肿瘤微环境介导的免疫耐受在胃癌发生和治疗中的作用

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胃癌(GC)是世界上最常见的消化道恶性肿瘤之一,发病率居第五位,死亡率居第四位(Sung et al., 2021)。随着早期诊断技术的发展,虽然GC的发病率呈一定的下降趋势,但晚期的病死率依然很高,至今尚无有效的治疗方案。近年来,肿瘤免疫治疗的兴起为晚期胃癌患者带来了希望(图1)。

《肿瘤微环境介导的免疫耐受在胃癌发生和治疗中的作用》

图1 肿瘤免疫治疗(Matsueda S, Graham DY., 2014)。

背景介绍

肿瘤微环境(Tumor microvironment,TME)是肿瘤中所有非肿瘤成分及其代谢产物和分泌物的总称,包括大量免疫细胞,如:髓源性抑制细胞(MDSCs)、肿瘤浸润性淋巴细胞(TIL)、巨噬细胞等,共同构成了肿瘤的免疫微环境。研究证实,TME对肿瘤生长、侵袭、转移、耐药、免疫逃逸等恶性表型有重要影响。

肿瘤免疫微环境具有促肿瘤和抑瘤双重作用。在肿瘤发展过程中,一方面,肿瘤通过竞争代谢产物、分泌胞外小泡和细胞因子、减少自身抗原的表达,抑制细胞毒免疫细胞在肿瘤微环境中的功能、数量和分布,从而产生免疫耐受;另一方面,大量促癌免疫细胞继续主导肿瘤,加速肿瘤的发展,进一步抑制细胞毒免疫细胞的功能。靶向肿瘤微环境抑制肿瘤免疫耐受的正反馈环有望为肿瘤的更好治疗做出贡献。

研究发现,GC的TME由细胞外基质(ECM)、成纤维细胞、内皮细胞、间充质干细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞以及各类免疫细胞等细胞成分组成,同时,这些细胞成分分泌的代谢物、细胞因子等胞外成分也是TME的重要组成部分(图2)。GC-TME中的这些成分在诱导免疫耐受、促进GC进展方面发挥着各自的作用。

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图2 胃癌肿瘤微环境的主要成分(Yang et al., 2022)。

下面就和伯小医一起来看看GC的TME是如何参与调控GC发生发展的吧!

一、肿瘤相关巨噬细胞与T细胞

浸润TME的巨噬细胞被称为肿瘤相关巨噬细胞(Tumor associated muscells,TAMs),包括两种极化状态,即具有抑癌功能的经典M1极化和具有促肿瘤功能的M2极化。在GC中,TME诱导TAM的M2极化,抑制M1极化是形成免疫耐受的重要因素之一(图3A)。

事实上,巨噬细胞是一个新兴的肿瘤治疗靶点,目前TAM的治疗方法包括抑制肿瘤中巨噬细胞的募集、耗竭巨噬细胞、诱导巨噬细胞重编程为M1表型、增强巨噬细胞的吞噬功能,CAR巨噬细胞作为最新的CAR细胞已进入I期临床试验阶段,但其在GC中的应用仍然缺乏。

T细胞具有高度异质性,是肿瘤免疫的执行者,直接行使肿瘤杀伤功能。在TME,CD8+T细胞承担着杀伤肿瘤细胞的作用,而Treg是最具代表性的CD4+免疫抑制细胞。除了记忆性T细胞外,γδT细胞、自然杀伤(NK)T细胞和Th细胞在GC进展和免疫耐受中起着重要作用(图3B)。逆转TME的免疫耐受微环境,恢复CD8+T细胞数量、浸润范围和功能是降低免疫耐受性最常用的方法。


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图3 TAMs与肿瘤浸润性T细胞在GC免疫耐受中的作用(Liu et al., 2022)。

二、其他免疫细胞

1、中性粒细胞

肿瘤相关中性粒细胞(TAN)在功能上分为抑瘤N1细胞和促瘤N2细胞。目前,也有一些治疗方案针对中性粒细胞,以减轻免疫耐受,然而,降低中性粒细胞水平引起感染的风险仍然是这一疗法的最大障碍(图4)。

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图4 TAN在GC免疫耐受中的作用(Liu et al., 2022)。

