迈向癌症免疫治疗时代¶
摘要¶
癌症严重地影响了全世界人类的生活质量，并且癌症患者数量不断增加。在上个世纪，已经开发了许多治疗方法来提高癌症患者的生存率，但在真正治愈癌症之前仍需要取得实质性进展。近年来，抗肿瘤免疫已成为癌症研究中争论最多的话题，免疫治疗的蓬勃发展引领了癌症治疗的新纪元。在这篇综述中，作者描述了肿瘤与免疫系统之间的关系，以及免疫疗法的兴起。然后，作者通过展示抗体在临床中广泛使用的典型免疫分子和仍在研究中的抗体，总结了肿瘤相关免疫的特点和具有各种分子机制的免疫治疗策略。作者还讨论了从单个细胞到整个人体的重要元素，包括细胞突变和调节、代谢重编程、微生物组和免疫环境。此外，作者还介绍了针对癌症免疫疗法的诊断和治疗方法的新观察结果和技术进步。最后，作者讨论了对患者结果产生负面影响的争议和挑战。
1.背景¶
癌症是限制人类寿命的最大医学问题之一，也是全球患者和医生需要克服的主要挑战之一。在上个世纪，科学家们开发了多种癌症治疗方法，包括手术、放疗和化疗。尽管通过这些常规策略取得了很大进展，但许多癌症患者仍面临以下两个主要问题：一是由于临床症状不特异性或筛查设施不足导致诊断较晚导致疾病晚期；二是由于癌症快速扩散和/或耐药性导致常规治疗效果不佳。
近年来，免疫治疗已成为肿瘤治疗的主要焦点，因为它为进一步延长患者的总生存期 (OS) 并改善患者的生活质量提供了新思路 [ 1 , 2 ]。免疫疗法的历史可以追溯到 1893 年，当时美国外科医生 William Coley 发现活的或灭活的细菌可以引起肉瘤的缓解 [ 3 ]。然而，直到 20 世纪 80 年代和 90 年代，科学家们才发现免疫细胞与黑色素瘤之间的相互作用，并形成了癌症免疫治疗的概念[ 4 , 5]。基于癌症疫苗和免疫检查点抑制剂 (ICI) 等新疗法在临床上的显着获益 [ 6-8 ]，《Science》杂志将“ 癌症免疫疗法”选为 2013 年的“年度突破 9。此外，程序性死亡 1 (PD-1) 和细胞毒性 T 淋巴细胞相关抗原 4 (CTLA-4) 在癌症中的发现导致科学家 Tasuku Honjo 和 James Allison 在 2018 年获得了诺贝尔生理学或医学奖[ 10 ]。
肿瘤具有与其他病原体相似的免疫原性特征，同时还保留许多特定的生物反应。抗肿瘤免疫过程需要多种免疫细胞的参与。在大多数情况下，抗肿瘤免疫的第一步是将肿瘤相关抗原 (TAA) 暴露给抗原呈递细胞 (APC)，尤其是树突状细胞 (DC) 和巨噬细胞 [ 11 ]。在与人类白细胞抗原 (HLA) I 类和 II 类分子的复合物中，TAA 由 DC 分别呈递给 CD8+ T 细胞（细胞毒性 T 淋巴细胞，CTL）和 CD4^+^ 辅助性 T (Th) 细胞 [ 12 - 14 ]]。激活后，Th1 和 Th2 亚型细胞还能够通过分泌干扰素 (IFN) 和白细胞介素 (IL)-2 等细胞因子进一步激活 CTL [ 15 ]。然后，CTL 和先天免疫细胞，如自然杀伤 (NK) 细胞、自然杀伤 T (NKT) 细胞和 γδ T 细胞，被募集到肿瘤部位以发挥抗肿瘤作用 [ 16 ]。最近，报道了 B 细胞和滤泡辅助性 T (Tfh) 细胞在此过程中的重要作用 [ 17 , 18 ]。一份关于 CD4^+^ T 细胞的报告描述了在人膀胱癌中通过细胞因子介导的抗肿瘤细胞毒性 [ 19 ]。然而，大多数肿瘤细胞利用免疫耐受而不是被免疫监视消除 [ 15 ]。通常，肿瘤微环境(tumor microenvironment , TME)的状况和免疫细胞的浸润决定了恶性细胞在组织器官中的存活 20-24 。令人惊讶的是，大量的免疫细胞并没有在TME中发挥积极作用，而是积极参与癌症的免疫逃避，导致癌症与免疫细胞之间的关系极其复杂25-29 。此外，个体或细胞的异质性，如肿瘤突变负荷（TMB）、代谢状态、微生物组和其他特定特征，也对 TME 和免疫治疗的结果产生至关重要的影响。
根据当前的文献，在这篇综述中，作者讨论了与癌症和免疫相关的各种细胞内和细胞外因子以及调节因子。还讨论了解决癌症免疫治疗临床问题的最新可用技术和治疗方法，包括该领域的争议和局限性。
2.参与抗肿瘤免疫的典型分子及其临床应用¶
2.1 免疫检查点¶
2.1.1 已知的免疫检查点¶
CTLA-4 是第一个被鉴定为在 T 细胞上表达的负调节因子。T 细胞受体 (TCR) 参与后，T 细胞表面 CTLA-4 的表达上调，CTLA-4 被运输到免疫突触，最终在 T 细胞激活后 2 至 3 天达到峰值[ 30、31 ]。CTLA-4 比 T 细胞共刺激分子 CD28 具有更好的亲和力，通过竞争性结合其配体 CD80 (B7.1) 和 CD86 (B7.2) 来抑制 T 细胞功能，这两个配体也是 CD28 的主要配体 [ 32 , 33 ]。因此，CTLA-4 阻断的主要机制是释放 CD28 介导的正共刺激信号，例如磷酸肌醇 3-激酶 (PI3K) 和 AKT 信号通路 [ 34 ]。2011年，美国食品药品监督管理局（FDA）首次批准了ipilimumab，一种靶向免疫检查点分子CTLA-4的单克隆抗体（mAb）药物，标志着免疫检查点阻断（ICB）免疫疗法的开始。然而，科学家观察到 CTLA-4（人类）和 Ctla-4（动物）基因敲除小鼠的杂合种系突变患者总是表现出严重的免疫失调 [ 35 , 36 ]，许多肿瘤学家还观察到抗 CTLA-4单克隆抗体 (mAb) 经常在患者中诱发自身免疫反应 [ 37 ]。进一步的研究表明，这可能是由于 CTLA-4 在调节性 T 细胞 (Tregs) 上的高表达 [ 38]。 因此，仍然需要研究如何优化抗 CTLA-4 疗法的效用，以最大限度地提高疗效并最大限度地减少相关的不良反应。许多临床试验评估了单独使用 CTLA-4 阻断剂或与其他疗法联合治疗多种癌症（如晚期肾细胞癌、非小细胞肺癌 (NSCLC) 和转移性黑色素瘤）的疗效，结果显示出令人鼓舞的结果[ 39 - 43 ]。
