癌癥-免疫循環(huán)，為腫瘤免疫治療提供思路

基因泰克的Ira Mellman在《Immunity》闡述了“Cancer-Immunity ”循環(huán)，為業(yè)界開發(fā)腫瘤免疫治療提供了一些思考。癌癥-免疫循環(huán)為理解產(chǎn)生抗腫瘤免疫反應(yīng)的一系列事件提供了一個框架。它強(qiáng)調(diào)反應(yīng)的迭代性質(zhì)，即T細(xì)胞殺死腫瘤細(xì)胞會引發(fā)后續(xù)輪次的抗原呈遞和T細(xì)胞刺激，維持活躍的免疫力并使其適應(yīng)腫瘤進(jìn)化。循環(huán)的任何一步都可能成為限速因素，使免疫系統(tǒng)無法控制腫瘤的生長。Ira Mellman根據(jù)過去十年取得的進(jìn)展更新了癌癥-免疫循環(huán)，拆解了腫瘤免疫的許多步驟：腫瘤抗原釋放、抗原呈遞、進(jìn)入淋巴結(jié)后的T細(xì)胞活化、循環(huán)T細(xì)胞從外周血進(jìn)入腫瘤、T細(xì)胞腫瘤浸潤、二次抗原激活T細(xì)胞、細(xì)胞毒性T細(xì)胞發(fā)揮抗腫瘤的作用。對檢查點(diǎn)抑制機(jī)制的理解已經(jīng)演變，也改變了對DC在維持抗腫瘤免疫方面作用的看法。此外，還解釋了腫瘤微環(huán)境在促進(jìn)而不僅僅是抑制抗癌反應(yīng)中的作用，并討論了考慮腫瘤的免疫表型（“免疫類型”）的重要性。雖然這些新的見解增加了循環(huán)的一些復(fù)雜性，但它們也為研究和治療干預(yù)提供了新的目標(biāo)。

盡管免疫系統(tǒng)在癌癥中的作用已經(jīng)研究了幾十年，但目前的興趣激增是由臨床觀察到的結(jié)果推動的，這些結(jié)果始于使用針對免疫檢查點(diǎn)的CTLA4和PD-L1-PD-1的抗體治療的患者。2013年引入癌癥-免疫循環(huán)(CI循環(huán))表明，T細(xì)胞既不應(yīng)答也不獨(dú)立工作，但存在于一系列步驟的背景下，其中一些甚至是免疫系統(tǒng)和癌癥的外在步驟。這些步驟是在一個循環(huán)中聯(lián)系在一起的，這意味著(1)任何單個步驟都有可能限制產(chǎn)生佳免疫的速率，(2)成功的抗癌免疫有可能在反應(yīng)過程中自我加強(qiáng)。即使是創(chuàng)造“合成免疫”的治療策略，如過繼細(xì)胞療法、免疫細(xì)胞結(jié)合抗體的使用或CAR-T/TCR-T細(xì)胞療法，也必須在CI循環(huán)的背景下發(fā)揮作用。

在過去的10年里，人們更加關(guān)注CI循環(huán)每一步背后的機(jī)制，在某些情況下，研究改變了一些長期持有的假設(shè)(例如，T細(xì)胞耗竭的重要性)。然而，對這些步驟的基本理解現(xiàn)在才開始趕上臨床數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)既振興了該領(lǐng)域，又提供了重要的機(jī)制見解。這一差距也在縮小，因?yàn)樵趯ふ?/span>PD-1軸以外的有效治療藥物方面的進(jìn)展速度已經(jīng)放緩。然而，發(fā)現(xiàn)新療法的潛力非常大，但隨著人們對周期的每個步驟以及它們是如何結(jié)合在一起的更多地了解，發(fā)現(xiàn)的速度將會提高。這里總結(jié)理解每個步驟方面的進(jìn)展，并確定下一個10年的關(guān)鍵未知、挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

CI循環(huán)框架與腫瘤環(huán)境

CI循環(huán)的基本框架自引入以來保持不變，包括隨后的修改，強(qiáng)調(diào)血液來源的T細(xì)胞在到達(dá)腫瘤本身之前必須經(jīng)常穿過間質(zhì)屏障。然而，根據(jù)工作，需要強(qiáng)調(diào)一些重要的新概念。

