综述:免疫环境和免疫评分在癌症预后和治疗功效中的作用

Hello,大家国庆玩的一定很开心把!今天给大家介绍来自法国巴黎索邦大学综合癌症免疫学实验室的Jérôme Galon教授课题组在Nature Review Cancer(IF: 53.03)杂志上发表题为“The immune contexture and Immunoscore in cancer prognosis and therapeutic efficacy”的综述性研究,本文分别讨论了影响癌症发展的主要免疫参数,包括免疫评分,以及它们的预后和预测价值。免疫系统在癌症控制中的重要性体现在有效的免疫疗法,如检查点抑制剂,需要预先存在的瘤内适应性免疫反应。最后,作者还讨论了如何结合多个免疫参数来增加预后和/或预测能力。  

摘要

国际美国癌症联合委员会/国际癌症控制联合会(AJCC / UICC)肿瘤结节转移(TNM)分期系统为当前癌症分期提供指南。但是,在同一分期的患者中,临床结果可能会有很大差异。最近,出现了一种新的癌症定义,揭示了肿瘤细胞与免疫系统之间复杂而动态的相互作用。这使得我们能够定义免疫环境,并阐明与患者生存相关的免疫学参数。即便如此,不同的免疫细胞类型在调节癌症进展中的作用也将日益显现。一项名为“Immunoscore”的基于免疫的测定法被用来量化原位T细胞浸润,并被证明其效果优于大肠癌患者的AJCC / UICC TNM分型。这篇综述广泛地概述了影响癌症发展的主要免疫参数,包括Immunoscore,以及它们的预后和预测价值。免疫系统在癌症控制中的重要性,通过免疫疗法(例如检查点抑制剂)对现有的肿瘤内适应性免疫应答的需求得以证明。最后,我们讨论了多个免疫参数组合如何增加预后和/或预测能力。

前言

美国癌症/国际癌症控制联盟联合委员会(AJCC / UICC)的肿瘤淋巴结转移(TNM)分期提供了对癌症扩散程度的分类指南。根据该分期系统对各种癌症的评估,评估了手术切除时肿瘤的进展和侵袭程度以及患者的预后。但是,在同一组织学肿瘤分期中,患者的临床结局有显着差异,这表明TNM分期系统具有一定的局限性。现已经提出了几种方法来改善癌症分类,包括肿瘤生物标记物的免疫组化相关参数,针对细胞亚群的流式细胞术,分子标记,蛋白质组学或遗传学特征。这些方法主要是定位肿瘤细胞的特征,着眼于“组学”和bulk方法,但这些方法掩盖了肿瘤内的异质性,并忽略了肿瘤微环境(TME)和免疫组分的作用。更传统的替代癌症分类方法仍在使用中,这些依赖于突变负荷,遗传背景,或外部病原体。其他的癌症分类基于免疫病因学(潜在的慢性炎性疾病)或对抗PD1和抗PDL1免疫疗法的反应性(图1)。值得注意的是,多数方法均未考虑免疫系统对癌症进展的调节作用。因此这些分类方式不适用于评估所有癌症的预后,即使是个别癌症类型,在多变量分析中,没有一个最终超过了TNM分期系统。然而,阳性淋巴结的对数比率(即,阳性淋巴结数与阴性结点数之间的对数比率的对数)的评估在预测几种癌症类型的生存率方面优于AJCC / UICC分期系统,包括肾细胞癌(RCC),为其他策略铺平了道路。

图1:与人类癌症相关的基因组,生物学和病因学特征
侵袭性肿瘤与宿主免疫反应之间存在持续的相互作用,并决定了肿瘤的发展,该观点已被广泛接受。该观察结果将导致范式转变,其中癌细胞是通过获得次要关键行为特征以及先前公认的关键基因组的改变所导致。2010年,我们提出了当前癌症分类的最大局限性可能在于其固有的以肿瘤细胞为中心,不幸的是,这一概念在今天仍然在用。
根据定义,“生物标志物”一词是指“可以在体内或其产品中测量并影响或预测结果或疾病发生率的任何物质,结构或过程。”这包括广泛的可以准确,可重复地测量的客观适应症或医学证据。预后生物标志物是正面或负面影响患者临床结果的因素。虽然预后生物标志物是评估单个患者风险的有用工具,但它们不能预测治疗效果,而预测性生物标志物对治疗效果却起着重要作用。
在这里,我们提供了迄今为止最全面的分析方法,分析了影响癌症发展的主要免疫决定因素,重点关注关键的免疫细胞类型和结构,以及作为预后和预测性生物标志物的Immunoscore和免疫状况参数。与以前的工作相比,我们介绍了先前被忽略的因素的预后价值,例如自然杀伤性T细胞(NKT细胞),肥大细胞和嗜中性粒细胞。鉴于越来越多的令人信服的数据显示特定免疫成分的预后和预测能力,我们主张需要评估各个免疫决定因素和/或免疫决定因素的组合,以作为更准确的患者评估的一种手段。最后,我们建议引入另外两类生物标志物,即机制的(包括关键的分子机制)和逃逸的(包括在复发患者中降低“良好”的免疫力),这可能构成了一种更合理,最新的框架,作为预测治疗反应或耐药性的工具。

预后的免疫学参数

近年来,在评估多个免疫细胞亚群的预后价值方面已经做出了巨大的努力。在此,我们对17种人类癌症中主要免疫成分的预后意义进行了全面总结(图2)。与先前的分析相比,当前的工作代表了对主要免疫细胞类型在多种癌症类型中的预后价值的更新和更系统,更全面的分析。