PD-1主要表达在活化的T细胞表面，其主要生物学功能是形成负反馈回路，抑制局部T细胞反应，尽量减少对自身组织的过度损伤[ 44 , 45 ]。与 PD-1 结合的主要配体程序性死亡配体 1 (PD-L1；CD274) 和 PD-L2 (CD273) 在肿瘤细胞和 DC 等非淋巴细胞表面广泛表达 [ 46 ]。当与 PD-L1 或 PD-L2 结合时，PD-1 转导负性共刺激信号，通过酪氨酸磷酸酶 src 同源性 2 (SH2) 结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶 2 (SHP-2) 减弱 T 细胞活化，然后去磷酸化CD28 [ 47]。一项研究表明，PD-1 参与可以抑制糖酵解并促进脂肪酸氧化和脂质分解代谢，这对 T 细胞功能至关重要 [ 48 ]。因此，当 T 细胞被激活时，一些抑制性受体（如 PD-1）的表达被上调以抑制增殖能力和细胞毒性潜能，这被定义为 T 细胞耗竭。因此，PD-1 信号轴阻断的主要机制是逆转 CTL 的耗竭功能 [ 49 ]。许多临床试验表明，抗 PD-1 和抗 PD-L1 单克隆抗体在几种类型的癌症中比传统疗法具有更好的 OS 和耐受性 [ 50 - 55]. 2020 年，Nivolumab、Ipilimumab 和 COX2 抑制早期结肠癌：敏感性信号的无偏方法 (NICHE) 研究表明，20/20 (100%) 微卫星不稳定性 (MSI) 肿瘤患者和 4/15 (27%) 微卫星稳定 (MSS) 肿瘤患者在接受 ipilimumab 联合 nivolumab 作为新辅助免疫疗法后具有令人印象深刻的病理反应 [ 56 ]。这与许多其他癌症的新辅助 ICI 治疗结果一致 [ 57 - 59 ]。基于这些结果的发现，ICIs 不仅在难治性肿瘤的癌症患者中作为辅助治疗产生了有希望的临床结果，而且显示出在早期癌症中用作新标准疗法的潜力。
与 PD-L2 相比，PD-L1 在正常细胞和肿瘤细胞中的表达更广泛，因此有许多研究探索如何破坏 PD-L1-PD-1 相互作用以进行癌症治疗[60 ]。FDA 已经批准了一些针对 PD-L1 的单克隆抗体，例如 atezolizumab、durvalumab 和 avelumab，用于治疗多种类型的癌症。此外，除了中和主要在肿瘤细胞膜上表达的 PD-L1 外，许多研究人员正在探索减少 PD-L1 广泛表达的方法。因此，充分了解PD-L1的上游调控非常必要，这可能有助于开发新的策略来操纵PD-L1的表达，以提高ICI免疫治疗的反应率。有研究描述了 PD-L1 调控，包括基因组改变、表观遗传调控、转录后和翻译后修饰 (PTM)、基于非编码 RNA 的调控和外泌体转运，并提供了关于如何逆转 ICI 耐药性的新见解 [46、61、62 ]。 此外，其他检查点也可能受到一些独特的途径和分子的调控，这可能是未来增强抗肿瘤反应的目标。
2.1.2 有前途的免疫检查点¶
众所周知，由于代谢或缺氧应激，肿瘤细胞释放大量三磷酸腺苷（ATP）进入细胞外间隙（eATP），代谢产物腺苷能够通过抑制抗肿瘤免疫反应驱动肿瘤进展，同时增强免疫抑制细胞的增殖 [ 63 , 64 ]。细胞外腺苷激活 G 蛋白偶联受体，特别是 A2a 和 A2b 受体，它们主要表达在免疫细胞如吞噬细胞、NK 细胞和 T 细胞上 [ 65 ]，最终通过cAMP蛋白激酶A (cAMP-protein kinase A, PKA)介导的核因子-κB (NF-kB)和Janus激酶信号转导和转录激活因子(JAK-STAT)信号通路抑制免疫应答 [66 ]。因此，近年来，研究人员将注意力集中在可以靶向抑制肿瘤发展的腺苷代谢途径上。一旦 ATP 被释放到细胞外空间，CD39 就会将 ATP 水解为腺苷一磷酸 (AMP)，后者会被 CD73 进一步转化为腺苷 [ 67 ]。有许多类型的癌症表达 CD73 和 CD39，它们都与不良预后相关。2013 年，Allard 等人[ 72 ] 在小鼠模型中发现 CD73 阻断与抗 PD-1 和抗 CTLA-4 mAb 具有协同作用。此外，在 2019 年，Li等人[ 64] 发现 CD39 阻断通过 eATP-P2×7-ASCNALP3-inflammasome-IL-18 途径导致 eATP 积累和肿瘤内 T 细胞数量增加，从而克服抗 PD1 治疗耐药性。临床前实验中令人印象深刻的结果引发了许多临床试验。
此外，众所周知，肿瘤细胞会表达许多“别吃我”信号来逃避先天免疫系统的清除。介导这种现象的一种典型分子是CD47，其表达在许多类型的癌症中上调 73-76 。信号调节蛋白 α (SIRPα) 是一种特异性配体，可与 CD47 结合，主要在骨髓细胞上表达 [ 77 , 78 ]。与 CD47 结合后，SIRPα 通过其细胞内免疫受体酪氨酸抑制基序 (ITIM) 结构域募集抑制性分子，例如含有 src 同源 2 结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶 1 (SHP-1) 和 SHP-2，随后抑制巨噬细胞的吞噬作用和阻止巨噬细胞清除肿瘤细胞[79 , 80 ]。此外，CD47 阻断似乎在动物模型中与不同的抗肿瘤治疗产生协同效应 [ 80 - 82 ]。此外，在 2019 年，Weissman等人[ 83 ] 发现了一种全新的“不要吃我”信号 CD24，它可以通过与唾液酸结合 Ig 样凝集素 10 (SIGLEC-10) 相互作用促进免疫逃逸，并最终抑制巨噬细胞的吞噬作用。2018 年，一项 1b 期临床试验表明，CD47 抑制剂 5F9 联合利妥昔单抗对复发或难治性淋巴瘤患者具有良好的疗效 [ 84 ]]。 此外，正在进行的临床试验正在研究针对这种“不要吃我”信号的治疗策略的有利耐受性。
2019 年，Chen等人[ 85 ] 通过基因组规模的 T 细胞活性阵列 (TCAA) 发现了一个全新的免疫检查点 SIGLEC-15。SIGLEC-15 主要表达于骨髓细胞和肿瘤细胞，并直接与 T 细胞结合。SIGLEC-15主要通过调节细胞生长和促进免疫逃逸来抑制抗原特异性T细胞反应，但这些作用背后的具体机制仍不清楚。最近，在 2020 年，Yan等人[ 86]发现选择性抑制巨噬细胞上的c-mer原癌基因酪氨酸激酶（MerTK）也可以抑制巨噬细胞的胞吐作用以增加ATP和肿瘤DNA的释放，从而激活环磷酸鸟苷-磷酸腺苷合酶（cGAS）信号通路和增强的 I 型干扰素依赖性抗肿瘤免疫反应。卢等人[ 87] 发现白细胞介素 1 受体样 1（也称为抑制致瘤性 2，ST2）是一种在肿瘤相关巨噬细胞 (TAM) 上特别表达的 IL-33 受体，其耗竭与抗肿瘤药物具有协同作用-PD-1治疗结直肠癌。此外，肿瘤分泌的粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子 (GM-CSF) 通过 NF-κB 信号通路进一步激活骨髓前体细胞中的 c-Rel，从而通过增强 MDSC 的表达来启动髓源性抑制细胞 (MDSC) 的分化CCAAT 增强子结合蛋白β (Cebpb) 和精氨酸酶-1 (Arg1) 等标志性基因，最终抑制 T 细胞介导的抗肿瘤反应并促进肿瘤进展 [ 88 ]。
尽管抗 CTLA-4、抗 PD-1 和抗 PD-L1 单克隆抗体已在临床上取得成功，但仍有大量患者未从中受益。原因之一可能是存在许多其他免疫检查点，例如在 T 细胞表面表达的淋巴细胞激活基因 3 (LAG-3)、T 细胞免疫球蛋白和含粘蛋白结构域蛋白 3 (TIM-3)、T细胞免疫球蛋白和 ITIM 结构域 (TIGIT) 和 V 结构域免疫球蛋白 T 细胞活化抑制因子 (VISTA) [ 89 - 92 ]。这些检查点之间的变量交互如图 1所示。尽管有许多临床前实验证实了通过靶向这些新型免疫检查点分子诱导的抗肿瘤反应，并且正在发现越来越多的免疫检查点 [ 93 - 95 ]，但仍需要做很多工作来确定其他新型免疫检查点并开发新的治疗策略以单独或与其他药物联合靶向这些分子，以最大限度地提高临床效益。
