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纖維化腫瘤微環(huán)境

2023-08-07 15:29

前言

近十年來，腫瘤免疫治療取得了顯著的成功。然而，高響應(yīng)率只體現(xiàn)在血液系統(tǒng)腫瘤，實(shí)體瘤的臨床應(yīng)用也僅限于少數(shù)有反應(yīng)的惡性腫瘤。反應(yīng)不佳的實(shí)體瘤顯示出腫瘤細(xì)胞和周圍微環(huán)境（TME）的顯著異質(zhì)性。

TME內(nèi)的纖維化基質(zhì)會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)硬的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白（ECM）傳遞強(qiáng)有力的信號(hào)，鼓勵(lì)腫瘤細(xì)胞逃避任何免疫治療的攻擊。一些實(shí)體瘤類型，特別是與廣泛的纖維化腫瘤間質(zhì)相關(guān)的實(shí)體瘤類型對(duì)免疫療法反應(yīng)不佳，例如胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）。炎癥衍生慢性纖維化作為其易感因素的癌癥，如肝細(xì)胞癌、乳腺癌，對(duì)免疫治療的反應(yīng)較弱。腫瘤相關(guān)纖維化由癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）介導(dǎo)的ECM重塑，從而導(dǎo)致復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的基質(zhì)變化。纖維化基質(zhì)如膠原I和IV、纖連蛋白、層粘連蛋白、透明質(zhì)酸、彈性蛋白和非結(jié)構(gòu)基質(zhì)細(xì)胞蛋白如CCN家族成員細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)因子1（CCN1）和細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)因子2（CCN2）、腱糖蛋白C（TNC）的過度沉積，導(dǎo)致基質(zhì)重塑并隨后釋放蛋白酶，如金屬蛋白酶（MMPs）和組織蛋白酶。此外，腫瘤相關(guān)免疫細(xì)胞也主要通過合成蛋白酶、細(xì)胞因子和一定程度上的ECM蛋白來參與纖維化基質(zhì)的形成。這些纖維化基質(zhì)通過多種機(jī)制阻礙免疫的效果。

纖維化腫瘤微環(huán)境

纖維化是由慢性炎癥引起的，導(dǎo)致過度的組織重塑和修復(fù)。與正常傷口愈合類似，在腫瘤附近募集的組織駐留成纖維細(xì)胞通過TGF-β等細(xì)胞因子分化為肌成纖維細(xì)胞（?-SMA+，F(xiàn)AP+）表型。成纖維細(xì)胞被激活成為肌成纖維細(xì)胞，并產(chǎn)生過多的ECM成分，如I型膠原。這種由異常ECM硬化定義的組織重塑，由過度活躍的膠原交聯(lián)酶介導(dǎo)，傳遞破壞器官正常生理功能的異常線索。換句話說，腫瘤不僅僅是一團(tuán)轉(zhuǎn)化的細(xì)胞，而且還具有纖維化的微環(huán)境。事實(shí)上，這種纖維化微環(huán)境是炎癥的產(chǎn)物，不僅富含肌成纖維細(xì)胞和堅(jiān)硬的ECM，而且具有高活性細(xì)胞因子和生長因子，它們共同決定了腫瘤對(duì)治療反應(yīng)的總體行為。

這些分化/激活的肌成纖維細(xì)胞被歸類為CAF，積極產(chǎn)生纖維細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，如膠原蛋白，這些膠原蛋白使用賴氨酰羥化酶2（LH2）和賴氨酰氧化酶（LOXs）交聯(lián)，產(chǎn)生硬基質(zhì)。在PDAC中，LOX的mRNA表達(dá)增加對(duì)TME中CD8+T細(xì)胞的浸潤產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，TGF-β信號(hào)激活的CAFs還產(chǎn)生基質(zhì)細(xì)胞蛋白，如CCN1、CCN2，以及各種生長因子，如VEGF、PDGF，這些生長因子被證明與抗腫瘤治療耐藥性有關(guān)。CAFs是最豐富的基質(zhì)細(xì)胞，在與免疫細(xì)胞共存時(shí)，它們直接和間接影響腫瘤免疫相互作用。

