肿瘤微环境(TME)内的免疫细胞在肿瘤发生中起着重要作用。肿瘤相关免疫细胞可能具有抗肿瘤或促肿瘤功能。尽管TME内的抗肿瘤免疫细胞倾向于在肿瘤形成的早期阶段靶向杀伤癌细胞，但癌细胞能够逃脱免疫监视，甚至通过各种机制抑制了抗肿瘤免疫细胞的细胞*功能。免疫逃逸能力，作为癌症的一个新标志，为癌症治疗的新策略提供了机会，即利用免疫细胞与癌细胞作斗争。近年来，免疫检查点调节剂(以抗CTLA4和抗PD1抗体为代表)和过继免疫细胞(以CAR-T为代表)在多种肿瘤中表现出意想不到的抗肿瘤效果，为肿瘤治疗带来了新的时代。在此，小编对TME内免疫细胞的生物学功能和其在肿瘤免疫治疗中的作用以及其相关的免疫疗法进行介绍，以期提高TME的临床应用效果。I.背景介绍年，DouglasHanahan和RobertWeinberg首先总结了癌症的6个主要标志能力，包括生长信号自给自足、无限复制潜能、避免凋亡、对抗生长信号不敏感、持续的血管生成和组织浸润/转移（图1）。在随后的几年中，癌细胞与免疫细胞之间串扰的重要性逐渐被人们认识，并在年被更新为新兴的癌症标志。现在清楚的是，除了癌细胞之外，肿瘤微环境(TME)还包含一系列免疫细胞、间质细胞、内皮细胞和癌症相关成纤维细胞。通过一系列机制，癌细胞往往可以逃脱免疫系统的监督和破坏。在过去的几十年里，基于免疫逃逸机制，开发了一系列的免疫治疗方法，并在临床上获得应用。与传统化疗相比，免疫治疗主要通过利用TME内或TME外的免疫细胞对癌细胞进行特异性识别和攻击，从理论上使该免疫治疗方法具有较高的特异性和较低的副作用。
图1.癌症的6个主要标志
肿瘤微环境由异质种群组成，包括癌细胞本身、浸润的免疫细胞和间质细胞(如成纤维细胞)(图2)。最近，单细胞RNA测序和质谱分析等新技术的开发和应用在肿瘤免疫学中有助于在单细胞水平上描绘TME内免疫细胞的状况，并使观察和鉴定新的肿瘤相关免疫细胞亚群变得更容易。
图2.TME内的免疫细胞。
2.TME中的免疫细胞一般说来，肿瘤相关免疫细胞可分为两种类型：抗肿瘤免疫细胞和促肿瘤免疫细胞。这两种细胞在肿瘤进展的不同阶段扮演着不同的角色。由于肿瘤相关的B细胞在肿瘤进展中的作用存在争议，将在一个独立的部分介绍B细胞。2.1抗肿瘤免疫细胞抗肿瘤免疫细胞主要由效应性T细胞(包括CD8+细胞*性T细胞和CD4+效应性T细胞)、自然杀伤(NK)细胞、树突状细胞(DC)、M1极化的巨噬细胞和N1极化的中性粒细胞组成。(1)效应T细胞CD8+细胞*性T细胞(CTLs)长期以来一直被认为是个主要的淋巴细胞亚群，可杀伤具有主要组织相容性复合体I类分子(MHC-I)的癌细胞。当呈递来自DC的抗原时，CD8+T细胞可被诱导为具有细胞*性能力的效应CD8+T细胞。在DC分泌的趋化因子(如CXCL9和CXCL10)的引导下，活化的CTL可以通过CXCR3的表达迁移到炎症环境中。DCs的配体(CD70和CD80-CD86)与CD8+T细胞上的受体(CD27和CD28)之间的相互作用被认为是CD8+T细胞启动的关键步骤。除了来自DC的刺激信号外，来自CD4+T细胞的帮助信号也被发现是CTL启动所必需的。一方面，CD4+T细胞可以通过CD40-CD40L相互作用直接帮助CD8+T细胞活化，并通过产生IL-2促进CD8+T细胞的增殖；另一方面，CD4+T细胞还可以通过向CD8+T细胞交叉递呈肿瘤抗原或通过诱导产生细胞因子和共刺激分子来帮助DC激活CD8+T细胞。此外，CD4+T细胞还可以帮助CD8+T细胞形成记忆性CTL。