2.2 可溶性细胞因子¶
30 多年前，科学家纯化了 IL-2 蛋白，发现它在激活 T 细胞生长中起重要作用 [ 96 ]。它主要由活化的T细胞产生。IL-2 已被 FDA 批准用于治疗转移性肾细胞癌，并且作为单一药物已显示出有希望的结果 [ 97 ]。然而，除了刺激 T 细胞增殖和记忆 T 细胞分化外，IL-2 还促进 Tregs 的生成和功能 [98-100 ] ，这与许多副作用相关并限制了其进一步使用[ 97 ]。 因此，最明智的下一步是建立临床试验以评估 IL-2 与其他药物（包括 IFN-α、顺铂、达卡巴嗪和过继细胞疗法 (ACT)）联合使用的效果[101-104 ]。然而，一项 I/II 期研究表明，IL-2 联合 CTLA-4 阻断剂的客观缓解率并不优于单独使用 IL-2 [ 105 ]。因此，IL-2是否可以增强免疫疗法的疗效可能需要更多的实验和临床研究。
除 IL-2 外，IFN-γ 在肿瘤的发展中起着关键作用。IFN-γ的生物学功能主要通过调节许多基因转录的JAK-STAT信号通路介导[ 106 ]。然而，IFN-γ的功能是相互矛盾的，因为这种细胞因子还可以通过多种方式抑制肿瘤。例如，IFN-γ 通过细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 1 (p21) 抑制肿瘤细胞增殖 [ 107 ]，并通过上调 caspase、Fas 和 Fas 配体表达来促进肿瘤细胞凋亡[ 108、109 ]。IFN-γ 还通过多种趋化因子（如 CXCL9、CXCL10 和 CXCL11）促进 CTL 的募集 [ 110]。IFN-γ 于 2000 年被批准用于治疗严重的恶性骨硬化症 [ 111 ]。IFN 相关基因特征可用于预测不同疗法（包括免疫疗法）在许多类型恶性肿瘤中的疗效 [ 112 - 114 ]。有许多研究表明，ICI 治疗可以以 IFN-γ 依赖的方式提高靶向治疗和放疗的效果 [ 115 , 116 ]。此外，肿瘤在 ICI 治疗后会产生高水平的 IFN-γ [ 117、118 ]。另一方面，IFN-γ 能够支持肿瘤发生。IFN-γ 可诱导肿瘤细胞和 TAM 表达许多抑制性受体，如 PD-L1 和 PD-L2 [ 119]。IFN-γ 还可以上调黑色素瘤细胞中吲哚胺-吡咯 2,3-双加氧酶 (IDO) 的表达，从而募集 Treg 以避免免疫攻击 [ 120 ]。因此，IFN-γ 在转移性肾细胞癌、乳腺癌和结肠癌等多种癌症中并未显示出显着的临床益处[121-123 ]。有一些原因可以部分解释这个结果；例如，IFN-γ在静脉内给药后被迅速清除[ 124 ]，因此它不能以足够的浓度局部递送以达到治疗效果[ 111 ]。因此，IFN-γ 的功能相当复杂，基于 IFN-γ 的疗法的疗效和耐受性需要进一步研究。
已有研究证实，一些其他 T 细胞生长因子，如 IL-15、IL-7、IL-12 和 IL-21，通过调节 T 细胞扩增、存活和功能也具有抗肿瘤潜力 [ 125 - 128 ] ]，并可能与 ICI 或其他免疫疗法具有协同作用 [ 129 ]。然而，许多可溶性细胞因子与 ICI 免疫疗法的临床获益呈负相关。例如，许多研究人员观察到血清 IL-8 水平升高与肿瘤内中性粒细胞水平升高和 ICI 免疫治疗的预后相对较差有关[130、131]。TGF-β 还在癌症进展过程中抑制抗肿瘤免疫反应 [ 132]。因此，这些可溶性细胞因子的应用似乎很有希望，必须进行更深入的研究。
综上所述，上述分子中，PD-1、PD-L1、PD-L2、CTLA-4的应用最为广泛。针对其他分子的药物仍在开发中。它们是否可以应用于临床尚不清楚。因此，应该进行进一步的研究以利用这些靶点进行免疫治疗。我们期望通过不同的临床试验为患者获得更有效的药物。
3.抗肿瘤免疫的基本调节剂¶
3.1 基因组、表观遗传调控因子和转录后调控¶
有多种细胞内和细胞外因素会影响癌症免疫治疗的效率。应该首先提到肿瘤细胞染色质的基因组和突变，因为基因决定了单个细胞的表型和基本的免疫反应。例如，就 OS 而言，亚洲 NSCLC 患者可能比白种人患者从 atezolizumab 中获得更大的益处 [ 133 ]，男性黑色素瘤患者的 TMB 和 PD-L1 表达高于女性患者，而女性肺鳞状细胞癌患者 ( LUSC) 比男性具有更高的 T 细胞炎症基因表达谱 (GEP) 和细胞溶解活性 (CYT) [ 134 ]。
与正常细胞相似，肿瘤细胞含有编码细胞表面 MHC 蛋白表达的 HLA 基因。然后，介导免疫反应的免疫细胞可以识别肿瘤细胞特异性抗原。Thorsson 等人[ 135 ] 基于来自癌症基因组图谱 (TCGA) 中 33 种不同肿瘤类型的 10,000 多个样本总结了 6 种癌症免疫亚型：TGF-β 占优势、伤口愈合、淋巴细胞耗尽、IFN-γ 占优势、免疫安静和炎症。此外，他们还列出了一些与白细胞水平相关的特定驱动突变，包括TP53、BRAF、CASP8、NRAS、CTNNB1和IDH1中的突变。TMB 已被公认为是不同类型肿瘤免疫治疗的有利预后标志物 [ 136 - 138 ]。非同义单核苷酸变体 (nsSNV) 是 TMB 的主要来源，并作为免疫反应的免疫原性肽 [ 139 ]。2020 年，FDA 将高 TMB (TMB-H) 确定为使用 PD-1 抑制剂 Keytruda 的指征，无论肿瘤类型如何。此外，具有高微卫星不稳定性 (MSI-H) 的错配修复 (MRR) 基因缺陷是 TMB 增加的一个原因，尤其是在结直肠癌 (CRC) 中。2017 年，FDA 首次批准了两种 ICI（pembrolizumab 和 nivolumab）用于治疗 MMR 缺陷型 (dMMR) CRC 患者 [ 140]。不幸的是，几乎 85% 的 CRC 病例被归类为 MMR proficient (pMMR)，代表 MSS 状态或低微卫星不稳定性 (MSI-L) [ 141 ]。对于pMMR CRC 患者，许多免疫疗法临床试验未能证明有益，这可能是由于免疫细胞的低浸润[ 142-144 ]。促进致癌生长的新出现的新抗原和突变可能成为免疫系统的目标并限制恶性肿瘤的传播 [ 145]。相反，免疫攻击或其他内在应激后的肿瘤细胞死亡也可能导致释放损伤相关分子模式 (DAMP)，例如细胞外 ATP、高迁移率族蛋白 1 (HMGB1) 和腺苷，从而逃避免疫监视[ 146 , 147 ]。
