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T细胞耗竭和肿瘤微环境抑制

作者:香雪生命科学-孙含丽

发布时间:2021-11-01

阅读:126

 

       T细胞治疗作为当下最为活跃的创新型肿瘤治疗方法之一,取得众多新药研发公司的青睐和资本市场的追捧,尤其是随着近几年CAR-T疗法的国外国内市场上市,T细胞疗法的前景越来越清晰,但伴随而来的问题却是尖锐的,T细胞疗法在大部分实体瘤治疗中一直没有取得可以与CAR-T治疗血液瘤相比拟的突破性进展和普遍响应,与体外实验相差较大,到底是什么原因造成的呢,这就要从T细胞耗竭和肿瘤微环境说起。

 

       首先介绍一下T细胞疗法,T细胞疗法是针对某些类型癌症的一种细胞疗法,属于免疫疗法的一种。 T细胞疗法的大概流程如下:

1、医疗团队评估患者身体状况,患者签署知情同意书

2、采集患者的血样,将含有T细胞的白细胞分离出来

3、将患者的白细胞送到实验室或生产设备,分离并激活患者的T细胞

4、患者的T细胞被基因工程改造,增强找到并杀死癌细胞的能力

5、基因工程改造后的患者T细胞扩增,增殖数量达到数百万个,然后将其冷冻存储,送回患者接受治疗的医院或中心

6、患者接受一个疗程的化疗,以减少体内正常T细胞的数量,从而为T细胞腾出空间

7、患者的T细胞解冻后被输入患者血液中

8、T细胞在患者血液中增殖,找到并杀死癌细胞,然后凋亡或者留在血液中,以继续攻击复发的癌细胞

9、医生监测患者是否出现副作用,可能需要住院一段时间

10、患者出院后医生继续随访患者,以了解该疗法的长期效果。

 

       理想情况下回输给患者的T细胞会发挥杀伤肿瘤细胞的能力,现实情况是有相当一部分病人对T细胞疗法不敏感,回输之后没有效果或效果持续时间很短,这是因为回输给患者的T细胞群体产生了耗竭或者被肿瘤微环境抑制。

 

      T细胞耗竭简单来说就是回输给患者的T细胞产生了损耗,不能正常发挥杀伤肿瘤的作用。耗竭性T细胞表现为T细胞的多种抑制性受体持续表达、免疫效应功能进行性丧失、转录因子表达及细胞内代谢改变等。耗竭性T细胞失去产生细胞因子,如IL-2, TNF-α和γ干扰素的能力,以及增殖和细胞毒作用。耗竭性T细胞并非不可逆转,抑制免疫调控靶点可以有效逆转耗竭性T细胞,恢复机体抗肿瘤免疫效应。

 

      而肿瘤微环境抑制就是说实体肿瘤(相对于血液瘤来说)长大到一定程度形成了复杂的局部微环境,在这个微环境里免疫细胞受到负调节分子的调控,不能正常发挥抑制杀伤肿瘤细胞的作用,或者反过来帮助肿瘤细胞增殖迁移。

 

      T细胞耗竭的发生及其影响因素

 

      个体在急性感染或者疫苗接种过程中,体内幼稚T细胞被激活,并在1~2周内分化为效应T细胞。随着效应T细胞的增殖、炎症的消退和抗原的清除,大部分活化的效应T细胞死亡,但是仍有一小部分存活并过渡至记忆T细胞池中。记忆T细胞可下调效应T细胞的活化程度,但是在再次受到抗原刺激后,可使效应T细胞功能快速再激活,并使其再次获得次级淋巴组织归巢功能,具有高增殖潜力及在长期无抗原情况下获得自我更新的关键记忆特性,具有保护性免疫效应。

 