2、自然杀伤细胞

自然杀伤细胞(NK)具有很高的抗肿瘤、抗病毒和抗菌活性,在宿主天然免疫中发挥重要作用,并参与适应性免疫反应的激活和调节。与肿瘤特异性T细胞相比,NK细胞可杀伤HLA-I类低表达或缺失的肿瘤,并且肿瘤干细胞(CSCs)可有效激活NK细胞。越来越多的数据表明NK细胞与GC的进展有着重要的关系,随着GC的进展,NK细胞的数量和功能急剧下降,最终导致GC恶性程度逆转(图5)。

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图5 NK细胞与GC的相互作用(Du Y, Wei Y., 2019)。

三、其他TME成分

1、细胞外基质

细胞外基质(ECM)由胶原、纤维连接蛋白、层粘连蛋白、维生素连接蛋白、弹性蛋白以及支持和维持上皮细胞结构的生长因子、细胞因子和基质金属蛋白酶组成。在GC发生阶段,ECM被认为是胃癌发生的始动因素。研究表明,不同亚型的GC有不同的ECM成分,低分化程度表明ECM成分更丰富,细胞代谢更高,代谢重编程程度更高。破坏紧密协调的ECM组织将损害胃组织的结构和功能,最终导致GC(图6)。

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图6 GC中主要ECM改变的典型(Moreira et al., 2020)。

2、成纤维细胞

肿瘤相关成纤维细胞(CAF)是一种主要的基质成分,在许多方面促进肿瘤的进展,是可分泌和降解ECM的主要细胞,同时也分泌大量的细胞因子、趋化因子和胞外体。一般来说,CAFs通过释放多种ECM蛋白和调节分子在肿瘤发生和癌症进展过程中起着重要作用(Sun et al., 2022)。据报道,GC特别是未分化的GC,常表现为过度纤维化,伴有大量CAFs浸润(图7)。

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图7 CAFs与CG的相互作用(Oya et al., 2020)。

3、内皮细胞与间充质干细胞

众所周知,血管生成可为TME提供营养和氧气,促进肿瘤生长,而内皮细胞在这一过程中起着重要作用(Butler et al., 2010)。抗血管生成的VGFR单克隆抗体和TKI是晚期GC的治疗方案之一。

骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC)作为一种多能干细胞,在肿瘤中可分化为成纤维细胞,并在某些肿瘤中进一步表现出抑瘤功能,这与MSCs在不同肿瘤中的异质性和诱导分化方向形成鲜明对比,但MSC在GC肿瘤微环境中的异质性有待进一步阐明。

结束语

总而言之,微环境中的免疫细胞和非免疫细胞成分通过多种机制诱导肿瘤免疫耐受,在GC的发生和发展中起着重要作用。因此,有针对性地干预GC微环境中免疫耐受的关键环节,有望成为治疗GC的有效策略。迄今为止,这种治疗主要包括CAR修饰细胞疗法、中药、单体药物、溶瘤病毒和其他生物制剂。

参考文献

Butler JM, Kobayashi H, Rafii S. Instructive role of the vascular niche in promoting tumour growth and tissue repair by angiocrine factors. Nat Rev Cancer. 2010;10(2):138-146.

Du Y, Wei Y. Therapeutic Potential of Natural Killer Cells in Gastric Cancer. Front Immunol. 2019;9:3095.

Liu Y, Li C, Lu Y, et al. Tumor microenvironment-mediated immune tolerance in development and treatment of gastric cancer. Front Immunol. 2022;13:1016817.

Matsueda S, Graham DY. Immunotherapy in gastric cancer. World J Gastroenterol. 2014;20(7):1657-1666.

Moreira AM, Pereira J, Melo S, et al. The Extracellular Matrix: An Accomplice in Gastric Cancer Development and Progression. Cells. 2020;9(2):394.

Oya Y, Hayakawa Y, Koike K. Tumor microenvironment in gastric cancers. Cancer Sci. 2020;111(8):2696-2707.

Sung H, Ferlay J, Siegel RL, et al. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries. CA Cancer J Clin. 2021;71(3):209-249.

Sun H, Wang X, Wang X, Xu M, Sheng W. The role of cancer-associated fibroblasts in tumorigenesis of gastric cancer. Cell Death Dis. 2022;13(10):874.

Yang Y, Meng WJ, Wang ZQ. Cancer Stem Cells and the Tumor Microenvironment in Gastric Cancer. Front Oncol. 2022;11:803974.

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