在抗原蛋白的转录和翻译过程中，表观遗传和转录后调节剂也对抗原蛋白表达产生重大影响。DNA 或组蛋白甲基化是细胞中最常见的表观遗传调控机制。例如，MMR 基因MLH1的过度甲基化会抑制其表达并导致 CRC 中细胞突变的积累[148、149 ]。除癌细胞外，免疫细胞还表现出重新编程的表观基因组，这是与预后价值相关的常见因素 [ 150 ]。据报道，慢性病毒感染会通过从头甲基化诱导 T 细胞耗竭 [ 151]。对于转录后调节，泛素化是操纵免疫反应的代表性且有用的过程。多种 E3 泛素连接酶介导各种癌细胞和免疫细胞中一些关键蛋白的降解，影响它们的相互作用，例如使 Foxp3 不稳定以减弱 Treg 功能[ 152、153 ]。此外，其他调控网络，如组蛋白乙酰化、非编码 RNA 和自噬降解，在抗肿瘤免疫中显示出具有治疗潜力的独特作用 [ 154 - 157 ]]。目前，许多靶向 DNA 的表观遗传疗法，包括甲基转移酶抑制剂和组蛋白脱乙酰酶抑制剂，已广泛用于临床试验，其中一些正在与 ICI 联合进行测试 [ 158 ]。值得注意的是，此类抑制剂的应用，例如低甲基化剂 (HMA)，也可能诱导免疫抑制 [ 159 ]，因此需要谨慎。
3.2 代谢与饮食¶
新陈代谢包括一个非常大的系统，它维持细胞的稳定性并促进它们适应外部环境的变化。肿瘤和免疫细胞在代谢方面有许多相似之处和不同之处。当氧气资源丰富时，大多数细胞倾向于通过氧化磷酸化 (OXPHOS) 而不是有氧糖酵解产生 ATP。相反，激活的糖酵解是恶性细胞中首选的葡萄糖代谢途径[160、161 ]。对于 T 细胞，在细胞分化过程中，糖酵解和 OXPHOS 之间的优势发生了转变[162、163 ]。幼稚 T 细胞和记忆 T 细胞更多地依赖 OXPHOS 而不是糖酵解，而效应 T 细胞通过糖酵解代谢更多的葡萄糖 [164 , 165 ]。脂质积累是 TME 代谢重编程的另一个重要特征 [ 166 , 167 ]。长链脂肪酸在 T 细胞中积累，限制了它们的线粒体功能 [ 168 ]。作为肿瘤存活的重要过程，脂肪酸氧化 (FAO) 通常在效应 T 细胞中受到抑制，但在幼稚 T 细胞和记忆 T 细胞中增加 [ 165 , 169 ]。另一方面，OXPHOS 和 FAO 都对 Tregs 的功能至关重要 [ 170 ]。此外，T 细胞摄取大量谷氨酰胺，这是体内最丰富的氨基酸之一，类似于肿瘤中的“谷氨酰胺陷阱”[ 163 ]。 因此，癌细胞和免疫细胞之间的代谢过程重叠，导致它们之间根据患者的基本代谢状态进行“营养战”（图 2）。例如，肿瘤细胞中加速的糖酵解可能会导致 T 细胞中的葡萄糖剥夺，从而减弱其活性[171、172 ]。此外，免疫细胞之间还存在对精氨酸等营养素和肌苷等替代能源的竞争，使得 TME 中的相互作用更加复杂[173、174 ]。 这些代谢重叠和竞争挑战了我们可以通过编辑其代谢过程在体内杀死癌细胞的传统观点，因为这种方法也可能削弱抗肿瘤免疫的作用。因此，需要对 TME 进行适当的代谢调节以增强免疫治疗。选择性抑制一些代谢冗余途径可能是一个不错的治疗选择 [ 175 ]。
在不同的代谢疾病和病症中，肥胖是最引人注目的全球健康问题，并且与许多类型的癌症相关 [ 176 ]。此外，肥胖不仅会影响脂肪的合成代谢或分解代谢，还会扰乱与其他能量元素相关的转换过程。例如，肥胖相关的胰岛素抵抗会增加血糖水平，扰乱巨噬细胞的吞噬作用 [ 165 , 177 , 178 ]。肥胖还会导致效应 CD8^+^ T 细胞的糖酵解减少和 FAO 增加，从而对其功能产生负面影响 [ 179 ]。然而，也有一些与肥胖相关的相互矛盾的发现 [ 180]。例如，肥胖会导致促炎性脂肪因子瘦素水平升高，从而增强 CD8^+^ T 细胞和 CD4^+^ T 细胞的活性 [ 181 - 183 ]。然而，瘦素也会导致 PD-1 表达增加和 CD8^+^ T 细胞功能耗竭，从而削弱抗肿瘤免疫力[180、184 ]。目前，关于肥胖与免疫之间关联的重要问题仍未得到解答，而已经发现的可能只是一个开始。
对于患有肥胖症或代谢综合征的人来说，饮食调整可能是一个很好的解决方案。之前的研究已经证实，节食可以改善化疗的效果[185-187 ]。此外，在 cAMP-PKA 和胰岛素样生长因子 1 受体 (IGF1R)-AKT-雷帕霉素激酶 (mTOR)-S6K 机制靶点下调后，禁食还与脂联素水平升高和葡萄糖、胰岛素和瘦素水平降低有关信号 [ 188 ]。禁食饮食可以降低 HO1 水平，导致 CD8+ 肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL) 增加和 Treg 减少 [ 189]。饮食和免疫系统之间的相互作用极其复杂，因为患者在治疗期间可能需要更大的能量供应。因此，在医生为癌症患者创建合适的食物管理系统之前，可能需要做很多工作。
3.3 微生物组¶
除了产生直接的代谢改变外，我们饮食的改变也可能影响生活在我们体内的微生物 [ 190 ]（图 2）。肠道微生物组由细菌、病毒、真菌和一些特殊的微生物组组成，如古细菌 [191 ]。这些共生体对癌变、转移和常规治疗效果的影响已得到广泛认可 [ 192-195 ]，许多研究也强调了它们对免疫疗法的影响[ 196-198 ]。2015 年，两个研究小组确定了拟杆菌属和双歧杆菌属之间的正相关性在小鼠肠道中和 ICIs 的作用 [ 199 , 200 ]。随后，发现了几个肠道微生物家族对免疫治疗有特定的影响。肠道菌群不仅对维持粘液层的结构和功能不可或缺，而且还与一些免疫细胞相互作用，如 Th17 细胞、Treg 和 DC。最近，张等人[ 201 ] 发现 MDSCs 被具核梭杆菌选择性招募, 损害宿主对 CRC 的免疫反应。此外，一些肠道共生体深入参与某些营养素的代谢或充当胆汁酸 (BA) 等营养素的促进剂，以调节免疫细胞中的炎症信号和某些 T 细胞亚型的比例[202、203]。因此，生态失调与抗肿瘤免疫疗法的反应受影响和毒性密切相关 [ 192 ]。因此，有报道称抗生素会对接受免疫治疗的患者的预后产生负面影响 [ 198 , 204 ]]。 相比之下，粪便微生物群移植 (FMT) 和益生元或益生菌的施用已在动物实验和临床试验中显示出巨大的治疗潜力 [ 200 , 205 , 206 ]。
与众所周知的肠道共生菌不同，肿瘤组织内的微生物群并没有引起足够的重视，尽管许多研究表明肿瘤细胞内存在的一些细菌有可能影响治疗效果[207-210]。为了清楚地了解细胞内细菌，Nejman等人[ 211] 综合分析了7种肿瘤（黑色素瘤、骨、脑、肺、乳腺、卵巢和胰腺肿瘤）与邻近正常组织的比较。他们发现这些肿瘤中的细菌含量从黑色素瘤的 14.3% 到乳腺肿瘤的 62.7% 不等。甚至一些不与外部环境直接接触的实体瘤，例如多形性胶质母细胞瘤 (GBM)，在癌细胞和免疫细胞中都拥有活的微生物（图 2）。此外，不同种类的癌症表现出与特定代谢信号通路相关的不同菌落。例如，与从不吸烟者相比，一些具有降解香烟烟雾代谢物能力的细菌更有可能在吸烟者的 NSCLC 细胞中富集。此外，黑色素瘤中所占比例较大梭状芽孢杆菌对免疫疗法表现出更高的敏感性，而阴道加德纳菌与黑色素瘤患者对 ICIs 的不良反应有关。因此，细胞内微生物群在肿瘤发展和免疫反应中起着关键作用，预计将对其生物学过程进行更多研究。