在“激活”状态下，CTL可通过颗粒胞吐和Fas配体(FasL)介导的凋亡诱导杀伤靶细胞；CTL还可分泌干扰素-γ(IFN-γ)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)诱导对癌细胞的细胞*作用。CTL的激活和调节需要两个信号：第一个信号来自T细胞受体(TCR)，第二个信号来自其他受体，称为免疫检查点[21]。这些免疫检查点可以分为两种类型：抑制性检查点(例如CTLA-4、PD-1、TIM-3、LAG-3、TIGIT和CD96)和刺激性检查点(例如ICOS、OX-40、4-1BB、GITR、CD27、HVEM、CD40)（图3）。现在已经知道，在肿瘤中，部分肿瘤细胞通过表达抑制性检查点如PD-L1来抑制CTL的激活，这被认为是癌细胞免疫逃逸的重要机制。此外，在TME内持续存在抗原和炎症的环境中，CTL将进入“耗尽”状态，这有助于T细胞功能障碍和肿瘤的发展。
图3.抑制性检查点和刺激性检查点
(2)NK细胞
NK细胞也是介导肿瘤免疫监视的抗肿瘤免疫细胞的一个重要亚群（图4）。在人类中，NK细胞被定义为CD3-CD56+细胞，占循环淋巴细胞的5-15%。TME内NK细胞的功能与CD8+T细胞相似。在DC分泌的趋化因子的引导下，NK细胞也可以被吸引到炎症或癌症组织上。NK细胞主要通过释放穿孔素和颗粒酶诱导靶细胞凋亡来介导肿瘤杀伤反应。此外，NK细胞还分泌促炎细胞因子和趋化因子(如干扰素-γ、肿瘤坏死因子、白细胞介素-6、粒-巨噬细胞集落刺激因子和CCL5)来增强抗肿瘤活性。此外，NK细胞可能促进抗原交叉提呈给CTL，并影响T细胞抗肿瘤反应。虽然NK细胞在肿瘤免疫监控中起着至关重要的作用，但大量研究表明，肿瘤浸润性NK细胞的杀伤功能总是受到抑制。例如，TamaraKrneta及其同事报告说，乳腺肿瘤患者TME内的NK细胞尚未成熟，具体表现为：DX5、CD27lowCD11blow的表达降低，NKG2A的表达增加，NKp46、穿孔素和颗粒酶B的水平降低；IL-12和anti-TGF-β联合治疗使肿瘤浸润的NK细胞亚群的成熟度增加。考虑到通过抑制性免疫检查点(如CTLA-4、PD-1、TIM-3、KIR2DL-1/2/3、NKG2A、CD96、TIGIT)的信号限制了NK细胞的功能，阻断这些抑制通路应能恢复NK细胞的抗肿瘤潜能。图4.肿瘤微环境中NK细胞与其他免疫细胞之间相互作用(3)树突细胞(DCs)树突状细胞主要作为专业的抗原提呈细胞(APC)发挥作用。它们可以提呈抗原，并为T细胞活化提供共刺激信号。DC还能与NK细胞和B细胞相互作用。成熟、活跃的DC浸润肿瘤，可增加免疫效应细胞的免疫激活和募集。然而，肿瘤细胞有办法抑制树突状细胞的功能。例如，例如，Michielsen及其同事发现，从培养人类结直肠肿瘤外植体组织中获得的肿瘤条件培养基含有高水平的CCL2，CXCL1，CXCL5和VEGF，并且在体外用这种培养基预处理DC会抑制成熟。Krempski和他的同事们观察到，肿瘤可以通过诱导PD-1表达来麻痹DC。因此，以患者特异性新抗原刺激的DC疫苗，单独或联合阻断抑制性检查点以恢复DC的抗原提呈功能，应该是潜在的肿瘤免疫治疗方法。(4)M1极化的巨噬细胞来源于循环单核细胞的巨噬细胞是TME中重要的免疫细胞之一。它们一般分为促炎极化(M1极化)和抗炎极化(M2极化)。