 图2:免疫浸润对癌症患者预后的影响

细胞毒性CD8 + T细胞

浸润性CD8 +细胞毒性T细胞以及CD3 + T细胞和CD45RO +记忆T细胞与无病生存期(DFS)和/或总体生存期(OS)的延长存在相关性,并已在具有不同组织学特征的癌症中得到广泛证明 ,包括黑色素瘤,大多数鳞状细胞癌(SCC),大细胞肺癌和部分腺癌中。我们对大多数浸润肿瘤的免疫细胞亚型的分析表明,对患者生存影响最大的免疫细胞是CD8 +细胞毒性T细胞(图2),并在17种实体癌中的18,700多例患者中证实了CD8 + T细胞的良性预后价值(图2)。
在透明细胞RCC(ccRCC)和前列腺癌中观察到的结果相反,CD8 + T细胞的高聚集与较短的无进展生存期(PFS)和OS相关。但是,对于这些癌症,应考虑重要的协变量,例如肿瘤进展,因为CD8 + T细胞增加可能与肿瘤进展相关。据推测,ccRCC中促血管生成,促炎性TME的存在会增加所浸润的CD8 + T细胞上多个免疫检查点蛋白的水平,反映其耗竭表型。在ccRCC患者中,血管生成因子水平较低的患者中,寡克隆CD8 + T细胞功能全面,其高密度与预后良好相关。后续研究证实了耗竭表型与ccRCC预后呈负相关的假说,这也有助于解释为什么先前发现非增殖与增殖的肿瘤相关CD8 + T细胞具有不同的预后价值。这项工作的总体启示是,需要评估标记物的组合,而不是单个因素或细胞,可以更准确地反映TME的复杂性及其动态,可能会更好地反映其预后。是否在前列腺癌中发生类似的情况还有待确定;尽管如此,在这些肿瘤中发现CD8 + T细胞密度与检查点蛋白PDL1的表达相关,并且这两个因素都与较高的临床进展风险相关。这可能反映出类似的机制,以及这些癌症中存在明显的炎症过程。

T辅助细胞

T辅助(CD4 +)细胞的类别广泛,包括不同的细胞亚群(TH1细胞,TH2细胞,TH17细胞,Treg细胞和TFH),其具有的预后价值各不相同。在几乎所有类型的癌症中,TH1细胞及其衍生的细胞因子(例如干扰素-γ(IFNγ))都与临床结果良好密切相关。然而,最近的研究表明,在非小细胞肺癌(NSCLC)中,TH1细胞的高比例与术后2年生存率降低相关,这引起了对TH1细胞作为阳性预后指标有效性的质疑,至少在该种癌症中。
其他T辅助细胞群(TH2,TH17和Treg细胞)对预后的影响还不清楚,取决于TME、癌症类型和癌症分期(图2)。TH2细胞的存在与侵袭性肿瘤相关。例如,在胰腺癌患者中,TH2型炎症与较短的生存期相关,其中肿瘤浸润性TH2细胞与原位成纤维细胞胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)产生相关。通过调节髓样树突状细胞(DC),TSLP有助于TH2细胞极化,进一步推动TH2型炎症和胰腺癌的不良结局。最近发现TH1细胞:TH2细胞比例低和PDL1低表达的组合是人胶质母细胞瘤的良好预后指标。尽管如此,TH2细胞与霍奇金淋巴瘤的预后良好相关。免疫基因组学分析证实了这些相反的结果,揭示了TH2-型表型在多种癌症类型中的混合作用,这可能反映了TME中其他因素的贡献。
关于TH17细胞的作用也存在争议,TH17细胞与预后不良(例如,在大肠癌(CRC),NSCLC和肝细胞癌(HCC)中)和生存期的改善(在食道,胃,卵巢和宫颈癌中)有关 。正如基因表达分析或免疫组化染色所揭示的那样,大多数报道将负面的预后影响与白介素17(IL-17)信号相关,而不是与TH17细胞相关。尽管根据癌症类型和相关的TME,这些作用似乎有所不同,但IL-17被证明具有促肿瘤作用。尽管TH17细胞产生IL-17,但其他几种免疫细胞(例如自然杀伤(NK)细胞,NKT细胞,γδT细胞和肥大细胞)也已知会产生IL-17。例如,与肿瘤相关的肥大细胞是胃癌中IL-17的主要来源,并且还预测了这些患者的存活率。此外,TH17细胞不只产生IL-17。虽然TH17细胞来源的IL-17促进肿瘤细胞和肿瘤相关基质产生促癌因子,但TH17细胞来源的IL-8募集嗜中性粒细胞,CC趋化因子配体5(CCL5)和CCL20募集细胞毒性CCR5 + CCR6 + CD8 + T细胞进入大肠肿瘤中。同一项研究强调了TH17细胞自身不能预测CRC患者的存活率,但是在肿瘤的特定区域进行分析时它们具有不同的预后价值:上皮内TH17细胞与延长的生存率呈正相关,而基质TH17细胞并不可以。因此,特定的免疫细胞亚群可能根据其在肿瘤中的空间分布而具有不同的预后价值。
Treg细胞是CD4 + T细胞的一种亚型,具有抑制抗自身免疫反应,通常以CD25(也称为IL-2受体亚基-α)和FOXP3的高表达为特征。到目前为止,在宫颈癌和肾癌中已经获得了关于FOXP3 + Treg细胞与不良预后之间关联的共识。肛门SCC,神经胶质瘤和胶质母细胞瘤中未显示Treg细胞对存活率具有影响,而在CRC,膀胱癌,头颈癌和血液系统恶性肿瘤中则显示出正相关。Curiel等首先证明了肿瘤内Treg细胞与卵巢癌存活率低具有相关性。但是,随后的研究报道了不一致的结果,其汇总分析指出了这种癌症类型的总体中性作用。同样,对HCC报告的对比结果进行了荟萃分析,揭示了高水平的Treg细胞与较差的OS相关联。相同的研究表明了Treg细胞的预后效果如何随其位置,肿瘤内或循环而不是肿瘤周围的位置而变化,Treg细胞与较短的OS和DFS相关。在黑色素瘤,胃癌和乳腺癌中,Treg细胞的预后价值低或呈中性。值得注意的是,具有FOXP3 +细胞弥散型的胃癌患者的生存期明显短于具有肿瘤周围型的胃癌患者。结果不一致可能是由于Treg细胞的定义不一致,以及大多数报道仅依赖FOXP3作为这些细胞的标志物。CRC的情况也是相同的,直到2016年Saito等人认为Treg细胞的预后潜力仍然是一个争论的话题。证实存在两种在功能上不同的表达FOXP3的Treg细胞:“经典”抑制性FOXP3hi表达细胞和非抑制性FOXP3lowCD45RA-细胞,其特征在于不稳定的FOXP3和促炎性细胞因子的分泌。这两个亚群在CRC中具有不同的预后价值,其中表达FOXP3hi的细胞与更差的预后显着相关,而FOXP3lowCD45RA-细胞与更好的预后相关。因此,方法上的差异可能至少部分解释了结果的不一致。还提出了肿瘤部位,分期和分子亚型影响Treg细胞在某些肿瘤中的预后价值,从而有助于解释结果的差异性。最后,最近的一项研究证明了直肠癌中Treg细胞和CD8 + T细胞之间的空间距离对存活率有不同的影响,不仅相对相互作用,而且特定位置(上皮对基质)也可能具有不同的预后含义。FOXP3 +细胞和CD8 +细胞之间的距离较短倾向于在上皮细胞中预测良好的临床结果,而在间质中则相反。因此,除了增加预后能力外,包括空间信息也可能有助于解释不同研究之间缺乏一致性。
TFH细胞是专门的T辅助细胞,有助于生发中心的形成和维持,以及B细胞的成熟和免疫记忆的获得。目前的共识是,肿瘤相关的三级淋巴样结构(TLS)中的TFH细胞-B细胞轴有利地将免疫环境塑造为抗肿瘤环境。TFH细胞产生CXCL13,它通过CXCR5靶向B细胞和TFH细胞本身。TFH细胞多和CXCL13水平高都可以预测CRC和乳腺癌的生存率增加(图3)。缺乏CXCR5表达但在表型和功能上与常规TFH细胞相似的TFH细胞也与乳腺癌的阳性预后有关。此外还描述了HCC患者中循环的TFH细胞(以CXCR5 + CD4 + T细胞为特征)与DFS之间呈正相关。

