始,发展和结局。在肿瘤微环境中的基因,蛋白质和细胞之间的一系列联系,成为诊断和治疗的目标,可以在肿瘤微环境异质性的基础上开发靶向治疗。理解微环境的内在成分,使我们能够描述完整的免疫微环境,包括异构性、细胞间的交流与互动。由于表观基因差异和微环境的影响,相同基因背景的细胞也存在异质性,而在病理检查中无法检测出这种异质性,无法提供临床用药指导,这往往是部分药物治疗失败的原因。肿瘤的发展是复杂而又动态的发展,与癌细胞自身突变及其与肿瘤微环境的相互协调。肿瘤异质性在治疗耐药中的免疫细胞与肿瘤之间起重要作用。常规治疗手段杀伤肿瘤的同时往往连同自身细胞受损,我们将努力探索和改善微环境,提高机体防御功能比杀伤肿瘤细胞更有效,未来“带瘤生存”值得我们探索。



节选自:实用肿瘤学杂志2017 年第31卷第3期

肿瘤医学论坛综合整理



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