腫瘤纖維化的類型

腫瘤纖維化反應(yīng)可以分為2種類型：結(jié)締組織增生（腫瘤周圍）和腫瘤內(nèi)纖維化。

一些實(shí)體瘤以纖維化為特征，表現(xiàn)出與病理性纖維化相似而又不同的纖維化特征。這種纖維化間質(zhì)被稱為結(jié)締組織增生，是許多極惡性癌癥的標(biāo)志。它是由生長因子、趨化因子和細(xì)胞因子驅(qū)動(dòng)的，這些細(xì)胞因子在腫瘤間質(zhì)中沉積ECM蛋白。這種沉積是在基質(zhì)細(xì)胞的幫助下完成的，例如癌癥相關(guān)的成纖維細(xì)胞和腫瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞，這兩種細(xì)胞在整個(gè)非惡性細(xì)胞庫中占主導(dǎo)地位。眾所周知，結(jié)締組織增生是干擾藥物滲透到腫瘤中的物理屏障。此外，促結(jié)締組織增生性癌癥，如BC、PDAC對(duì)免疫療法提出了獨(dú)特的臨床挑戰(zhàn)，因?yàn)檫^量的ECM沉積積極促進(jìn)免疫抑制微環(huán)境。

腫瘤內(nèi)纖維化是指存在于腫瘤邊界內(nèi)的纖維間質(zhì)。它被視為一種組織學(xué)表現(xiàn)，影響腎細(xì)胞癌（RCC）、BC、肺癌、結(jié)直腸癌等纖維化實(shí)體瘤的預(yù)后。當(dāng)腫瘤內(nèi)的膠原以可區(qū)分的輪輻狀模式排列時(shí)，稱為纖維化病灶（FF）。纖維灶是膠原生物合成的一個(gè)位點(diǎn)，存在于被癌細(xì)胞包圍的腫瘤中心。腫瘤內(nèi)的這種纖維化區(qū)域代表了慢性傷口愈合反應(yīng)，在許多實(shí)體瘤中與化療耐藥性有關(guān)。此外，腫瘤內(nèi)纖維化被認(rèn)為在腫瘤中施加機(jī)械力，腫瘤內(nèi)的物理壓力增加導(dǎo)致血管滲漏，最終阻礙治療藥物的輸送——這是成功免疫治療的另一個(gè)可能障礙。

另一種觀察到的腫瘤內(nèi)纖維化是“腫瘤基質(zhì)軌道”，它將腫瘤細(xì)胞分離成聚集體或“巢”和叉指狀基質(zhì)。這些軌跡主要存在于早期腫瘤中，但隨著腫瘤成熟也會(huì)保留，并參與腫瘤血管生成和轉(zhuǎn)移。這些基質(zhì)軌道在基底膜排列，由纖連蛋白、XII型膠原、TNC分子以及含有波形蛋白和SMA的成纖維細(xì)胞組成。

纖維化TME如何影響免疫治療

在腫瘤相關(guān)纖維化中，細(xì)胞和非細(xì)胞成分作為一個(gè)整體或單獨(dú)對(duì)免疫治療劑進(jìn)行累積干擾。

CAFs

CAFs是腫瘤微環(huán)境中存在的最豐富的基質(zhì)細(xì)胞，間質(zhì)內(nèi)存在的CAFs表現(xiàn)出復(fù)雜的功能和表型異質(zhì)性。CAFs在修飾免疫TME中的作用已有廣泛研究，表達(dá)MHC-II的抗原遞呈CAFs（apCAFs）直接將幼稚的CD4+T細(xì)胞誘導(dǎo)為Tregs，從而抑制細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞的增殖。CAFs的免疫調(diào)節(jié)分泌，包括CXCL8-10、TGF-β、IL-6、IL-10等，調(diào)節(jié)先天免疫反應(yīng)。此外，CAFs還通過誘導(dǎo)TME中TAM和MDSC的活性來促進(jìn)免疫抑制。此外，CAFs還具有PD-L1等免疫檢查點(diǎn)分子，誘導(dǎo)T細(xì)胞耗竭。

總之，CAFs通過多種機(jī)制干擾免疫療法反應(yīng)，最終導(dǎo)致免疫抑制微環(huán)境的形成。因此，CAFs也成為改善免疫療法整體治療反應(yīng)的潛在靶點(diǎn)。