即使在個別癌癥適應(yīng)癥中，腫瘤仍可被視為呈現(xiàn)不同的免疫表型。免疫炎癥、免疫排斥和免疫沙漠三種經(jīng)典免疫類型分別被定義為含有豐富免疫浸潤物的腫瘤、T細(xì)胞浸潤性僅限于腫瘤間質(zhì)而不是腫瘤實(shí)質(zhì)的腫瘤，以及不表現(xiàn)免疫浸潤性的腫瘤。免疫表型在不同的適應(yīng)癥中出現(xiàn)的頻率不同。例如，未經(jīng)治療的前列腺癌、結(jié)腸癌和黑色素瘤常分別表現(xiàn)為沙漠表型、排斥表型和炎癥表型。然而，重要的是要認(rèn)識到，在這些適應(yīng)癥中的任何一種不同的患者中也會出現(xiàn)所有這三種免疫類型；這適用于所有類型的實(shí)體腫瘤，無論其來源如何。因此，免疫表型繼續(xù)代表著一個有用的框架，以了解應(yīng)答和缺乏應(yīng)答的機(jī)制基礎(chǔ)，并指導(dǎo)未來的研究。由于導(dǎo)致這些免疫類型的機(jī)制對于開發(fā)更好的免疫療法至關(guān)重要，將腫瘤簡單地稱為“熱”(存在T細(xì)胞)或“冷”(不存在T細(xì)胞)是過于簡單化的，確實(shí)具有誤導(dǎo)性。例如，免疫排斥的腫瘤有T細(xì)胞，但T細(xì)胞在空間上受到腫瘤細(xì)胞的限制，因此通常對檢查點(diǎn)抑制具有抵抗力。

三種主要的免疫類型——免疫沙漠(藍(lán)色)、免疫排斥(黃色)和炎癥(紅色)。在免疫沙漠中，TME內(nèi)明顯缺乏任何免疫細(xì)胞，這可能與免疫細(xì)胞的排斥或遷移有關(guān)(或者更被動地，缺乏有吸引力的趨化因子)。在免疫排斥腫瘤中，抑制性間質(zhì)和細(xì)胞外基質(zhì)的存在可能會阻止T細(xì)胞有效地遷移到與癌細(xì)胞直接接觸的地方，使它們被排除在實(shí)際的癌細(xì)胞巢之外。在炎性腫瘤中，刺激性免疫細(xì)胞的存在，包括瘤周或瘤內(nèi)TLS，可能為TIL提供額外的刺激，增加其功能、生存和增殖。

腫瘤微環(huán)境(TME)似乎在決定免疫類型、免疫軌跡和腫瘤命運(yùn)方面起著關(guān)鍵作用。不僅是T細(xì)胞，而且天然免疫系統(tǒng)的細(xì)胞(如單核細(xì)胞、粒細(xì)胞、NK細(xì)胞)和非免疫細(xì)胞(如癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞或CAF)都具有特殊的重要性。

有些自相矛盾的是，TME還可以促進(jìn)抗癌免疫，部分是通過產(chǎn)生腫瘤周圍淋巴聚集體或三級淋巴結(jié)構(gòu)(TLS)，這與更好的T細(xì)胞反應(yīng)和臨床結(jié)果有關(guān)。TLSs的組成和頻率正在成為與免疫治療反應(yīng)相關(guān)的關(guān)鍵特征，或許反映了它們在放大TME中抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)方面的作用。

對循環(huán)的理解中，戲劇性的概念變化與其基本的特征之一有關(guān)：T細(xì)胞室的功能及其由DC調(diào)節(jié)。腫瘤中的T細(xì)胞功能障礙通常與耗竭的T細(xì)胞(Tex細(xì)胞)的積累有關(guān)，Tex細(xì)胞是指活著但效應(yīng)活性降低的細(xì)胞。Tex細(xì)胞的特征是多種共抑制受體的表達(dá)增加，其中重要的是PD-1，但也包括LAG3、TIM3和TIGIT；這些受體也是T細(xì)胞激活的標(biāo)志。然而，鑒于它們在衰竭狀態(tài)下的表達(dá)增加，普遍認(rèn)為，阻斷共抑制受體與其各自受體結(jié)合的能力將逆轉(zhuǎn)衰竭，重振抗腫瘤活性。對于PD-1和TIGIT來說尤其如此，它們的配體在腫瘤細(xì)胞上往往增加。如果沒有這種逆轉(zhuǎn)，認(rèn)為Tex細(xì)胞作為效應(yīng)器將保持次優(yōu)活性，因?yàn)樗鼈兊募?xì)胞溶解因子(如顆粒酶)和細(xì)胞因子的含量很低。