图3 肿瘤免疫环境

NK细胞和NKT细胞

NK细胞通过识别和杀死肿瘤细胞,对先天性和适应性免疫应答以及肿瘤免疫监视起关键作用。它们能够控制肿瘤的生长以及转移性扩散的初始阶段。NK细胞需要通过穿孔素依赖性选择更具免疫原性的DC亚群,来激发有效的肿瘤特异性CD8 + T细胞反应,最近发现还可以通过其他机制,包括早期在肿瘤中募集经典的细胞毒性的T细胞活化DCs。尽管在免疫肿瘤浸润中很少发现,但与肿瘤相关的NK细胞一直与HCC,CRC,ccRCC和前列腺癌患者的生存期延长相关。与这些观察结果明显相反,在皮肤T细胞淋巴瘤中,较高的NK细胞活性与不良预后相关。NK细胞介导的对恶性CD4 + T细胞的识别受损以及NK细胞无法形成功能性免疫突触都是对此差异性发现的解释。最近对HCC样本进行的另一项研究确定了表达共抑制受体CD96的耗竭NK细胞。肿瘤内CD96 + NK细胞水平高的患者的特征是DFS较短。这项工作表明,在评估细胞的预后价值时,不仅需要评估细胞类型而且还评估其功能状态。在这种情况下,可以推测, NK细胞衰竭状态的治疗逆转将同时逆转其预后价值,从阴性变为阳性。NKT细胞是特殊的T细胞,即使在没有T细胞受体信号传导的情况下,也能够识别CD1d相关的脂质抗原并对炎症细胞因子做出反应,因此这些细胞具有先天性和适应性细胞样特征。NKT细胞被描述可以通过多种直接(肿瘤细胞溶解)和间接(TH1细胞因子的表达以及TME中免疫抑制细胞的调节)机制有助于有效的抗肿瘤免疫。合成激活的NKT细胞可以恢复耗竭CD8 + T细胞的效应功能,从而赋予了对PD1阻断的反应能力,表明这些抗肿瘤免疫细胞之间存在积极的相互作用。因此,在包括神经母细胞瘤和CRC在内的恶性肿瘤中,肿瘤浸润性NKT细胞的数量与良好的临床结果呈正相关。循环NKT细胞特定亚型的比例增加也预示着头颈癌患者对治疗的反应更好。NKT细胞比例低和CD1d表达高与慢性淋巴细胞白血病的进展有关,并且确定NKT细胞是一种新型的潜在慢性淋巴细胞白血病的预后指标。

树突状细胞

DC是决定T细胞活化和分化的关键抗原呈递细胞。现已经鉴定出具有不同功能,形态,表型和体内分布的DC亚群,包括传统1型DC,传统2型DC,浆细胞样DC和单核细胞衍生的DC。不同的预后影响与细胞亚群相关,也与它们的功能状态有关(即“成熟”与“未成熟”)。CD208 +(CD208也称为溶酶体相关膜蛋白3(LAMP3))比例升高(成熟DCs)与CRC的疾病结果较差相关。然而,其他报道表明,激活的和成熟的DC在CRC中的浸润增加与OS和DFS延长有关。
表示肿瘤内CD103 + DC丰富(cDC 1)的基因表达特征可以预测患者在人类癌症中的转归。在CD103 + DC与CD103-DC基因表达比例高的几种肿瘤类型中发现OS延长,最明显的是在乳腺癌,头颈SCC和肺腺癌中。在黑色素瘤中证实了肿瘤相关的CD208 +成熟DC在介导有效的抗肿瘤T细胞反应中的积极作用。最近,浆液性卵巢癌(HGSOC)中CD208 + DC和CD20 + B细胞的高水平与良好的OS相关,并被建议作为这种情况下的预后生物标志物。CD208 + DC对于介导细胞毒性T细胞依赖性肿瘤靶向免疫反应至关重要,对HGSOC患者具有临床益处。正如针对其他细胞类型所讨论的那样,这些细胞缺乏明确的表型及其定位的差异可能会混淆对不同研究结果的解释。肿瘤浸润DC根据其成熟状态显示出独特的肿瘤浸润模式,如CRC所示,这可能至少部分地解释了其高度可变的预后价值。
原发性乳腺癌中的pDC与预后不良有关。进一步的分析表明,这些肿瘤相关的pDC与循环中的pDC相比存在功能障碍,表现为产生IFNα、其标志性细胞因子、并维持FOXP3 + Treg细胞扩增的能力受损。Toll样受体(TLR)配体治疗可以逆转针对肿瘤内浆pDC所描述的功能受损和免疫抑制表型,可能对其预后价值产生影响。确实,在乳腺癌患者以及胃癌不同阶段的患者中,循环的,功能齐全的pDC是阳性的预后指标。通过揭示这些细胞的可塑性,这些发现再次表明特定细胞亚群的功能状态评价的重要性。