3.4 免疫环境¶
免疫环境是一个类似于 TME 的概念，强调不同细胞之间的密度、分布和功能相互作用，包括但不限于肿瘤细胞（尤其是实体恶性肿瘤）、免疫细胞、基质细胞和血管细胞。这个概念可以追溯到 2007 年，当时 Jérôme Galon、Wolf-Herman Fridman 和 Franck Pagès 阐明了 CRC 中的适应性免疫微环境 [ 212 ]。他们的团队根据评估 CD3^+^ 和 CD8^+^ 淋巴细胞浸润的免疫评分总结了三种主要类型的免疫环境，‘hot’, ‘altered’ 和 ‘cold’ [ 213 ]]。具有中间免疫评分的‘altered’表型进一步分为两类（altered-excluded and altered-immunosuppressed ）与热表型和冷表型一起形成更全面的分类[213、214 ]。热或发炎的肿瘤被丰富的 TIL 浸润，因此它们对 ICI 表现出相当大的反应，而冷或非发炎的肿瘤则表现出相反的情况，即 TMB 低且没有抗原呈递。改变排除的肿瘤主要在具有重新编程的 TME 的边缘包含 TIL，而改变免疫抑制的肿瘤仅允许少数 TIL 浸润而不会进一步扩展或募集，但具有相对较高比例的免疫抑制细胞和分子。此外，免疫环境的形成取决于一些重要的细胞因子或趋化因子，如 IFN-γ、穿孔素和 IL-15 [ 215、216 ] ，以及关键酶或因子，如血管内皮生长因子 (VEGF) 和 IDO1 [ 217 , 218]，以及多种途径，包括 NF-κB、STAT3 和 WNT-β-连环蛋白途径 [ 219 - 221 ]。2016 年，弗里德曼等人[ 222 ]提出了另一种基于免疫细胞浸润和三级淋巴结构（TLS）以及血管形成的分类系统，即“免疫原性”（预后良好）、“炎症”（预后不良）和“免疫被忽视” （具有中等预后）。无论类别如何划分，这些概况的识别都是为了预测复杂 TME 的基线抗肿瘤免疫力。因此，将冷或改变的肿瘤转化为具有更好免疫反应的热肿瘤可能是未来最关键的治疗策略之一。
癌症和免疫细胞以动态方式相互作用。因此，我们应该将免疫环境视为一个自适应和可调节的系统。一个值得注意的现象是 T 细胞耗竭，这通常是由慢性感染或 T 细胞持续接触抗原引起的[223、224 ]。病毒或细菌感染和局部炎症可导致持续的 TCR 激活以及抑制性受体（如 PD-1、LAG-3 和 TIM-3）的持续表达，从而限制慢性刺激 [225-228 ]。这个过程通过显着降低它们增殖和产生细胞因子的能力来影响 CD4^+^ 和 CD8^+^ T 细胞 [ 229 , 230]。相反，Treg 和 MDSC 等免疫抑制细胞可能会增加，并通过释放免疫抑制细胞因子来加重效应和记忆 CD8^+^ T 细胞的功能障碍 [ 224 , 231 , 232 ]。此外，衰竭的 T 细胞可能表达一些独特的分子，包括 T-bet 和始中胚层蛋白 (EOMES) [ 233 ]，因此用这些标记物识别衰竭的 T 细胞有助于更准确地了解免疫环境。
还应强调免疫环境的其他方面。例如，一些免疫细胞（如 TAM 和 MDSC）的充分浸润与免疫耐受和癌症进展密切相关 [ 234 - 236 ]。另一个重要因素是免疫治疗过程中组织特异性免疫的作用，由于不同器官表现出不同的免疫学特征，原发灶与转移灶的TME不同，从而影响不同器官肿瘤的免疫治疗效率[ 237 ] . 综上所述，我们必须从动态的角度评估免疫环境，以指导和调整免疫治疗方案。
总而言之，肿瘤的免疫反应是一个动态过程，不仅基于基因组、表观遗传调控因子和转录后调节，还随着不断发展的新陈代谢和免疫环境而变化。饮食和体内微生物组的调整可能对TME和癌症免疫治疗的结果产生很大影响。
4 先进的临床评估和治疗技术¶
4.1 预测免疫治疗的临床结果¶
如上所述，ICI 的出现彻底改变了多种肿瘤的治疗方法。然而，尽管已在众多患者中观察到临床获益，但仍有许多患者对目前可用的免疫疗法没有反应。因此，区分对免疫治疗有反应的患者以最大化成本效益比非常重要。
4.1.1 手术或组织活检标本¶
首先，多重免疫组织化学 (mIHC) 通常用于评估组织病理学 [ 238 ]。如上所述，免疫细胞浸润到 TME 中可以直接影响抗肿瘤作用。因此， TILs被认为是与免疫治疗结果相关的重要指标[ 239-241 ]。此外，区分患者是否对ICI免疫疗法有反应的最直接方法是检测肿瘤标本中是否表达靶向免疫检查点分子。与 PD-L1 表达水平较低的患者相比，肿瘤 PD-L1^+^ ≥ 50% 的患者对抗 PD-1 mAb 的反应率更高，生存期更好 [ 242]. 基于这一结果，2015 年 10 月，FDA 批准通过 mIHC 评估组织标本中的 PD-L1 表达作为派姆单抗治疗晚期 NSCLC 的伴随诊断测试 [ 243 ]。组织切片中其他免疫检查点分子（包括 CD73、LAG-3 和 TIM-3）的免疫组织化学检测也得到了广泛研究[69、244 ]。
此外，随着测序技术的逐渐成熟，越来越多的基于下一代测序 (NGS) 的检测方法可以识别关键的体细胞突变，从而预测对免疫疗法的反应。例如，在 2017 年，一项包括 27 种肿瘤类型或亚型的荟萃分析显示，在接受抗 PD-1 或抗 PD-L1 治疗的患者中，TMB 与客观缓解率呈显着正相关 [ 245 ]。2019 年，一项包括 47,721 名患者的综合分析发现 POLE/POLD1 突变是独立的预测性生物标志物，可在多种癌症中产生积极的临床益处 [ 246]. 这些结果表明，肿瘤标本的基因组测序数据可以在指导选择对免疫疗法有反应的患者方面发挥关键作用。
最后，尽管其他传统测序技术（包括 DNA 测序、RNA 测序和蛋白质测序）在诊断精度和通量方面取得了很大进步，但这些技术基于大量细胞群，提供的信息是稳态平均数。数千个细胞。然而，细胞群的异质性主要受遗传异质性、表观遗传和发育程序以及外在和空间因素的影响，可能决定许多重要的复杂生物学行为，如肿瘤生长、转移和治疗耐药性 [ 247 ]]，这是传统测序技术无法忽视的。单细胞测序可以克服这些缺点，因为它检查单个细胞的序列信息，并提供对微环境中各种细胞的异质性和进化关系的更好理解。因此，它被广泛应用于肿瘤研究[ 248 , 249 ]。2019年，Suvà和Tirosh [ 247 ]回顾了单细胞测序的共同主题、机遇和挑战，以及新兴的单细胞基因组方法，尤其是癌症中的单细胞RNA测序，进而为研究提供了新的方法和思路癌症生物学。2020 年，Regev等人。[ 250] 引入了一个动态三维 (3D) 图集的概念，用于一组不同的癌前病变和已建立的单细胞分辨率肿瘤，称为人类肿瘤图谱网络 (HTAN)，并计划在未来五年。一旦完成，这项工作将大大提高对肿瘤的理解、诊断、监测、药物开发和生物标志物的发现，最终将推动精准医学的发展。
4.1.2 液体活检¶