经典激活的巨噬细胞(M1)产生促炎细胞因子和活性氧/氮，这对宿主防御和肿瘤细胞杀伤至关重要，因此被认为是“好的”巨噬细胞。在最近发表的研究中，Narayannan及其同事发现，肿瘤浸润M1极化巨噬细胞有助于MSI-H患者提高生存率的趋势，支持M1极化巨噬细胞的抗肿瘤作用。相比之下，M2极化的巨噬细胞不仅产生抗炎细胞因子，抑制对肿瘤细胞的免疫监视，而且促进血管生成和基质重塑，促进肿瘤进展和转移。肿瘤相关的M2极化的巨噬细胞一直被认为是髓系来源抑制细胞(MDSCs)的主要来源。(5)N1极化的中性粒细胞中性粒细胞是另一种免疫细胞，也被发现浸润多种类型的肿瘤。中性粒细胞的经典功能包括通过一系列机制(主要是吞噬、释放抗菌物质和形成中性粒细胞胞外陷阱)来防御感染，以及通过分泌多种细胞因子和趋化因子来诱导炎症反应。从理论上讲，中性粒细胞可能是有效的抗肿瘤效应细胞，因为中性粒细胞颗粒中包含的各种抗菌和细胞*性化合物可以摧毁恶性肿瘤细胞，中性粒细胞分泌的细胞因子和趋化因子也可以招募其他具有抗肿瘤活性的细胞。事实上，已经有人提出，在中性粒细胞已经被有效激活的人工系统中，中性粒细胞可以通过抗体依赖的细胞介导的细胞*作用来溶解肿瘤细胞。然而，越来越多的证据表明，肿瘤相关的中性粒细胞(TAN)可能有助于肿瘤的进展。与巨噬细胞的抗肿瘤(M1)和促肿瘤(M2)表型相似，TANS分为N1和N2两种表型。N2极化的中性粒细胞在形态上类似于粒细胞或多形核MDSC(PMN-MDSCs).2.2促肿瘤免疫细胞除抗肿瘤免疫细胞外，还有大量的促肿瘤免疫细胞，主要由调节性T细胞(Tregs)和髓源性抑制细胞(MDSCs)组成。(1)调节性T细胞(Tregs)作为T细胞家族的一员，Tregs在维持免疫稳态和外周耐受中起着关键作用。除了细胞表面的CD4+标记外，Tregs还表达Foxp3作为可靠的标记，这对于Treg谱系的确定和抑制信号的调节至关重要。Foxp3+Tregs对效应器T细胞的调节作用使其成为身体上的一把双刃剑。一方面，Tregs可以抑制过度反应的免疫反应，如自身免疫性疾病。但另一方面，TME内Tregs的抑制功能可能会阻止CTL对癌细胞的有效应答（图5）。最近的单细胞测序显示Tregs具有高度的异质性，在肿瘤中克隆性扩增，Tregs的功能与患者的预后密切相关。图5.Treg与效应T细胞的相互作用(2)髓系抑制细胞(MDSCs)TME内另一种主要的促肿瘤免疫细胞是MDSC，这一概念是在大约10年前引入的。MDSCs由粒细胞或多形核MDSCs(PMN-MDSCs)和单核MDSCs(M-MDSCs)组成。PMN-MDSCs在形态上类似于N2极化的中性粒细胞，PMN-MDSCs类似于M2极化的巨噬细胞。MDSCs和癌细胞之间的串扰被认为对肿瘤的发展至关重要。肿瘤炎症环境中的细胞因子和趋化因子会诱导MDSCs在TME中增殖。反过来，MDSCs可以通过产生MMP9、原激动素2和血管内皮生长因子(VEGF)来促进血管生成；它们还可以诱导癌细胞向内皮细胞迁移并促进转移。最近的一项研究揭示了肿瘤相关的M2极化的巨噬细胞，也被称为MDSC，能够以细胞外-囊泡依赖的方式调节乳腺癌细胞的有氧糖酵解。MDSCs还可通过产生精氨酸酶、诱导型一氧化氮合酶(INOS)和免疫抑制细胞因子TGF-β和白细胞介素-10(IL-10)来抑制T细胞功能。最近，一系列临床前研究表明，抑制MDSC转运增强了基于T细胞的免疫治疗效果。