結直腸癌患者免疫耐藥與腫瘤微環(huán)境的相關研究進展

代 兄 ,張惠潔

(1.內蒙古醫(yī)科大學第三臨床醫(yī)學院,內蒙古 包頭 014010; 2.內蒙古包鋼醫(yī)院腫瘤內科)

結直腸癌(colorectal cancer,CRC)是我國最常見的惡性腫瘤之一,在人群中的發(fā)病率及病死率逐漸上升。由于早期癥狀不明顯,病情進展較快,85 %以上的CRC發(fā)現(xiàn)時即為中晚期,即使經過手術、放化療、靶向治療等綜合治療,患者5年生存率仍低于40 %[1]。近年來,通過對CRC發(fā)病機制的不斷探索,多項研究[1]已證實腫瘤免疫逃逸與CRC的發(fā)生、發(fā)展有密切關系。免疫治療通過增強機體的免疫力,從而提高免疫系統(tǒng)識別、監(jiān)視和清除腫瘤的能力,有望成為抗腫瘤治療的主要方法。腫瘤免疫應答時,T細胞是抗擊腫瘤的關鍵因素,它們的完全活化除取決于抗原刺激信號外,還需共刺激信號的參與。正向共刺激分子和負向共抑制分子均表達于T細胞的表面,其抑制性分子稱之為免疫檢查點[2]。程序性死亡配體-1(programmed cell death 1 ligand 1v-1,PD-L1)、細胞毒T 淋巴細胞相關蛋白4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)、淋巴細胞激活蛋白3(lymphocyte activation gene-3, LAG3)等負向調控免疫應答,均屬于抑制T細胞免疫的檢查點蛋白,參與免疫逃逸[3]。美國食品藥品監(jiān)督管理局于2017年批準免疫檢查點抑制劑(ICIs)用于治療MSI-H/dMMR型晚期CRC,而最新的KEYNOTE-177研究表明[4],帕博利珠單抗可以顯著改善mCRC患者的中位無進展生存期(mPFS)、客觀緩解率(ORR)及毒性,免疫治療后這些指標均優(yōu)于傳統(tǒng)的化療方案。盡管由于用藥交叉等原因帕博利珠單抗在總生存期(OS)方面的表現(xiàn)未能顯著優(yōu)于化療方案,但目前的結果支持帕博利珠單抗作為MSI-H/dMMR mCRC患者的一線治療藥物。雖然ICIs在CRC中已經顯示出一定的治療前景,但是其效果因患者而異。同期研究顯示,ICIs 在 DNA 錯配修復正常(proficiency of mismatch repair, PMMR) 、微衛(wèi)星穩(wěn)定 (microsatellite stability, MSS) 或微衛(wèi)星低度不穩(wěn)定(microsatellite instability-low, MSI-L)的mCRC中效果甚微,甚至無效[1]。此外,ICIs在dMMR /MSI-H 型mCRC中客觀有效率只有30 %～40 % ,且在疾病好轉后,仍會出現(xiàn)再次的進展,即對 ICIs 存在耐藥問題[5]。TME是指腫瘤得以發(fā)生、發(fā)展的土壤,包括內環(huán)境、外環(huán)境。許多研究顯示,TME通過各種機制參與促進CRC的發(fā)生、發(fā)展、免疫抑制和炎性反應,為介導CRC耐藥提供有利條件。為了找到CRC患者免疫耐藥的機制,筆者從TME方面相關機制綜述如下。