在临床诊断中，肿瘤组织活检被认为是研究患者是否会对免疫治疗产生反应的首选标准 [ 251 ]。液体活检是一项新开发的技术，可以利用血液、尿液、唾液、胸腔积液和脑脊液等体液检测癌症患者的基因组图谱。循环游离 DNA (cfDNA)、循环肿瘤 DNA (ctDNA)、循环肿瘤细胞 (CTC)、蛋白质、外泌体和其他循环成分都可以通过液体活检进行分析 [ 252 ]。与传统的组织活检相比，液体活检具有更小的侵入性、更具成本效益、可及性和可复制性 [ 251 ]]。随后，还有几项研究利用液体活检在癌症管理中的应用[253-256 ]。
对于免疫疗法，液体活检还显示出预测癌症患者预后的独特潜力。2015 年，马泽尔等人[ 257 ]首先检测了乳腺肿瘤患者CTCs上的PD-L1表达，开创了一种监测实体瘤PD-L1表达的新方法。后来，在 2018 年，Chen等人[ 258 ] 发现在抗 PD-1 治疗之前或期间循环外泌体上的 PD-L1 表达反映了抗肿瘤免疫的不同状态。此外，一项原理验证研究表明，抗 PD-1 治疗后 8 周 ctDNA 的检测与 NSCLC、葡萄膜黑色素瘤或 MSI CRC 患者的生存呈负相关 [ 259 ]。甘达拉等。[ 260] 证明血液中的 TMB (bTMB) 可能是一种很有前途的生物标志物，可以预测 ICI 免疫疗法的临床益处。先前研究结果的不一致可能部分是由于样本不稳定、量化和分离方法不成熟、灵敏度低和成本高[[252、261]。液体活检有可能与免疫疗法的临床结果相关并改善临床诊断。
4.2 深度处理技术¶
随着肿瘤免疫学的快速发展，免疫疗法已被批准用于治疗多种癌症，并在近几十年取得了令人惊讶的临床结果。尽管如此，我们在将实验观察转化为临床实践方面仍然面临巨大挑战。首先，如上所述，并非所有患者都对 ICI 有反应。其次，提供免疫治疗的主要方法是通过系统给药，这可能会导致许多免疫相关不良事件 (irAE)，因为脱靶效应以及许多药物无法以足够的水平到达实体瘤，尤其是当面临许多交付障碍 [ 262 , 263]. 因此，迫切需要开发其他先进的治疗技术来提高免疫治疗的安全性和有效性。下面将介绍其中一些新技术。
4.2.1 基于细胞的免疫疗法¶
T 细胞是 TME 中直接杀死肿瘤细胞的主要细胞类型。基于细胞的免疫疗法主要指嵌合抗原受体（CAR）-T细胞免疫疗法，即医生从患者（自体）或健康人（同种异体）身上采集T细胞，通过基因工程将这些细胞表达为特异性表达人工CAR以肿瘤细胞上呈递的抗原为靶点，然后在患者体内施用细胞以根除肿瘤细胞 [ 264 ]。第一个实验靶点是CD19，主要表达于B细胞白血病和淋巴瘤。第一位接受抗 CD19 CAR-T 细胞治疗的患者取得了可喜的结果，这一成功鼓励了一系列研究 [ 265]。FDA 于 2017 年批准了抗 CD19 CAR-T 细胞用于治疗难治性前 B 细胞急性淋巴细胞白血病和弥漫性大 B 细胞淋巴瘤，这彻底改变了癌症免疫疗法 [ 266 ]。此外，CAR-T细胞的应用不仅限于CD19，还扩展到CD22和BCMA[ 267 , 268 ]。
然而，这种疗法仍然存在许多挑战。首先，在治疗期间经常观察到细胞因子释放综合征 [ 269 ]。其次，尽管 CAR-T 细胞疗法在血液肿瘤中取得了出色的效果，但在实体瘤中效果不佳[270、271]。为了克服这一局限性，一项研究尝试使用生物工程聚合物支架，将其植入肿瘤切除部位附近或处时能够刺激和扩增肿瘤反应性 T 细胞，从而在实体瘤小鼠模型中产生疗效 [ 272 ] 。此外，科学家们还在研究几种新方法，例如合成 APC 和纳米颗粒功能化 T细胞[ 273、274]。然而，需要更多的证据来证明这些方法是否可以进一步开发并引入临床试验。
尽管 CAR-T 细胞免疫疗法在血液恶性肿瘤中表现出令人印象深刻的结果，但它通常不能在实体瘤中提供足够的价值 [ 275 ]。相比之下，TCR 改造的 T (TCR-T) 细胞可能在实体瘤中表现出更大的前景，因为改造的 TCR 由糖蛋白 α-β 链异二聚体组成，可以与 MHC 分子呈递的肽结合 [ 276 ]。因此，TCR-T 细胞可以识别表面蛋白和细胞内蛋白，比 CAR-T 细胞靶向更多的抗原并更好地穿透肿瘤 [ 277 ]。大多数关于 TCR-T 细胞的临床试验仍处于 1 期或 2 期，TCR 克隆的成本和耗时过程限制了 TCR-T 细胞疗法的广泛应用 [ 276 ]]. 此外，一些研究人员认为，CAR-T和TCR-T细胞免疫疗法的结合将在未来对实体瘤产生治疗效果，因为它们的作用机制和耐药性与传统的CAR-T细胞免疫疗法完全不同。
同样，为了克服实体瘤对 CAR-T 细胞免疫疗法反应不佳的挑战，Gill等人[ 278 ] 专注于巨噬细胞，巨噬细胞在多种实体瘤的 TME 中非常丰富。作者制备了嵌合抗原受体巨噬细胞 (CAR-Ms)，其分泌促炎细胞因子并上调抗原呈递，最终增强其抗肿瘤能力。在人源化小鼠模型中，CAR-M 疗法显着降低了 TMB 并延长了 OS [ 278]。然而，CAR-M疗法仍存在诸多局限性。例如，CAR-Ms 不能在体外或体内增殖，全身给药后 CAR-Ms 的生物分布也在很大程度上影响反应率。也许我们可以将 CAR-Ms 与其他一些治疗方法结合起来，例如细胞因子疗法或基于纳米粒子的方法来克服这些缺点。
DC 是人体内最强大的 APC，在开发新型治疗性癌症疫苗方面引起了广泛关注。DC 疫苗的生产通常从分离自体 DC 开始，然后将它们离体暴露于适当的肿瘤相关抗原 (TAA) 来源，然后拒绝将它们放回患者体内。已经在代表多种癌症的患者中进行了一系列临床试验，证明了 DC 疫苗的安全性和治疗效果 [ 279]. 然而，由于免疫抑制微环境，DC 疫苗接种作为单一疗法可能存在局限性，因此 DC 疫苗接种与其他疗法（如 ICB、化学疗法和放射疗法）的组合可能会增强抗原特异性抗肿瘤免疫 [ 280 ]。
4.2.2 溶瘤病毒免疫疗法¶
科学家们已经发明了各种针对病毒的疫苗以防止肿瘤发生 [ 281 ]，但他们目前也在使用病毒作为免疫疗法。如上所述，“冷肿瘤”通常对免疫疗法反应不佳。为了克服对 ICI 的耐药性，有许多联合疗法正在研究中，包括将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”的方法 [ 282 ]。由于它们能够感染肿瘤细胞并在这些细胞内繁殖，溶瘤病毒 (OV) 可以选择性地杀死癌细胞，从而导致释放 TAA、额外的 DAMP、病毒病原体相关分子模式 (PAMP) 和其他分子，例如作为细胞因子，诱导抗肿瘤免疫反应 [ 283]。第一个批准的 OV 疗法是 talimogene laherparepvec (T-VEC)，它基于 1 型单纯疱疹病毒 (HSV-1)。随着 ICP34.5 和 ICP47 的缺失，T-VEC 可以在肿瘤细胞中特异性复制和裂解，最终诱导局部和整体抗肿瘤免疫 [ 284 ]。一项调查 T-VEC 疗效和耐受性的 III 期临床试验成功治疗了晚期黑色素瘤 [ 285 ]。然而，目前的 OV 疗法仅适用于少数几种特定类型的肿瘤。尽管有许多新的药物递送方法正在研究中，但由于 OV 的自我复制，它们的剂量效应关系不容易预测 [ 284 ]]. 此外，OV疗法联合其他免疫疗法的应用仍处于实验阶段。