2.3肿瘤中有争议的免疫细胞类型:B细胞B细胞在TME中的抗肿瘤作用相对不清楚且有争议。有研究报道，在乳腺癌中，肿瘤浸润性B细胞的存在与良好的临床结果相关。虽然B细胞可以产生协调与CTL活性的细胞因子，并作为强大的抗原提呈细胞(APC)，但一些研究也表明，B细胞可能通过产生细胞因子招募MDSCs并增强血管生成，以及通过抑制CTL功能,而具有促肿瘤的潜能（图6）。未来的研究有望确定肿瘤浸润性B细胞的亚型，并阐明它们在TME中的各自功能。
图6.不同的B细胞亚群动态地以促进和抗肿瘤的方式帮助塑造肿瘤微环境
3.肿瘤免疫治疗的相关策略3.1非特异性免疫刺激诱导抗肿瘤反应的第一种策略是非特异性免疫刺激(图7)。这一策略是基于给予细胞因子(GM-CSF)、白细胞介素(如IL-2、IL-12、IL-15和IL-21)和干扰素(IFN-α)作为癌症治疗的辅助剂。此外，卡介苗(BCG)也被用来帮助激活免疫系统，因为卡介苗对人类不会引起严重疾病。早在20世纪80年代，卡介苗就被用于治疗黑色素瘤和乳腺癌。近年来，卡介苗免疫疗法也被用于治疗膀胱癌。图7.癌症治疗的相关免疫疗法3.2过继细胞转移与非特异性免疫刺激策略相比，过继细胞转移是一种相对特异的基于免疫细胞的治疗方法。这种方法是将具有抗肿瘤特性的自体免疫细胞注入体内。这些免疫细胞可以来自未经修饰的肿瘤浸润T/NK细胞，或识别肿瘤抗原的基因工程T细胞，如T细胞受体(TCR)或嵌合抗原受体(CAR)。在外源转导的TCR或CAR的指导下，T细胞可以MHC依赖(TCR)或独立(CAR)的方式靶向表达特异性抗原的癌细胞(图7)。与CAR-T细胞不同，TCR-T细胞来自外周血T细胞(与肿瘤浸润的T细胞不同)，并且能够识别细胞内抗原。年，成功治疗滑膜细胞转移性肉瘤被报道。然而，许多TCR-T试验伴随着靶上或靶外*性。CAR-T是在TCR-T免疫疗法的基础上改良开发的，目前已在淋巴瘤、B细胞急性淋巴细胞白血病(B-ALL)、慢性淋巴细胞白血病(CLL)、多发性骨髓瘤(MM)等血液系统恶性肿瘤的治疗中取得了巨大的成功。与TCR-T相比，CAR-T技术的优势是显而易见的，因为CAR-T可以靶向HLAI类分子下调或不能处理或呈现蛋白质的肿瘤。然而，CAR-T也有其限制。首先，在患者身上使用CAR-T会频繁地介导细胞因子释放综合征(CRS)，这是一种威胁生命的并发症(包括发烧、细胞因子浓度升高、低血压、缺氧和神经症状)，尽管它可以用糖皮质激素和IL-6受体的抗体(Tocilizumab)有效地治疗。另外，目前CAR-T治疗实体瘤的进展相对较慢，可能是由于肿瘤细胞上缺乏特异和可靠的抗原靶点，以及实体瘤的TME中存在的物理屏障。另一种尝试是NK细胞过继转移免疫疗法(图7)。NK过继转移的目的是通过使用细胞因子来增强NK细胞的功能和增殖，从而提高自体NK细胞的抗肿瘤活性。用细胞因子(如IL-2、IL-12、IL-15、IL-18和I型IFNs)刺激NK细胞，可导致NK细胞高度活化，黏附分子、细胞因子诱导的激活受体(NKp44)、穿孔素、颗粒酶、FasL、TRAIL的表达增加。作为对恶性转化细胞的重要防御，基于NK的免疫疗法已经在一些高危癌症患者的临床试验中进行了测试，这些癌症包括晚期黑色素瘤、肾癌、急性髓细胞白血病、淋巴瘤、乳腺癌和胃癌。为了提高NK细胞过继转移策略的有效性，被转移的NK细胞有望增强编码细胞因子、趋化因子受体、共刺激受体或嵌合抗原受体(CARs)的基因的表达。