隨著研究的深入,越來越多的證據(jù)表明,CRC的發(fā)生和發(fā)展是由于腫瘤微環(huán)境中細胞之間復雜的相互作用所導致的遺傳和表觀遺傳變異所致。這種多基因、多因素、多分子信號參與的惡性積累過程,是導致CRC發(fā)病的重要機制。人體內部正常組織周圍的微環(huán)境是抵御腫瘤的重要防線,它能夠有效地阻止腫瘤的生長。腫瘤細胞可以通過募集腫瘤相關成纖維細胞、調控免疫細胞及其分泌因子、調控免疫系統(tǒng)及血管內皮細胞生長等方式來改變周圍的微環(huán)境,從而形成TME。TME是一種乏氧、低pH、慢性炎癥、免疫抑制及代謝異常的微環(huán)境,通過彼此的相互作用、相互促進,參與腫瘤發(fā)生發(fā)展及免疫耐藥性的產生。CRC患者對 ICIs 產生耐藥的相關機制將從以下幾個方面來論述。

1 耐藥機制

1.1腫瘤免疫原性改變 腫瘤抗原是腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中出現(xiàn)的過度表達的抗原物質,也是免疫系統(tǒng)識別癌細胞的靶點,這對于 ICIs 的抗腫瘤效果尤其重要。高腫瘤突變負荷(tumor mutation burden, TMB)經常伴隨新抗原的釋放, 在抗腫瘤免疫反應中發(fā)揮重要作用[6]。Giannakis 等[7]對179例CRC患者腫瘤樣本的分子特征進行研究,發(fā)現(xiàn)與pMMR-MSI-L型mCRC相比,dMMR/MSI-H型mCRC有更高的基因突變率, TMB更高。這就說明 TMB越高,采用PD-1/PDL-1抑制劑治療的效果越好。既往KEYNOTE-016[5]及 CheckMate-142[8]二線隊列研究結果均顯示 PD-1 單抗單藥治療 MSI-H型mCRC患者的療效約在 30 %～40 %,提示存在原發(fā)免疫耐藥,需要進一步細分和甄別MSI-H人群,尋找有效生物標志物。經過對22例 MSI-H mCRC型患者的研究發(fā)現(xiàn)[9],TMB水平可以較強地預測ICIs的治療效果,即高TMB的13例患者均獲得客觀緩解,而低 TMB的9例患者中有6例患者疾病進展,TMB不同的兩組患者的mPFS分別是未達到和2個月。這些研究進一步提示,將dMMR/MSI-H 表型與TMB、腫瘤新抗原、 MSI 的程度等多種因素綜合考慮,根據(jù)ICIs治療的不同敏感性劃分,將會成為未來研究的重要熱點。

1.2免疫細胞

1.2.1腫瘤浸潤性淋巴細胞 腫瘤浸潤性淋巴細胞(tumor infiltrating lymphocytes,TILs)是指存在于腫瘤微環(huán)境內的以T細胞為主的一類異質性淋巴細胞群體。TILs主要由T細胞、B細胞、自然殺傷細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞和髓系來源抑制細胞等組成,以T細胞成分為主。CD4+T 細胞主要分為Th細胞和Tr細胞。Th細胞又可分化為Th1、Th2等免疫細胞,Th細胞正常情況下通過分泌多種炎癥因子促進 B細胞、CD8+T 細胞及吞噬細胞等其他免疫細胞的功能[10]。有研究發(fā)現(xiàn),在 MSI-H/dMMR型CRC中CD4、CD8、Th1細胞相關基因(TBX21)、PD-L1的表達顯著高于pMMR-MSI-L CRC,在MSI-H/dMMR型CRC中,TBX21和PD-L1的表達呈正相關[11],且 TBX21+PD-L1-、TBX21+PD-L1+的CRC患者總生存期更長,這提示MSI-H/dMMR型CRC患者高表達TILs ,其抗腫瘤效應較高,腫瘤微環(huán)境更加活躍,更適合免疫治療。而MSS/PMMR等亞型的CRC患者TILs表達較低,對免疫治療效果不及MSI-H/dMMR型CRC患者,甚至產生免疫耐藥。