4.2.3 新抗原疫苗¶
除了 OV 给药外，增加新抗原的表达是另一种将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”的方法，可以诱导特异性抗肿瘤免疫反应。2017年，两篇个性化新抗原肿瘤疫苗治疗晚期黑色素瘤的成功案例同时发表在Nature上[ 129 , 286 ]。一份报告是关于一种基于 RNA 的多肽疫苗，该疫苗在超过 60% (8/13) 的患者中产生了持续的无进展生存期 (PFS) [ 286 ]。另一个是针对多达 20 种预测的个人肿瘤新抗原的疫苗，这导致近 70% (4/6) 的患者在 25 个月内没有复发 [ 129]. 虽然样本数量相对有限，但结果非常鼓舞人心。后来，在 2020 年，一个团队使用其内部管道 iNeo-Suite 生成了基于 NGS 的个性化新抗原疫苗。这是第一项专注于个性化新抗原疫苗单一疗法的泛癌临床研究，显示出良好的可行性、安全性和有效性 [ 287 ]。
4.2.4 基于纳米粒子的方法¶
迄今为止，已经建立了多种免疫疗法，包括 ICI、ACT、肿瘤疫苗、OV 和细胞因子疗法。这些疗法的效果在很大程度上取决于它们与靶向分子或细胞的相互作用，因此有效的递送技术可以显着提高这些疗法的效果和安全性 [ 262 ]。基于纳米粒子的方法的一个典型例子是纳米粒子编程的 CAR-T 细胞 [ 288]. 封装肿瘤 CAR 编码 DNA 的纳米颗粒通过血液中的 CD3 分子识别循环 T 细胞，将 DNA 释放到 T 细胞中以实现足够的细胞 CAR 表达以根除肿瘤细胞。这种方法在 B 细胞淋巴细胞白血病小鼠模型中取得了巨大成功，这为使 CAR-T 细胞疗法在医院成为可能而无需在特殊实验室中离体改造 T 细胞提供了一种新思路。此外，另一项研究使用纳米粒子在体内递送肿瘤 mRNA [ 289]. 研究人员使用基于脂质的纳米颗粒来包装编码肿瘤新抗原的 mRNA 转录物。对已建立肿瘤的多个小鼠模型进行全身给药，然后导致局部 APC 表达 TAA，随后诱导持久的 I 型 IFN 依赖性抗原特异性免疫。综上所述，纳米技术可以通过更好地控制免疫治疗药物或细胞的剂量、位置、释放和渗透以及优化治疗过程来提高免疫治疗的安全性和有效性。因此，纳米技术可以使肿瘤免疫治疗更全面、更有效。尽管取得了这些成就，但仍需要对纳米粒子进行更多的研究和临床试验，以进一步证实其治疗效果。
目前，这些新技术的应用并不像ICIs那样普遍，其中一些还处于临床前研究阶段。然而，它们可以通过不同的机制增强我们身体的免疫功能，是对现有免疫疗法的有力补充。我们相信，如果能在深入探索的基础上更合理地利用它们，不久的将来，免疫治疗将掀开新的篇章。
5 癌症免疫疗法的争议和局限性¶
5.1 癌症免疫疗法的副作用¶
一个多世纪以来，直到抗 PD 疗法（抗 PD-1 和抗 PD-L1 抗体）的发展，癌症免疫疗法才得到普及。尽管在癌症免疫疗法的研究中做出了巨大努力，但低疗效和频繁的 irAE 限制了其临床应用。
在抗 PD 治疗之前，只有五种癌症免疫疗法被批准用于临床，即 IFN（用于毛细胞白血病、肾癌和黑色素瘤）[290-292 ] 、IL - 2（用于肾癌和黑色素瘤）[ 293、294 ] 、 sipuleucel-T（一种用于前列腺癌的癌症疫苗）[295 ]、 CAR-T 细胞（用于 B 细胞淋巴瘤/白血病）[ 296 ]和抗 CTLA-4 单克隆抗体（用于黑色素瘤）[ 297]. 大多数上述疗法导致频繁的 irAE 和较低的客观反应率，这极大地限制了它们仅用于几种癌症类型。例如，虽然只有一小部分黑色素瘤患者对抗 CTLA-4 mAb 有反应（平均 14%），但 3-4 级 AE 很常见 (27%) [ 38 ]。同样，IL-2 可诱发严重影响多个器官的一般性毛细血管渗漏综合征 [ 298 ]，导致频繁发生 3-4 级 AE (>43%) [ 38 ]。
相比之下，新开发的抗 PD 疗法具有更高的客观反应率和更少的 irAE（图 3）。例如，CheckMate 067 是一项比较 nivolumab（一种抗 PD-1 抗体）和 ipilimumab（一种抗 CTLA-4 抗体）在先前未治疗的转移性黑色素瘤患者中的 III 期临床试验，表明 nivolumab 产生的产量是其两倍以上。抗肿瘤反应的数量低于易普利姆玛（43.7% 对 19.0%），而纳武单抗的 3-4 级治疗相关 AE 的数量低于易普利姆玛（16.3% 对 27.3%）[ 299]. 一项涉及 20,128 名患者的系统回顾显示，包括抗 PD-1 和抗 PD-L1 抗体在内的抗 PD 治疗的严重毒性（3-5 级）发生率仅为 14.0%。最常见的所有级别 AE 是疲劳 (18.26%)、瘙痒 (10.61%) 和腹泻 (9.47%)。最常见的 3 级或更高级别的 AE 是疲劳 (0.89%)、贫血 (0.78%) 和天冬氨酸转氨酶水平升高 (0.75%)。甲状腺功能减退症 (6.07%) 和甲状腺功能亢进症 (2.82%) 是最常见的所有级别内分泌 irAE [ 300]. 抗 PD 疗法的安全性也优于常规化疗。一项涉及 22 项随机免疫治疗试验（其中 21 项是抗 PD 治疗试验）与标准化疗试验的荟萃分析表明，免疫治疗与发生严重 AE 的可能性显着降低相关（16.56% 对 41.09% ) 和任何级别的 AE（65.82% 对 85.19%）[ 301 ]。
尽管安全性有所改善，但仍应更加注意抗 PD 治疗的特殊 irAE，这可能是致命的。IrAE 最常影响胃肠道、内分泌腺、皮肤和肝脏 [ 302 ]，但也可能发生严重的肺炎、心肌炎、结肠炎、肝炎和神经毒性，并导致不良预后 [303-307 ]。例如，据报道，随着 ICI 使用的增加，暴发性 ICI 相关心肌炎的发生率增加 [ 304]. [一项对 101 例接受 ICI 治疗后严重心肌炎病例的回顾性分析表明，其中 46% 的患者死亡 308 ] ，其中大多数患者接受抗 PD 单一疗法或联合疗法治疗。因此，抗PD治疗的精准给药和严重irAEs的早期识别具有重要的临床意义。