3.3免疫检查点的调节免疫治疗的另一个具体策略是调节免疫检查点，这代表了免疫治疗从增强(如CAR-T)到正常化的范式转变。根据检查点的属性，这一策略可以通过抑制抑制性检查点或激活刺激检查点的抗体来实现(图7)。目前，使用CTLA-4抗体(如Ipilimumab、Tremlimumab)阻断CTLA-4信号，或使用PD-1/PD-L1抗体(如Nivolumab、Pembrolizumab和Durvalumab)阻断PD-1信号已显示出在各种癌症类型中令人鼓舞的治疗效果，如黑色素瘤、非小细胞肺癌和淋巴瘤。其他检查点调节剂，包括抑制性抗体(如LAG-3)和激动型抗体(如OX-40、CD40、ICOS、4-1BB和GITR)仍在临床评估中。3.4以DC为基础的疫苗接种此策略是调节DC的抗原提呈功能，以增强TME内CTL或NK细胞的免疫应答(图7)。目前以DC为基础的疫苗接种方法主要包括：1)体内方法，以细胞因子(如GM-CSF)、激动型抗体(如CD40)和与C型凝集素受体(CLR)结合的抗原(如DEC-)靶向DC；2)体外方法，通过肿瘤抗原，如肽、蛋白质或肿瘤裂解物，将患者单核细胞来源的未成熟DC诱导为成熟DC。使用DC疫苗接种方法的一系列临床试验正在进行中，以评估对卵巢癌、结直肠癌、黑色素瘤、肾细胞癌和其他癌症的有效性(NCT、NCT、NCT、NCT)。
小编总结
免疫疗法为癌症治疗带来了一个新纪元。虽然还很难说癌症免疫治疗将在短期内取代传统的癌症治疗(即化疗、放射外科)，但癌症免疫治疗确实为临床医生提供了新的选择和思路。关于肿瘤免疫治疗的疗效和不同途径的选择，仍有许多问题需要解决。首先，对TME特性的有限认识在很大程度上阻碍了免疫治疗新靶点的开发。单细胞技术(如单细胞RNA测序和质谱分析)的发展为研究TME内肿瘤相关免疫细胞(如淋巴细胞、巨噬细胞或成纤维细胞)的亚型或鉴定新亚型提供了绝佳的机会，这将有助于阐明TME在肿瘤发生中的作用。其次，不同免疫治疗方法的临床疗效仍难以准确预测。
近几年来，随着基于免疫检查点的免疫治疗在多种癌症中的成功应用，人们在寻找这些药物的预测标志物方面做了大量的工作，以避免*副作用，并使其发挥最大的治疗效益。作为最合理的指标，在接受抗PD-1或抗PD-L1治疗的患者中，已经评估了肿瘤细胞上PD-L1的表达水平。虽然PD-L1阳性的患者比例增加了临床受益，但在大多数恶性肿瘤中，仅评估PD-L1表达对于患者选择是不够的，因为预测准确性较低和PD-L1动态变化。最近出现的研究表明，在PD-1/L1基础免疫治疗中，肿瘤的体细胞突变负荷、浸润的CD8+T细胞的比例、外周血单个核细胞CD14+CD16-HLA-DRhi的频率、预耗竭CD8+T细胞与耗尽CD8+T细胞的比率是潜在的生物标志物。然而，这生物标记物可能是个别肿瘤类型所特有的。
因此，在未来常规临床应用之前，需要在各种恶性肿瘤中进行生物标记物驱动的前瞻性研究来确认这些生物标记物方法。再次，如何选择合适的癌症免疫治疗方法将是临床医生面临的一个挑战。由于正在进行的大量临床试验使用免疫疗法治疗癌症患者，对大量临床数据的分析对于总结或比较不同方法的免疫疗法在不同癌症中的有效性至关重要。此外，免疫相关不良事件(IrAE)的监测和总结为临床实践提供更可靠的指导也是非常重要的。
参考文献
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