巨噬细胞

巨噬细胞是组织驻留分化的单核细胞,具有吞噬活性,通常根据其分化状态和功能作用分为M1和M2亚型。M1巨噬细胞的特征在于其促炎特性(例如IL-12的分泌和活性氧),从而促进了抗肿瘤TH1型反应。M2巨噬细胞具有抗炎性质,并分泌IL-10,转化生长因子β(TGFβ)和其他有助于建立耐受性微环境以及促血管生成因子的介质。使用CD68作为原型巨噬细胞标记物的初步研究不能区分M1和M2巨噬细胞表型。应当指出,这种二元分类代表了表型谱的过度简化,其中M1和M2只是极端情况下的分型。如今,巨噬细胞是多种细胞类型的集合,并且在稳态和病理条件下具有一系列功能。这种功能的多样性受发育起源,所处位置和急性微环境刺激的调节。
肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)目前用于表示具有M2类表型的分化的单核细胞在肿瘤中的聚集,通常是在肿瘤中。TAM的高度浸润与乳腺癌,胃癌,口腔癌,卵巢癌,膀胱癌和甲状腺癌以及霍奇金淋巴瘤中OS差有关。共表达CD68和M1极化转录因子STAT1和CRC的滤泡性淋巴瘤并非如此,其中CD14 + CD40 +巨噬细胞强烈浸润肿瘤与预后良好相关。在滤泡性淋巴瘤和CRC中,TME将TAM塑造成M1样的促炎表型,这很可能解释了观察到的预后差异。在NSCLC中,总CD68 + TAM与患者的OS无关。相同的荟萃分析表明,肿瘤中M1 TAM的高比例预示着OS延长,而浸润肿瘤基质的M2 TAM的高密度与预后不良相关。这些观察结果重申了肿瘤内定位在预后评估中的重要性。这两个细胞亚群的潜在功能行为似乎可以很好地区分其预后价值(图2b)。尽管如此,基于本体论和表型对TAMs的作用以及组织固有的巨噬细胞(被大大研究)的更深入的评估,可能会更好地阐明它们的预后价值。

髓样来源的抑制细胞

髓样来源的抑制细胞(MDSC)是病理激活,相对不成熟的髓样细胞的异质细胞亚群。在人体中发现了两大类MDSC:嗜中性粒细胞样粒性或多形核MDSC(PMN-MDSC)和更突出的单核MDSC(M-MDSC)。在恶性环境中,M-MDSC可以进一步分化为TAM。从机制上讲,来自人肺SCC的MDSC有助于体外CD8 + T细胞凋亡并减少肿瘤细胞凋亡。已显示所有肿瘤内MDSC均显示有效的免疫抑制能力,从而支持癌症进展和转移扩散。为了在组织学切片中特异性识别MDSCs,需要多种标记物的存在阻碍了对肿瘤浸润性MDSCs的评估,而是在癌症患者的外周血中评估其预后价值。在各种实体瘤中,包括CRC NSCLC,HCC,黑色素瘤,甲状腺癌和膀胱癌,已证明外周血MDSC值与癌症分期之间呈正相关。荟萃分析显示,患有实体瘤的患者中,循环MDSCs与临床结果相关。因此,MDSCs被建议作为临床实践中的预后生物标志物。因此,在过多的实体瘤和非实体瘤中描述了循环的MDSC数量增加(PMN-MDSC和M-MDSC两者)与较短的PFS和/或OS之间的关联。因此,低水平的外周血MDSCs对未接受过治疗的癌症患者具有积极的预后价值。
MDSC能够表达和释放吲哚胺2,3-双加氧酶1(IDO1)酶,从而驱动Treg细胞的扩增。李等最近证实了乳腺癌新辅助化疗后肿瘤浸润的MDSCs和Treg细胞以及肿瘤内IDO1表达与临床结局的关系。尽管该研究表明存在IDO1 + CD33 + MDSC,但在这种情况下不能排除其他活化的髓样,IDO1表达细胞(例如DC)的存在和预后相关性。
综上所述,这些发现表明,MDSCs在癌症的发病机理中起着重要作用,可能是潜在的预后生物标志物,也是新治疗策略的潜在靶标。表型区分中性粒细胞和PMN-MDSC具有一定挑战性; 然而,最近的证据表明,凝集素型氧化的LDL受体1(OLR1)可以区分人体PMN-MDSC与嗜中性粒细胞以及M-MDSC。有可能的是,将来对这些细胞的精确定义将转化为对其预后潜力的更准确评估。