迄今为止，大多数 irAEs 只能在临床试验和真实世界研究中观察和报告，irAEs 在临床前和转化研究中的研究仍然有限 [ 309 ]。早期数据表明，ICI 会导致自我耐受系统出现故障：ICI 激活的淋巴细胞的多样化和亚区室扩张可能会产生自身反应性 T 细胞和 B 细胞，从而引起自身免疫反应 [ 310 - 312 ]。此外，免疫细胞激活后，分布在 TME 内或附近的正常细胞也可能受到损伤，从而导致自身抗原的释放和随后的自身免疫反应 [ 313]. 此外，活化的免疫细胞分泌的炎症因子可能导致易患自身免疫性疾病的器官发生免疫介导的损伤，因为在患有 irAE 的患者中，外周细胞因子的水平通常在治疗后升高[314、315 ]。另一方面，脱靶效应可以解释某些类型的 irAE。例如，CTLA-4 也在下丘脑和垂体组织中表达；因此，给予抗 CTLA-4 治疗可能会引起垂体炎 [ 316]. 因此，尽管皮质类固醇仍然是 irAE 的一线治疗方法，但其潜在机制仍可能因器官和具体情况而异；因此，需要精确的免疫组织病理学结果来指导适当的免疫调节生物制剂的处方，尤其是当皮质类固醇无效时 [ 309 ]。
5.2 癌症免疫治疗策略：增强与正常化¶
在不同类型的癌症免疫治疗方法中，抗PD治疗取得了最广泛的成功。因此，研究人员开始重新考虑癌症免疫疗法发展的潜在策略。
基于对癌症免疫循环的理解 [ 317 ]，在抗 PD 治疗之前开发了各种类型的免疫疗法。如上所述，这些疗法通常会激活免疫系统并增强抗肿瘤反应。然而，这些一般方法并不旨在纠正正常抗肿瘤免疫反应中的任何缺陷。它们只是激活总免疫反应并将免疫系统推至超生理水平以抑制肿瘤 [ 38 ]。因此，这些策略的客观肿瘤缓解率通常较低，而伴随 irAE 的风险相当高。这些一般方法后来被陈列平教授团队归类为“增强癌症免疫疗法”[ 38 ]。
相比之下，基于对肿瘤可以发展出多种方式来逃避免疫系统消除的理解 [ 318 ]，肿瘤细胞由此抑制 TME 中的免疫细胞活性，从而导致局部而非全身免疫抑制状态 [ 319 ]，新已经开发了一些方法，例如抗 PD 疗法。这些新方法被分类并称为“正常化癌症免疫疗法”，因为它们旨在恢复失去的抗肿瘤免疫反应 [ 38 ]]. 这些新策略针对肿瘤诱导的免疫逃逸机制，选择性地调节和重置 TME 中的免疫力。一个明显的例子是抗 PD 疗法，它阻断 PD-1/PD-L1 通路，一种肿瘤诱导的免疫逃逸机制，以恢复 TME 中的抗肿瘤免疫力，而不会导致免疫系统的全面激活。这种方法已被证明对多种癌症类型有效，并且伴有 irAE 的风险相对较低。因此，Sanmamed 等人。[ 38 ] 提出了癌症免疫治疗发展从增强到正常化的战略转变，并强调了识别每个患者关键免疫逃逸机制的重要性。
针对上述另一个 TME 特异性免疫检查点靶标 SIGLEC-15，受到了这一概念转变的启发 [ 85 ]。一种阻断 SIGLEC-15 介导的免疫抑制的单克隆抗体在 I 期临床试验中显示出令人鼓舞的单药抗肿瘤活性 [ 320 ]。因此，我们认为，除了 PD-1/PD-L1 之外，SIGLEC-15 可能是一系列癌症免疫治疗正常化新靶点中的第一个，这将使癌症治疗更上一层楼。
5.3 超进展性疾病：抗 PD 治疗的阴暗面¶
尽管抗PD疗法可以显着改善晚期癌症患者的生存期，但存在一个矛盾的现象，即一些患者在接受抗PD-1/PD-L1抗体治疗后疾病进展加速，随后生存期显着缩短，即, 超进展性疾病 (HPD) [ 321 ]。
Lahmar等人在 2016 年欧洲肿瘤内科学会 (ESMO) 会议上首次报告了抗 PD 治疗后的 HPD 。[ 322 ] 在 89 名接受抗 PD 治疗的 NSCLC 患者队列中观察到 8 例 HPD 病例 (9%)。后来，Champiat等人。[ 323] 证明 HPD 也可能发生在其他检查的癌症类型中，包括黑色素瘤、尿路上皮癌、结直肠癌、淋巴瘤、卵巢癌、胆管癌和葡萄膜黑色素瘤。此外，在比较抗 PD 治疗与化疗的临床试验中，在最初的 3 至 6 个月内观察到两条生存曲线的交叉，这被认为是由于抗 PD 治疗中疾病进展和死亡发生的比例较高。早期试验中的 PD 治疗组 [ 41 , 324 – 327 ]。
研究人员付出了巨大的努力来探索HPD的生物学机制，而不仅仅是抗PD治疗原发性耐药的表现。它是通过未定义的机制施用抗 PD-1/PD-L1 抗体引发的加速肿瘤生长。已经提出了一些关于 HPD 机制的假设，包括：i) 由于反抑制的丧失，表达 PD-1 的 Tregs 的扩增，从而导致增强的免疫抑制和肿瘤增强；ii) 由于其他免疫检查点分子表达的代偿性上调导致代偿性 T 细胞耗尽；iii) 促肿瘤细胞的调节和免疫抑制细胞因子的分泌；iv) Th1 和 Th17 细胞介导的异常炎症；v) 致癌信号通路的激活 [321 ]。然而，支持这些可能的生物学机制的证据大多是初步的，需要进一步调查，这肯定会提供对 HPD 的更好理解和管理这种情况的方法。
另一方面，也迫切需要识别 HPD 高危人群的预测性生物标志物。据报道，在照射范围内头颈部鳞状细胞癌 (HNSCC) 局部复发的患者 [ 328 ]、具有两个或多个转移部位的 NSCLC 患者 [ 329 ] 以及老年患者发生 HPD 的风险较高 [ 323 ]。关于基因组生物标志物，MDM2 扩增是第一个被报道与 HPD 风险增加相关的基因组生物标志物 [ 330 ]；此外，据报道，EGFR 改变和11q13扩增也与 HPD 相关[ 330、331]. 总之，需要额外的预测性生物标志物，而这些生物标志物的综合整合可能会导致对 HPD 易感患者的识别。
除了 HPD 的被动临床管理，例如告知患者、肿瘤评估的范式改变和后续治疗的选择 [ 321 ]，将有限疗程的化学疗法与免疫疗法相结合可能会提供快速的疾病控制，使其成为一种实用的方法解决 HPD（图 4）。在 CheckMate 9LA 中，一项评估纳武单抗加易普利姆玛加有限疗程化疗与化疗一线治疗 IV 期或复发性 NSCLC 的 3 期临床试验中，通过添加有限疗程化疗与CheckMate 227 [ 41 ] 的结果。虽然 Reck等人[ 332] 在 2020 年美国临床肿瘤学会 (ASCO) 会议上没有报告 CheckMate 9LA 的 HPD 数据，实验组在第一次评估期间出现疾病进展的患者比例显示低于对照组（9 % 对 13%)。因此，使用有限疗程的化疗来解决 HPD 值得进一步研究。
综上所述，首选的癌症免疫疗法必须具有显着的反应但毒性较小，例如抗PD疗法。按照常态化肿瘤免疫治疗策略，将开发更高效、更新颖的靶点。然而，为了更好地应用癌症免疫疗法，应谨慎管理致命性 irAE 和 HPD 等特殊特征。
六，结论¶
随着抗肿瘤免疫疗法的兴起，目前的肿瘤疗法正在迅速发展。我们所处的时代有很多机会可以延长癌症患者的寿命。随着精准医学的发展，基于肿瘤和TME的综合分析，可以为患者提供更合适的个体化治疗。然而，机遇总是伴随着挑战。2020 年，Hegde 等人 [ 333] 列出了癌症免疫治疗的10大挑战，涵盖从临床前实验到治疗终点的问题，表明对癌症相关免疫的认识不足。尽管在这一领域遇到了种种挫折，但我们仍然对免疫疗法的潜力充满信心，它可以通过使用更先进的医疗设备和新开发的实验方法来实现。免疫被认为是人类与生俱来的武器或盔甲，因此动员和使用该系统应该是疾病控制的理想选择。在采用新的治疗方法治疗癌症时，不仅要关注TME的动态变化，还要考虑局部病灶与患者基本状况的关系。