然而，在過去的幾年里，關(guān)于檢查站抑制的作用的看法發(fā)生了很大的變化。Tex細(xì)胞獲得了不容易逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重改變的表觀遺傳狀態(tài)。因此，它們可能反映了一條終末分化路徑，該路徑不太可能是檢查點(diǎn)抑制的或相關(guān)的目標(biāo)。此外，就PD-1而言，PD-L1的重要來源可能不是腫瘤細(xì)胞，而是刺激腫瘤特異性T細(xì)胞的抗原提呈DC細(xì)胞。因此，檢查點(diǎn)阻斷可能不是為了逆轉(zhuǎn)衰竭，而是為了防止衰竭表型的發(fā)展，并在T細(xì)胞終末分化途徑的早期這樣做。此外，這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)DC不僅可能在引流淋巴結(jié)(dLN)中啟動或激活T細(xì)胞反應(yīng)，而且在支持到達(dá)腫瘤后的T細(xì)胞反應(yīng)中也可能發(fā)揮關(guān)鍵作用。

除了檢查點(diǎn)抑制劑，其中3個生物靶點(diǎn)已被批準(zhǔn)用于臨床(靶向CTLA4、PD-L1/PD-1、LAG-3)或正在進(jìn)行晚期臨床試驗(yàn)(靶向TIGIT)，在過去的十年中，還沒有任何真正的治療突破通過改變內(nèi)源性腫瘤免疫來發(fā)揮作用。癌癥疫苗在轉(zhuǎn)移前的新進(jìn)展可能預(yù)示著下一步的重大進(jìn)展。

鑒于DC現(xiàn)在被認(rèn)為不僅是在CI循環(huán)早期(包括內(nèi)源性和接種后)啟動T細(xì)胞反應(yīng)的關(guān)鍵，而且也是維持T細(xì)胞反應(yīng)的關(guān)鍵，DC激活或“成熟”的調(diào)節(jié)正在重新成為驅(qū)動CI循環(huán)的關(guān)鍵因素。在這一點(diǎn)上，I型IFN可能是重要的成分，以及誘導(dǎo)干擾素反應(yīng)的各種藥物(例如，STING、免疫原性脂質(zhì)、某些TLR配體、胞質(zhì)傳感器如MDA5和RIG-I，DNA損傷反應(yīng)元件)。

在合成免疫領(lǐng)域，CAR-T細(xì)胞和CD3導(dǎo)向的T細(xì)胞接合器已成為通過繞過產(chǎn)生內(nèi)源性T細(xì)胞反應(yīng)的需要而改變惡性血液病CI循環(huán)的有效和得到廣泛認(rèn)可的方法。這些方法仍然必須協(xié)商CI循環(huán)的效應(yīng)端，受到免疫抑制機(jī)制的制約，至少在過繼細(xì)胞治療的情況下，DC顯然需要優(yōu)化活性。事實(shí)上，過繼轉(zhuǎn)移的T細(xì)胞(在小鼠模型中)可導(dǎo)致內(nèi)源性T細(xì)胞對注射細(xì)胞以外的抗原產(chǎn)生內(nèi)源性T細(xì)胞反應(yīng)(“抗原擴(kuò)散”)。這一觀察結(jié)果與CI循環(huán)的一個核心預(yù)測一致：T細(xì)胞殺傷導(dǎo)致新的或現(xiàn)有T細(xì)胞反應(yīng)的持續(xù)和啟動。