1.2.2髓源抑制性細胞 髓源抑制性細胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)是一類病理狀態(tài)下(如腫瘤)增殖和活化并具有免疫抑制能力的異質性的髓細胞群,包含巨噬細胞、幼稚粒細胞、早期骨髓細胞及不同分化階段的樹突狀細胞[12]。免疫抑制微環(huán)境在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到重要的驅動作用,其中,MDSCs 作為主要的抑制性免疫細胞群之一,對結直腸癌的發(fā)生發(fā)展起到關鍵作用。在CRC患者中,MDSCs 抑制細胞毒性T細胞功能的效應分子包括精氨酸酶1和氧化亞氮[13]。 在小鼠結直腸癌移植瘤模型中,MDSCs高表達的缺氧誘導因子 1α( HIF-1α) 可以誘導精氨酸酶 1 和T細胞活化的 V 域 Ig 抑制因子上調,還可以產生誘導型氧化亞氮合酶,促進 MDSCs介導的T細胞抑制[14]。MDSCs 通過多種途徑,如限制半胱氨酸的合成、精氨酸的分解、分泌免疫抑制因子(如TGF-β1)的分泌以及 VEGF 的表達來強烈抑制效應性T細胞和自然殺傷細胞的活性,并激活Tregs,從而介導免疫耐藥性,達到抗腫瘤的目的[14-15]。

1.2.3腫瘤相關巨噬細胞 腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophage, TAMs)是外周血單核細胞浸潤到實體腫瘤組織中而演變成的巨噬細胞,腫瘤的基質細胞中占很大的比例,是TME中重要的免疫細胞,可分泌多種蛋白酶、趨化因子、細胞因子等,促進腫瘤細胞的生長、侵襲、轉移[16]。在TME 中,巨噬細胞在成熟分化過程中表現(xiàn)出兩種不同的激活狀態(tài):經典活化型(M1型)和替代活化型(M2型),其中M2型TAMs 在腫瘤免疫耐藥和疾病進展中發(fā)揮著重要作用,它們可以顯著降低患者的總生存期,并且可能會導致不良的預后[17]。研究表明,M2型TAMs在TME中分泌的細胞因子、趨化因子、酶能刺激誘導Treg的產生,甚至可以募集天然的調節(jié)性 T 細胞,這兩種細胞都能夠發(fā)揮免疫抑制的作用,從而導致結直腸癌免疫耐藥[18]。TAMs 還可以通過募集其表面的 Fc 段受體,與抗 PD-1 抗體競爭性結合,導致免疫耐藥[19]。

1.3Wnt信號通路異常 Wnt/β-catenin信號通路在哺乳動物的許多生理過程中都扮演著至關重要的角色,而其異常激活可能會導致結直腸癌的發(fā)生和發(fā)展。 在小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn),β-catenin的高表達與腫瘤微環(huán)境CD103+樹突狀細胞降低存在關聯(lián)。其原因是Wnt/β-catenin信號通路誘導轉錄抑制因子AFT3的表達,AFT3明顯抑制CCL4基因的表達,CCL4是典型的一種CD103+樹突狀細胞的趨化因子,從而導致CD103+樹突狀細胞浸潤減少。因此,當抗原提呈細胞缺乏時,初始T細胞活化受阻,浸潤性T細胞減少,最終影響免疫應答[20]。經過1 000多例結腸癌患者的單細胞測序研究發(fā)現(xiàn),85 %MSI-H型CRC患者無法獲得免疫治療,這是由Wnt/β-catenin信號通路的異常傳導所致[29]。當Wnt/β-catenin信號通路被激活時,結腸癌中的免疫細胞數(shù)量會顯著減少,這也就意味著Wnt信號通路與T細胞浸潤之間存在負相關性[12]。以上表明Wnt/β-catenin信號通路負性調節(jié)免疫檢查點抑制劑的療效,從而導致了免疫耐藥。