B细胞

由于其产生抗体的能力,B细胞是体液适应性免疫的关键细胞类型。它们构成了在TME中发现的大部分免疫细胞。B细胞介导的体液反应没有预后价值,其在癌症中的作用仍是一个有争议的问题。在癌症患者中发现的大多数抗体是自身抗体(针对自身抗原)。相反,在CRC,HCC,黑色素瘤,HGSOC,NSCLC,IB期宫颈SCC,软组织肉瘤和浸润性导管癌中,B细胞数量的增加与临床预后的改善相关。肿瘤浸润的完全分化B细胞(浆细胞)与TLS的存在以及抗肿瘤T细胞反应和HGSOC的更好预后有关。B细胞主要在胃癌的TLS内发现,与更好的临床结果相关。肿瘤内CD8 + T细胞和CD20 + B细胞的共存与转移性黑色素瘤的延长生存期相关,而与其他临床变量无关。在这些CD8 + CD20 +肿瘤中也证明了TLS的存在。下一部分将对TLS的预后意义进行更详尽的描述。然而,一些研究将B细胞浸润与不良预后相关。在上皮性卵巢癌的亚型不同的患者中,腹膜或胸腔积液中的肿瘤内CD20 +和CD138 + B细胞或CD19 + B细胞均属于这种情况。激活了转录因子STAT3的肿瘤相关B细胞与肿瘤血管生成增加呈正相关,从而促进了肿瘤的进展。在乳腺癌中,B细胞浸润与预后的好坏相关,也获得了相反和非结论性的结果。
绝大多数研究基于CD20表达鉴定B细胞。尽管如此,已经确定了新的B细胞亚群,即调节性B细胞(Breg细胞)。Breg细胞产生抗炎介质,例如IL-10,并且似乎在肿瘤上获得了这种免疫抑制表型。Breg细胞缺乏基于单分子表面标记的表征,使其在TME中的仍然难以鉴定。同样难以鉴定的是TME和/或决定从抗肿瘤B细胞到表型B细胞的表型转变的因素质控。上面讨论的对比结果可能是由于具有不同特性的B细胞不同亚群的参与所致。

三级淋巴结构

TLS是可诱导的淋巴结构,在包括TME在内的慢性发炎区域内形成。TLS与次级淋巴器官具有一些相同的结构和功能特征,这表明它们处于抗原呈递以及效应及记忆B和T细胞分化的位置。的确,TLS包括一个B细胞滤泡,由一个主要包含B细胞的生发中心组成,但也包含T细胞,滤泡DC和巨噬细胞,被幼稚B细胞包围; 一个T细胞富集区,由T细胞亚群和成熟的CD208 + DC组成。因此,TLS可能是T细胞引发和形成有效抗肿瘤反应的第一个位点。TLS通常但并非总是与癌症患者的良好预后相关。在大多数类型的癌症(NSCLC,CRC,乳腺癌,肺SCC,软组织肉瘤,黑色素瘤)中,高密度TLS均与良好的临床结果相关,但它们在HCC中显示出负面的预后影响,其作为促胃液可溶性介质的来源。
不同癌症类型,位置和阶段的TLS之间存在一定的异质性。此外,已经描述了TLS的不同成熟阶段:例如,与具有微卫星稳定性或野生型BRAF的患者相比,TLS具有MSI或BRAF突变的CRC患者更为成熟(即包括完全形成的生发中心)并且普遍存在。在同一项研究中,较高密度的成熟TLS与降低的复发风险相关。同样,皮质类固醇诱导的肺SCC TLS内生发中心的丧失与TLS良性预后价值的丧失相关。仔细评估复杂的成分以及TLS细胞成分的相对比例可能会最终阐明这些结构的预后作用。

肥大细胞

肥大细胞是肿瘤免疫学中经常被忽视的一类免疫细胞,因为它们与其他疾病(特别是变态反应)具有共同的关联。肥大细胞在外周组织中成熟,并且在皮肤和粘膜组织中最为丰富,在抗体(免疫球蛋白E)介导的或TLR介导的活化后,肥大细胞释放出储存的颗粒及介质,并随后产生新的可溶性介质。这些会深刻影响邻近的免疫和肿瘤环境,并促进全身性炎症。保罗·埃里希(Paul Ehrlich)于1878年提供了人类肥大细胞(此后称为“肿瘤相关肥大细胞”(TAMC))在肿瘤内浸润的第一个证据。在多种类型的癌症中都发现了高密度的TAMC,包括NSCLC,黑色素瘤,RCC(包括透明细胞,乳头状,生色团和肉瘤样RCC)和乳腺癌,并可能为抗肿瘤细胞或促肿瘤细胞。TAMC在诸如前列腺癌和乳腺癌的实体癌中具有积极的预后价值。然而,它们的密度也与其他类型癌症的存活率降低有关。TAMC的增加与肿瘤细胞对淋巴结的侵袭有关,可能表明这些细胞在肿瘤扩散中的作用。独特的刺激似乎决定了TAMC释放不同调控介质。通过反映TME的异质性,TAMC可以充当肿瘤细胞或抗肿瘤细胞。肥大细胞颗粒的主要成分之一是类胰蛋白酶,一种有效的血管生成丝氨酸蛋白酶,其血清水平升高与乳腺癌预后不良相关。因此,从TAMC释放出来的特定因子而不是TAMC本身也可以提供预后信息。