鑒于這些重大進(jìn)展，有必要修改CI循環(huán)的觀點(diǎn)，以包括TME，特別是DC在調(diào)節(jié)和維持抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)中的關(guān)鍵作用。當(dāng)dLN來源的T細(xì)胞進(jìn)入腫瘤時(CI循環(huán)的第5步)，發(fā)生在腫瘤部位的“子循環(huán)”能說明這一點(diǎn)。這些T細(xì)胞遇到的抗原提呈細(xì)胞(尤其是DC)散布在腫瘤實(shí)質(zhì)、腫瘤相關(guān)淋巴集合體或形態(tài)可識別的TLS中。然后T細(xì)胞可能會擴(kuò)增和分化，導(dǎo)致直接的腫瘤細(xì)胞殺傷，并可能啟動CI循環(huán)的局部TME“漩渦”。這一觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了TME在支持和抑制癌癥免疫方面的更重要和更復(fù)雜的作用(CI循環(huán)步驟5、6、7)?？梢韵胂?，這一作用意味著一系列新的潛在治療靶點(diǎn)。多種刺激和抑制因素可以影響癌癥免疫循環(huán)每一步的成敗。在這里，在每個步驟中提供精選的示例。綠色顯示的刺激因素促進(jìn)免疫，而紅色顯示的抑制因子有助于抑制反應(yīng)，用黑色表示的因素可能是刺激因素，也可能是抑制因素。這些列出的因素并不代表一個全面的清單。

TME中DCs的免疫刺激作用

由于DC具有無與倫比的啟動和擴(kuò)展抗原特異性的CD4和CD8 T細(xì)胞應(yīng)答的能力，因此在CI循環(huán)中仍然是不可或缺的。在過去的十年中，各種DC亞群和群體的定義和功能鑒定取得了很大的進(jìn)展。傳統(tǒng)的DC1(cDC1)群體仍然是CD8 T細(xì)胞腫瘤免疫的重要的啟動者，至少部分反映了它們從腫瘤床到dLN的運(yùn)輸能力，在MHC I類上交叉呈現(xiàn)內(nèi)在化腫瘤抗原的能力，以及刺激初始CD8 T細(xì)胞的能力。這些或其他遷移細(xì)胞也可能以某種方式將腫瘤抗原傳遞給dLN駐留的DC，這代表了抗原交叉呈遞到MHC I類和II類分子上的T細(xì)胞的第二種選擇。其他兩類DC也存在，盡管它們的作用不太明確。cDC2通常與MHC II類分子的呈遞和刺激CD4反應(yīng)有關(guān)。cDC3也被稱為CCR7 DC或mRegDC，也存在于腫瘤內(nèi)和dLN中，可以遷移，可能根據(jù)環(huán)境介導(dǎo)免疫刺激或調(diào)節(jié)功能。

DC在腫瘤中的定位顯然是抗癌免疫反應(yīng)的主要決定因素。那些腫瘤是“免疫沙漠”的患者對免疫治療幾乎完全沒有反應(yīng)，也沒有任何T細(xì)胞滲透，這表明沒有持續(xù)的免疫反應(yīng)。這些腫瘤也缺乏DC，這可能是缺乏反應(yīng)的主要原因。這種可能性已經(jīng)在小鼠模型中得到了一些實(shí)驗(yàn)支持。如果DC滲透失敗是產(chǎn)生免疫沙漠免疫型的罪魁禍?zhǔn)?，那么了解這種失敗的原因和可能的機(jī)械解決方案應(yīng)該會揭示潛在的治療干預(yù)途徑。

DC在免疫和耐受之間保持平衡，在癌癥背景下，這可能是一把雙刃劍。無論是什么亞群，DC都必須收到一個激活信號，以啟動一個“成熟”的終末分化過程，將DC從抗原積累模式轉(zhuǎn)換為抗原遞呈模式。當(dāng)這是促炎或炎性刺激時，成熟的DC促進(jìn)免疫，調(diào)節(jié)到刺激的確切性質(zhì)；當(dāng)不是時，DC促進(jìn)耐受。因此，為了產(chǎn)生有效的抗癌反應(yīng)，積累抗原的DC必須接受適當(dāng)?shù)募せ钚盘柣蜃魟Ｈ绻?/span>TME的炎癥性不足，DC將不太可能成熟或產(chǎn)生抗腫瘤T細(xì)胞。雖然耐受DC的身份仍不確定，但即使在沒有明顯炎癥刺激的情況下，成熟也會在穩(wěn)定狀態(tài)下發(fā)生，因?yàn)樵?/span>dLN和脾中可以發(fā)現(xiàn)表型成熟的DC(MHC II和CD86升高)。這些DC可能缺乏導(dǎo)致耐受的某些特征(細(xì)胞因子產(chǎn)生，高共刺激受體配體)。具有免疫調(diào)節(jié)特性的成熟DC(mRegDCs，CCR7 DCs)的發(fā)現(xiàn)可能在這方面特別有意義。