1.4缺氧微環(huán)境 腫瘤微環(huán)境的主要特點是缺氧或氧利用減少,使多種缺氧蛋白出現(xiàn)基因變化,從而導致腫瘤發(fā)生。這一過程主要通過缺氧誘導因子(hypoxia inducible factor,HIF) 起作用,而HIF-1α不僅促進免疫相關細胞表達PD-L1,還通過增加TME中的腺苷促進免疫抑制環(huán)境的形成[21]。在缺氧環(huán)境下細胞外ATP明顯增多,并被CD39迅速代謝為ADP、AMP,隨后CD73致使AMP去磷酸化轉變成腺苷[22]。由此聚積的腺苷與腺苷受體 A1R、A2AR、A2BR和A3R結合后抑制了T細胞和NK細胞的效應,而且與免疫相關細胞相互作用誘導強烈的免疫抑制作用[22-23]。因此,靶向參與ATP降解的酶和腺苷受體,以及HIF(主要是HIF-1α和 HIF-2α)抑制劑可能成為提高ICIs療效的策略[22]。Tang等[24]研究還顯示,在缺氧條件下,癌癥相關成纖維細胞(cancer associated fibroblasts,CAFs)通過轉化生長因子和 HIF-1α 的協(xié)同作用,可誘導結直腸癌的免疫治療耐藥。

1.5炎癥微環(huán)境 炎癥是組成腫瘤微環(huán)境的重要部分,與腫瘤的發(fā)生與發(fā)展有密切關系。研究發(fā)現(xiàn),持續(xù)地暴露于腫瘤抗原和炎癥環(huán)境中,T細胞抑制性受體激活,效應因子缺失,致使其殺傷腫瘤細胞功能受損,從而形成抑制性的免疫微環(huán)境,導致免疫耐藥[25]。近年研究表明,炎性細胞因子與CRC發(fā)生發(fā)展密切相關,其中比較常見的有腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α, TNF-α)、核因子κB(nuclear factor-kappa B, NF-κB)、白細胞介素 6(interleukin 6 ,IL-6)、轉化生長因子β(transforming growth factor β, TGF-β)等細胞因子,在腫瘤細胞中,TGF-β可以誘導β-catenin的表達,從而轉錄調控寡糖基轉移酶復合物催化亞基 STT3 表達上調,促進PD-L1糖基化的增強,穩(wěn)定PD-L1蛋白的膜表達水平,促進腫瘤細胞免疫逃逸[26]。

1.6腫瘤代謝 在腫瘤進展過程中,腫瘤細胞通過代謝特征變化來滿足腫瘤微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)和快速生長的需求。Vasaikar等[27]進行的一項蛋白基因組學研究,探索了dMMR/MSI-H型mCRC的代謝,與其他亞型相比,蛋白質譜分析顯示MSI-H亞型CRC患者的糖酵解酶廣泛增加,而糖酵解與CD8+T細胞浸潤數(shù)量之間存在負相關,提示腫瘤細胞通過增加糖酵解來產生過多的乳酸,而乳酸是Warburg效應的關鍵產物,是CD8+T細胞的強效抑制劑。結果說明隨著腫瘤患者糖酵解增多,其乳酸的產生也會相應增多,而乳酸可以損害腫瘤微環(huán)境中T細胞的功能,可導致CRC患者的免疫治療耐藥。因此,可以考慮抑制腫瘤患者的糖酵解來克服MSI-H型CRC對免疫檢查點阻斷的抵抗力。

2 免疫耐藥的應對策略

2.1將“冷腫瘤”轉變?yōu)椤盁崮[瘤” 所謂冷腫瘤是指腫瘤微環(huán)境中浸潤性免疫細胞少,或免疫細胞難以滲透。相反地,熱腫瘤是指腫瘤微環(huán)境中有很多如T淋巴細胞等的抗腫瘤免疫細胞浸潤。冷腫瘤免疫細胞浸潤不足的最主要原因是腫瘤抗原低表達,促進腫瘤相關抗原暴露為有效的解決途徑。免疫聯(lián)合化療或者免疫耐藥后再予化療,過一段時間再使用免疫治療,不僅可以增加樹突細胞的交叉呈遞抗原作用,也可以弱化腫瘤微環(huán)境的免疫抑制成分[28-29]。