中性粒细胞

中性粒细胞是循环中最丰富的白细胞,具有吞噬和抗菌能力。在癌症中,嗜中性粒细胞数量增加与不良OS相关,在几乎所有癌症分期和类型的荟萃分析中情况相同。有结果表明,中性白细胞与淋巴细胞比率大于4的患者的OS,PFS,DFS和癌症特异性生存率较差。已经报道了几种癌症类型的TME中嗜中性粒细胞的存在。这些与肿瘤相关的中性粒细胞(TANs)释放出多种因子,发挥许多重要功能,主要是肿瘤功能,包括细胞外基质重塑,血管生成以及促进肿瘤生长和侵袭。因此,在涉及近4,000名癌症患者的荟萃分析中,高TAN密度与较差的生存率相关。通过对14种癌症类型的肿瘤转录组进行大量反卷积分析,证实了这一点,其中嗜中性粒细胞是与预后最差相关的免疫细胞群。然而,在CRC中,肿瘤中心和浸润性边缘中含颗粒(即完全分化的)嗜中性粒细胞密度的增加与更好的预后相关。同样,更高密度的CD66b + TAN与CRC的预后更好相关。CD66b存储在中性粒细胞颗粒中并由中性粒细胞组成性表达,是TAN的组成型标记基因。可能是由特定的TAN亚型(定义为N2表型)实际发挥了促肿瘤作用,这与抗肿瘤,免疫刺激和可能较少见的N1表型相反。通常在这些情况下,N1和N2表型代表具有两种极端。迄今为止,尚未阐明控制N1和N2极化的动力学特征,并且可能存在可塑性,从而可以将一种亚型转化为另一种亚型。据推测,TME中的环境因素有利于N2表型,目前正在进行旨在理解嗜中性粒细胞的代谢重编程和表型转换的研究。
已知活化的嗜中性粒细胞会产生嗜中性粒细胞胞外物质(NETs)。最近,NETs被描述为胰腺导管腺癌的独立预后因素。将NET与标准TNM系统结合使用,可提高胰腺导管腺癌的预测准确性,证明如何利用免疫细胞衍生的结构获得预后信息。

免疫评分和免疫状况相关参数

Immunoscore是一种基于数字病理学的测定方法,基于对肿瘤边缘(浸润边缘)和核心的CD3 +和CD8 +淋巴细胞的定量分析。通过捕获两个区域中两种细胞类型的密度,Immunoscore在两个位置提供了从低(Immunoscore 0)到高(Immunoscore 4)免疫细胞密度的评分系统。
在预测DFS,疾病特异性生存率和OS方面,Immunoscore在CRC的I,II和III期超越了传统的TNM系统。将CD45RO +细胞与CD3 +或CD8 +细胞一起研究时,发现了相似的结果。在三个独立的数据集中,I,II或III期CRC的Immunoscore高的患者(得分为4表示两个区域的两个标记物的密度都很高)的复发风险最低。II期CRC患者的复发时间,DFS和OS均获得了相似的结果。在多变量分析中,基于对风险的相对贡献,与AJCC / UICC TNM阶段、 分化等级、静脉栓塞,淋巴管浸润或神经周浸润、性别、粘液性肿瘤类型、和MSI状态相比,Immunoscore是最好的参数。这与大量报告证实CD8 + T细胞不仅在CRC中而且在几种癌症类型中具有积极的预后价值相吻合(图2)。Immunoscore在其他癌症中的预后价值目前正在研究中,Immunoscore现在已被批准可作为CRC的体外诊断测试用于临床。
癌症免疫监视的连续性最近已扩展到癌前期,通过在低级别浸润前病变中观察到驻留免疫细胞的激活来进行早期免疫感应,然后通过高级别的免疫检查点激活免疫应答和免疫逃逸。随着肿瘤进展,免疫细胞密度和免疫分数趋于降低。尽管如此,通过预测I,II,III或IV期CRC患者的生存情况,Immunoscore最终显示出与肿瘤分期无关的预后能力。这表明具有最小的肿瘤浸润和较低的Immunoscore的患者可能经历疾病复发。浸润最少的转移(免疫分数最低)是最准确定义患者预后的转移。转移性CRC患者在免疫浸润最少的转移中显示高免疫密度(高Immunoscore)的比例,与低Immunoscore转移的患者相比,其复发时间和OS增加。总体而言,这些研究证明了Immunoscore作为预后生物标志物的价值。
十多年前发现了免疫浸润,细胞毒性和效应记忆T细胞,可防止早期转移性侵袭,从而预测Immunoscore在预测早期癌症扩散中的价值。尽管基因组不稳定,但具有高免疫分数的TMEs产生远转移的频率比具有低免疫分数的TME少。早期和晚期转移性传播与Immunoscore的联系不仅证明了免疫系统在抑制肿瘤扩散中起关键作用,而且还证明了该测试的预后能力及其核心参数。在转移阶段,通过对Immunoscore的检查和免疫编辑证明,这些免疫参数决定了人类特定肿瘤克隆的进化。基于平行免疫选择模型,免疫逃逸变异肿瘤克隆的自然选择提出了一种新的癌症进化理论。
我们首先显示出特定的免疫环境特征与高免疫基因表达特征和高Immunoscore肿瘤(炎性肿瘤)相关,并降低了CRC复发的风险。该免疫基因标记由T细胞参数组成,包括细胞毒性T细胞基因,趋化因子,粘附分子,细胞因子和TH1细胞相关基因。还发现相同的特征可以预测其他癌症类型的良心预后。免疫环境特征构成基线时(即治疗前)的有效预后因子,而在治疗后仍为有效的预后因子。

预测免疫参数

提出的证据表明,在计划进行治疗性干预时需要考虑免疫参数。鉴定预测特定抗癌治疗反应的生物标志物似乎是治疗方案所必需。图4显示了当前预测性免疫特征的概述。值得注意的是,预测特征与预后特征和其他现有特征基本重叠(图4)。