越來越清楚的是，DC，尤其是位于TME中的DC，在腫瘤中提供了額外的基本功能，即刺激和擴(kuò)增抗原承諾的記憶或效應(yīng)性T細(xì)胞。早期證據(jù)來自小鼠過繼細(xì)胞轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)，在有條件地去除DC的動物中，抗腫瘤效果減弱。類似地，編碼CAR-T靶點(diǎn)(claudin-6)的DC導(dǎo)向的mRNA“疫苗”增強(qiáng)了CAR-T功能。原位方法顯示，在人類和小鼠中，腫瘤內(nèi)的DC與CD4和/或CD8 T細(xì)胞(或全部三種)密切相關(guān)。

在免疫治療方面，DC表達(dá)PD-L1在控制T細(xì)胞反應(yīng)方面似乎也扮演著不成比例的重要作用也是比總PD-L1表達(dá)(包括腫瘤細(xì)胞表達(dá))更有效地預(yù)測人類癌癥患者反應(yīng)的指標(biāo)。由于DC提呈抗原，腫瘤中T細(xì)胞耗竭的開始可能在腫瘤本身受到控制。綜上所述，這些考慮強(qiáng)烈表明，DC在TME中的作用不僅限于將抗原從腫瘤轉(zhuǎn)移到dLNs，還確保腫瘤本身中抗原特異性T細(xì)胞的激活和擴(kuò)增。

CI循環(huán)在多個步驟指導(dǎo)T細(xì)胞分化和功能

T細(xì)胞可以在dLN和TME中被激活和進(jìn)一步刺激的可能性提出了關(guān)于T細(xì)胞分化和軌跡控制的重要問題。假設(shè)認(rèn)為T細(xì)胞的激活和擴(kuò)增只發(fā)生在dLN(CI循環(huán)的第3步)，這表明所有隨后的T細(xì)胞功能特征都是在那個位置確定的。因此，T細(xì)胞是否被指定為耗竭、效應(yīng)或記憶通路，將由dLN中的抗原提呈條件來確定。由于這一簡單的假設(shè)似乎不再正確，dLN可能只啟動或激活，而終末分化發(fā)生在腫瘤部位(步驟5的“子循環(huán)”)。也有可能所有這些活動都可以在兩個部位發(fā)生，在某些情況下，TLS可能作為TME中T細(xì)胞啟動的部位。

在腫瘤中由DC刺激的T細(xì)胞在T細(xì)胞功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用的可能性得到了在小鼠模型中的實(shí)驗(yàn)的支持。這也與在人類癌癥中的工作一致，該工作表明在腫瘤床中也發(fā)現(xiàn)了擴(kuò)增的T細(xì)胞克隆類型，盡管它分布在不同的T細(xì)胞表型中。在小鼠上的未發(fā)表的工作進(jìn)一步支持了這一解釋，表明dLN來源的CD8 T細(xì)胞相對于其TCR特異性是多克隆的，但包含在腫瘤到達(dá)后分化的單細(xì)胞狀態(tài)中。此外，對人類癌癥的研究表明，T細(xì)胞(CD4和CD8)可以與腫瘤中的DC一起形成簇或“三位一體”。在所有這些研究中，T細(xì)胞只有在到達(dá)腫瘤后才能實(shí)現(xiàn)終末分化(如，耗竭)。

雖然這里不能詳細(xì)考慮T細(xì)胞的分化和軌跡，但Tex細(xì)胞的發(fā)育顯然與CI循環(huán)的功能有關(guān)。修訂后的觀點(diǎn)將表明T