2.2雙免疫治療 雙免聯(lián)合使用可起到1+1>2的作用,其中最為常見的雙免治療為PD-1抑制劑聯(lián)合抗CTLA-4抗體,其可能原因是兩者作用機理不同。CheckMate-142[8]研究旨在探討MSI-H型mCRC患者的雙重免疫治療策略,這項研究比較了納武利尤單抗及納武利尤單抗聯(lián)合應用伊匹木單抗治療MSI-H型mCRC,研究發(fā)現(xiàn)雙免治療的ORR效果比僅采用一種免疫療法更好。

2.3免疫聯(lián)合靶向治療 通過靶向治療,能夠明顯看出腫瘤抗原暴露的增多,并且能夠與免疫治療相互配合,從而有效地激活T細胞的活性。而通過抗血管生成藥物的幫助,能明顯實現(xiàn)血管的正?；?降低免疫抑制性細胞活性,改變腫瘤微環(huán)境,從而達到治療的目的[30]。

2.4個體化免疫治療策略 通過分析腫瘤免疫微環(huán)境的組成特點,我們可以根據(jù)腫瘤細胞新抗原的產生、T細胞活化、局部抑制性微環(huán)境解除等特點開發(fā)出一系列根據(jù)患者個人情況進行的免疫治療,如溶瘤病毒、腫瘤疫苗、過繼性免疫細胞治療等。或許如同Provenge[31]一樣,CRC患者也可以嘗試這種自體免疫治療法,這種治療方法可以通過注射腫瘤抗原負載的樹突狀細胞進入體內產生主動免疫應答,增強機體對腫瘤抗原的處理能力,并激活免疫應答,從而達到治療腫瘤并預防復發(fā)的目的。

3 結論

ICIs在部分CRC患者中獲得了臨床療效,可以有效延長患者的總生存期,但其耐藥性也限制了ICIs的療效與應用。有大量研究表明,腫瘤免疫耐藥的產生與腫瘤細胞所處的微環(huán)境密切相關。在免疫治療中,TME的重要作用日漸凸顯。以上論述表明,腫瘤微環(huán)境中的多種細胞,如腫瘤細胞、免疫細胞、炎性細胞,以及脈管系統(tǒng)、癌細胞所處的特殊的乏氧、低pH、代謝異常的微環(huán)境均在腫瘤耐藥的過程中起到了十分重要的作用。毫無疑問,在過去的幾年中,CRC免疫治療也取得了長足的進步,基于KEYNOTE-177令人信服的數(shù)據(jù),FDA于2020年批準帕博利珠單抗靜脈輸注用于不可切除或MSI-H/dMMR mCRC患者的一線治療,并且不需要同時與化療聯(lián)用。2021年6月帕博利珠單抗正式獲得我國藥監(jiān)局批準,用于KRAS、NRAS、BRAF基因均為野生型,不可切除或MSI-H/dMMR mCRC患者的一線治療,開啟了國內CRC免疫治療新時代。然而,真正的關鍵挑戰(zhàn)是找到克服絕大多數(shù)pMMR-MSI-L mCRC患者免疫治療原發(fā)性耐藥的方法。與dMMR-MSI-H型CRC不同,占所有mCRC病例95 %的pMMR-MSI-L型mCRC具有低得多的TMB和免疫細胞的不良募集,導致對ICIS反應較差。為調節(jié)抑制性免疫微環(huán)境并改善免疫治療效果,很多研究嘗試了各種基于ICIs的策略,例如刺激腫瘤免疫和增強抗腫瘤活性的替代嘗試,包括過繼細胞治療和癌癥疫苗是積極研究的有希望的領域。當然,尋找敏感且特異性的生物標志物也是免疫治療的必然趨勢,這些問題尚有待繼續(xù)探討和進一步明確。相信隨著臨床工作者探索的不斷深入,未來越來越多的患者將會從免疫治療中獲益。