图 4 重合的免疫学特征
其他特征,例如肿瘤的免疫原性,突变负荷和MSI状态具有预测价值。高体细胞肿瘤突变负担(TMB)与接受多种癌症类型的免疫检查点抑制剂的患者的生存期延长有关,尽管定义“高” TMB的阈值在不同癌症之间大不相同,并且最近在两个阶段进行了更标准化的TMB评估试验未证实TMB在肺癌中的预测价值。但这三个特征(免疫原性,突变负荷和MSI)并非不相关。MSI高状态导致肿瘤细胞中体细胞突变的积累,从而增加TMB,(可能是免疫原性的)新抗原的表达,最常见的是大量肿瘤浸润的淋巴细胞。值得注意的是,美国食品药品监督管理局(FDA)首次批准了在患有MSI高或错配修复缺陷的实体瘤患者中使用pembrolizumab(抗PD1检查点抑制剂),而与肿瘤位置无关。这是FDA首次基于肿瘤性质而非特定的组织学类型进行癌症治疗。这种与肿瘤无关的方法,朝着基于生物标志物而非基于器官或组织学的癌症观点迈出的令人鼓舞的一步,并将对肿瘤学产生重要影响。除了在基线时是可靠的预后因素外,免疫特征还可以预测对免疫检查点靶向疗法的反应。PDL1的表达以及TH1细胞和细胞毒性T细胞的密度也预示了多种癌症类型对PDL1或PD1靶向免疫疗法的反应。肿瘤浸润淋巴细胞用于预测抗PD1免疫疗法的临床益处,基于免疫组化的肿瘤核心CD8 + T细胞密度评估,尤其是在浸润边缘,与抗PD1免疫疗法的反应直接相关。此外,已经广泛报道了PDL1 +细胞与肿瘤浸润CD8 + T细胞的共定位。因此,可以提出假设肿瘤浸润淋巴细胞诱导适应性免疫抵抗,并伴有PDL1表达的增加。实际上,抗PD1治疗的应答者中CD8和PDL1的表达均显着高于非应答者。提出了不同的免疫细胞亚群来预测对抗PD1以及对另一个免疫检查点细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(CTLA4)的抑制性抗体的反应,强调它们的不同作用机制。对于抗CTLA4,即使将抗CTLA4与放疗结合使用,也建议CD8 +中央记忆T细胞是黑色素瘤反应的最佳预测指标之一。当前用于检查点抑制剂免疫治疗的生物标记物是最近全面综述的主题。
除了T细胞外,无论是外周血还是与肿瘤相关的其他免疫细胞及其衍生物都可以预测对治疗的反应。高水平的循环MDSCs对联合化疗和免疫疗法治疗的癌症患者具有负面预测价值。肥大细胞颗粒衍生的类胰蛋白酶被提议作为乳腺癌患者对根治性手术反应的预测生物标志物。CXCL13轴包括TLS,TFH细胞和B细胞,以及CXCL13的预后价值在2013年就已经报道。此外,在乳腺癌和胃癌患者中,恶性病灶内的CXCL13表达也预示了对新辅助化疗的反应。此外,分泌CXCL13的PD1 + CD8 + T细胞主要位于TLS中,可预测患者对抗PD1的反应。在2018年,对新辅助免疫检查点封闭有反应的患者与无反应的黑色素瘤患者的肿瘤相比,B细胞信号更为丰富。上皮和基质CD20 + B细胞是接受新辅助免疫治疗的头颈癌患者的良好预测生物标志物。
最近的三项研究表明,B细胞浸润到肿瘤中以及TLS的存在如何与对免疫检查点抑制剂的反应改善有关。与TLS相关的基因预测了免疫检查点抑制剂治疗黑色素瘤患者的临床结局。同一项研究表明,在没有TLS的肿瘤中T细胞功能异常。来自另一项研究的多组学数据支持TLS中B细胞在转移性黑色素瘤或RCC患者对免疫检查点抑制剂的应答中的作用。具有高免疫力,富含TLS的软组织肉瘤表型包括B谱系和CD8 + T细胞信号以及增加的免疫检查点表达,与其他表型相比,具有更高的生存率和对PD1阻断的高应答率。总体而言,关于B细胞在为后续免疫治疗设定正确阶段方面所起的关键作用的共识正在形成。B细胞的这种抑癌作用可能是间接的(例如,分泌T细胞活化的细胞因子,如IFNγ)和/或对肿瘤细胞的直接细胞毒性作用的结果。黑色素瘤患者对免疫检查点抑制剂有反应时,转化记忆B细胞(可能会分化为浆细胞)的存在表明,它们可能通过产生针对肿瘤的抗体来促进抗肿瘤反应。
B细胞还是高度免疫相关不良事件的良好预测生物标志物。最近的一项研究报道,针对CTLA4和PD1的双重检查点封闭后,循环B细胞数量减少,CD21low B细胞和成浆细胞数量随之增加,并在与免疫相关不良事件的发生频率和发生时间上相关。

组合免疫学参数

尽管趋势明显,但是本文所述的大多数免疫组分预后准确性均为高度可变,这主要是由于缺乏完整的基础知识和肿瘤异质性较强。为了更好地反映肿瘤领域中同时存在和不存在的参与者的相对贡献,已经对免疫细胞和/或因素进行了组合评估,而不是单独评估了它们的预后能力。最突出的例子之一是先前讨论的免疫环境特征,包括免疫细胞,其衍生的可溶性因子和特异性转录因子。也已经报道了许多强大的预后组合实例。由CD68hi,CD4hi或CD8low细胞组成的免疫信号预测乳腺癌患者的存活率下降要好于单个细胞类型。只有对巨噬细胞,浆细胞,Treg细胞和非Treg CD4 + T细胞的综合评估才能确定早期NSCLC的患者在完全手术切除后复发风险的显着增加。同样,CD47和/或CD133表达是食管SCC中OS和PFS的可靠独立预后因素。
诸如多重成像技术和单细胞分析所提供的最新技术进步以及整合分析所伴随的进步,正在发现TME内部的更多信息。这些强大的方法可能允许对功能性免疫细胞区划进行定位,这可能会揭示离散的细胞模块或细胞组织对肿瘤预后的影响,并且效果比单个成分更好。但是,其成本与方式阻碍了其发现的过程。
我们先前讨论了可溶性因子和趋化因子募集免疫细胞的特定细胞亚群的预后重要性。在所提供的证据以及一些最新发现(图3)表明,准确的预后评估不仅应考虑免疫细胞类型,还应考虑调节其运输和/或活性的因子。
在评估免疫参数的预测能力时,似乎也适用类似的理由。在Merkel细胞癌中,对Pembrolizumab的临床反应与PD1 +和PDL1 +细胞的更高密度相关,前者在多种TME相关免疫细胞类型(CD8 + T细胞,CD4 + T细胞,Treg细胞和CD20 + B细胞)上表达。同一项研究表明,在这种类型的评估中空间分析的重要性,因为PD1 +细胞和PDL1 +细胞彼此之间的接近也与抗PD1的临床反应有关。最近的一项研究揭示了CD8 +细胞加PDL1 +细胞自动组合的特征在预测NSCLC中抗PDL1(durvalumab)的反应方面优于单个成分。高水平的四个不同循环免疫细胞亚群(GZMB+NK细胞,CD4 +效应T细胞,CD45RA + CCR7 + TNF + CD4 + T细胞和HLA-DR-CD38-CD4 + T细胞)的组合可以最佳预测临床黑色素瘤中对抗CTLA4的反应。一些报告支持免疫基因特征(主要通过反卷积分析获得)预测多种癌症类型的临床结果和对治疗反应的能力。