ECM

免疫療法的治療結(jié)果取決于T淋巴細(xì)胞能否成功浸潤到腫瘤區(qū)域。ECM的結(jié)構(gòu)，特別是高度交聯(lián)的膠原基質(zhì)，被認(rèn)為與確定這些TIL遷移到腫瘤中的程度有關(guān)。例如，在PDAC中，具有高ECM的腫瘤細(xì)胞中T細(xì)胞浸潤較少。最近使用3D培養(yǎng)技術(shù)顯示，TIL的活性，特別是CD8+TIL的活性，很大程度上受三陰性乳腺癌（TNBC）腫瘤標(biāo)本中膠原密度的影響。當(dāng)使用賴氨酰氧化酶抑制劑攻擊膠原交聯(lián)時(shí)，它緩解了PDAC臨床前腫瘤模型中的腫瘤硬化，改善了T細(xì)胞遷移和PD-1免疫治療。

ECM介導(dǎo)的缺氧

腫瘤相關(guān)纖維化導(dǎo)致的硬化ECM在TME內(nèi)及其周圍產(chǎn)生缺氧條件。缺氧被證明是導(dǎo)致癌癥進(jìn)展、轉(zhuǎn)移以及治療失敗的原因之一。在免疫療法的背景下，缺氧與產(chǎn)生高度免疫抑制的微環(huán)境有關(guān)。

缺氧的主要標(biāo)志物是缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）-1?，當(dāng)其穩(wěn)定時(shí)可促進(jìn)血管生成。缺氧作為一種整體現(xiàn)象，最近被證明與頭頸部癌癥對(duì)PD-1阻斷免疫治療的耐藥性有關(guān)。一種理論是，HIF-1?直接上調(diào)PDL-1免疫檢查點(diǎn)分子，從而干擾治療效]。另一種理論是，HIF1?通過進(jìn)行表觀遺傳學(xué)修飾來抑制效應(yīng)T細(xì)胞和NK細(xì)胞的活性，從而調(diào)節(jié)抗腫瘤免疫療法。

機(jī)械傳遞導(dǎo)致免疫功能障礙

在腫瘤中，堅(jiān)硬的ECM功能不僅作為腫瘤細(xì)胞組織的支架，而且還提供激活各種免疫抑制途徑的關(guān)鍵機(jī)械傳遞。最常見的激活途徑通過整合素，整合素作為機(jī)械傳感器，對(duì)CAFs、腫瘤和免疫細(xì)胞具有功能活性，主要介導(dǎo)粘附信號(hào)通路。在免疫治療方面，整合素通過TGFβ-SOX4途徑激活腫瘤免疫逃逸，限制T細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤殺傷。此外，在多種癌癥中，活化的整合素TGF-β信號(hào)級(jí)聯(lián)也與降低CD8+T細(xì)胞的腫瘤殺傷能力有關(guān)。

另一個(gè)因ECM硬度而被激活的重要信號(hào)軸是YAP/TAZ機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，也稱為Hippo信號(hào)通路。活化YAP/TAZ的存在對(duì)免疫細(xì)胞，特別是T細(xì)胞的功能和活性有多種影響。在黑色素瘤中，YAP表達(dá)升高增強(qiáng)了Treg細(xì)胞的免疫抑制活性，也增加了PD-L1的表達(dá)。YAP還參與調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中效應(yīng)T細(xì)胞、TMAs和MDSCs的功能。

小結(jié)

總的來說，整個(gè)纖維化反應(yīng)直接和間接地影響了免疫療法的治療反應(yīng)。纖維化反應(yīng)的成分、腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的相互作用是復(fù)雜的，并且相互關(guān)聯(lián)。在任何情況下，腫瘤相關(guān)纖維化是否阻斷細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞的活性或增強(qiáng)免疫抑制調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活動(dòng)，是免疫治療方案成功還是失敗的最終決定因素。

參考文獻(xiàn)：

1. Tumor-AssociatedFibrosis Impairs the Response to Immunotherapy. Matrix Biol.2023 Apr18;S0945-053X(23)00050-1.

原文標(biāo)題 : 纖維化腫瘤微環(huán)境