其他生物标记物

除了预后性和预测性生物标志物外,还描述了其他两类生物标志物:机制型和逃避型。这四个类别之间存在一定程度的重叠(图4)。只有通过了解与其成功相关的关键分子机制或机制特征,才能了解治疗干预后免疫介导的肿瘤排斥的复杂性。机制免疫特征构成免疫基因的特定集合,在应答患者中其转录增加。已经确定并提出了几种机制相关基因。例如,初步数据确定了难治性/攻击性B细胞非霍奇金淋巴瘤患者与抗CD19嵌合抗原受体T细胞疗法相关的机制肿瘤免疫基因特征。该标记(Immunosign)涵盖了T细胞活化相关,效应因子,趋化因子和免疫检查点基因的上调。最近证明了用于免疫检查点治疗的机制基因的有效性,抗PD1的疗效取决于CXCL9–CXCR3轴的肿瘤内活性。在进行免疫疗法,靶向疗法,化学疗法或放射疗法的患者中,这种机制免疫特征似乎显示出一定程度的重叠(图5)。这四种类型的治疗共有的核心要素均与T细胞细胞毒性有关。最近,III期CRC患者证明了Immunoscore对化疗反应的预后价值和Immunoscore的预测价值。这强化了被广泛接受的观念,即T细胞的细胞毒性是介导肿瘤排斥的核心效应因子机制(图5)。

 图 5 机制免疫学特征
逃避的生物标志物定义了复发患者的“良好”免疫力下降。据我们所知,迄今尚未在逃避生物标记物方面达成共识。但是,特定途径的缺陷与黑色素瘤中获得的对PD1阻滞的获得性耐药有关。编码IFNγ信号成分Janus激酶1(JAK1)和JAK2的基因中的功能丧失突变赋予对PD1治疗的抗性。因此,JAK1或JAK2突变可以帮助区分可能无法从抗PD1或抗PDL1治疗中受益的患者。编码抗原呈递蛋白β2-微球蛋白(B2M)的基因发生突变,导致I类主要组织相容性复合体(MHC)的表面表达丧失,从而导致黑素瘤进展。然而,据推测存在一种涉及II类MHC和CD4 + T细胞的补偿机制,以减轻I类MHC下调的有害作用。
经典的肿瘤抑制因子PTEN有助于T细胞向肿瘤的运输,并有助于T细胞介导的肿瘤杀伤。PD1阻断后获得的PTEN基因的双等位基因丢失有利于子宫平滑肌肉瘤患者对治疗的抗性和肿瘤进展。尽管如此,其作为逃逸生物标志物的作用仍是一个争论的问题。
在体内小鼠模型中,免疫疗法后的不同阶段显示了多个免疫亚群的激活,其中特定的亚群与有效疗法有关。要成功根除肿瘤,必须存在全身免疫应答,这对于激活的效应记忆TH1细胞亚群(CD44 + CD69 + CD62L-CD27low TBX21 + CD90hi)起着重要作用。监测免疫治疗后这些反应的最终缺陷可能会突出逃逸的机制,尽管在人类中是否发生类似的动态变化尚待确定。

未来展望

人们越来越认识到,所有的免疫疗法和大多数常规的抗癌疗法都可以调节患者原有的免疫反应。其中细胞毒性T细胞,记忆T细胞,TH1细胞,TFH细胞和B细胞与延长的生存时间有关,而Treg细胞,MDSC和中性粒细胞的密度升高与预后不良有关。总体而言,我们的分析通过显示特定免疫特征或其组合的强大预后和/或预测能力,有助于增进我们对肿瘤免疫生物学的了解。一些个体免疫细胞或因子的预后或预测值的高度不一致可能是由于基础知识不完整(因此标记选择不准确)或技术差异所致。总之,所提供的证据强烈表明需要实现对免疫细胞亚群的区分,明确的表型表征,以及对TME中多种免疫细胞类型更全面(包括空间和功能)理解。一旦确定,关键的免疫元件应与免疫病理学领域整合为临床上可行的方法。使用标准化免疫测定法揭示患者免疫反应的状态已成为指导最佳治疗干预的一项基本要求,因为它可能会发现特定且有望成为针对性的免疫“缺陷”。随着国际共识Immunoscore的国际验证以及最近在世界卫生组织对消化系统肿瘤分类的第五版中将其引入CRC的“基本和理想诊断标准”中,我们已经接近了我们先前提出的TNM -I(“ I”代表“免疫”)分类。目前正在对Immunoscore进行泛癌验证,并对其预测价值进行评估,这将朝着最终承认免疫系统作为癌症分类的主要决定因素迈进一步。

参考文献

Bruni D, Angell HK, Galon J. The immune contexture and Immunoscore in cancer prognosis and therapeutic efficacy [published online ahead of print, 2020 Aug 4]. Nat Rev Cancer. 2020;10.1038/s41568-020-0285-7. doi:10.1038/s41568-020-0285-7
研究进展

肿瘤生态与进化动力学模式——掌控肿瘤治疗的时机性

2020-9-19 18:47:29

研究进展

植物次生代谢物转运蛋白研究进展

2020-10-8 22:46:04

加入Q群
2 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 新进展,学习了😊

  2. 感觉对自己很有帮助,学习到了

个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索