      而在肿瘤患者体内,上述记忆T细胞分化程序则发生明显改变,导致肿瘤抗原长期刺激T细胞,特别是CD8+T细胞,这通常导致T细胞的免疫效应功能逐渐丧失,使其在接触抗原刺激时暂时无法进一步产生免疫效应,这种状态被称为T细胞耗竭。T细胞耗竭在肿瘤免疫功能障碍的发生、发展中发挥重要作用。T细胞耗竭的发生需要T细胞表面抑制性受体、可溶性细胞因子及免疫调节细胞等途径共同作用。

 

T细胞表面抑制性受体

 

      正常生理状况下,抑制性受体在效应T细胞瞬时表达,可抑制T细胞活化,并且在急性感染结束时辅助抑制T细胞免疫功能,从而限制自身免疫反应。随着抗原被清除,抑制性受体表达水平降低。而在肿瘤患者体内,耗竭性T细胞持续高表达多种抑制性受体。目前,针对T细胞耗竭研究最多的抑制性受体信号通路是PD-1/PD-L1/2信号通路。PD-1主要表达于抗原激活的T细胞,NK细胞,部分肿瘤细胞,以及Treg表面。除PD-1外,T细胞表面还存在多种其他抑制性受体,可以共同调节T细胞耗竭状态,如CTLA-4,TIM-3,LAG-3等。选择适当的抑制性受体靶点抑制剂或可逆转耗竭性T细胞的功能障碍,并增强特异性T细胞对肿瘤细胞的免疫效应。

 

可溶性细胞因子

 

       除抑制性受体的表达外,多种可溶性细胞因子也参与调节T细胞分化及T细胞耗竭的发生。这些细胞因子按照功能不同可分为3类。①促进T细胞耗竭的细胞因子,如IL-10,转化生长因子TGF-β等。②抑制T细胞耗竭的细胞因子。与上述促进T细胞耗竭的细胞因子作用相反,部分细胞因子,如IL-2、IL-21可以促进T细胞的活化与分化,具有较强的抗肿瘤作用。③其他细胞因子亦在T细胞耗竭中发挥复杂作用,例如α/β干扰素。阻断或者活化相关细胞因子可能为抗肿瘤提供新的治疗方向。

 

免疫调节细胞

 

       多种免疫调节细胞影响T细胞耗竭的发生。在慢性感染过程中,CD4+T细胞缺失对T细胞耗竭产生重要影响。Treg对T细胞耗竭具有促进作用,Treg表达抑制性受体,如IL-10和TGF-β。在多种慢性感染及肿瘤患者中,Treg数量显著增多。除上述2种免疫调节细胞外,其他免疫细胞,如NK细胞、CD8+Treg、耗竭性APC等,也影响T细胞耗竭。因此,虽然持续高水平的抗原刺激是导致T细胞耗竭的主要原因,但是免疫细胞的调节作用在促进或者拮抗T细胞耗竭过程中,也发挥重要作用。

 

耗竭性T细胞的功能特点

 

       与记忆和效应T细胞相比,耗竭性T细胞是一种独特的细胞群,具有特殊的分化途径、表型及功能。其主要功能特点包括免疫效应功能渐进式丧失、多种抑制性受体的持续高表达、转录因子改变、代谢失衡、表观遗传学变化等。

 

肿瘤微环境

 

       肿瘤微环境由除了肿瘤细胞以外的众多免疫细胞、间质细胞、细胞外基质及活性介质组成,大体上可分为免疫细胞为主的免疫微环境和成纤维细胞为主的非免疫微环境.在肿瘤发生发展过程中,肿瘤微环境与肿瘤细胞相互作用,共同介导了肿瘤的免疫耐受,从而影响了免疫治疗的临床效果.解除肿瘤微环境的免疫抑制有利于人体正常抗肿瘤免疫防御能力的恢复和重建,从而增强包括免疫治疗在内的各种肿瘤治疗方法的综合疗效,肿瘤微环境也由此成为肿瘤治疗的靶标。

 

免疫微环境

 

       在肿瘤的发生发展过程中,免疫系统主要经历以下三个过程的演变:a.免疫监察.肿瘤细胞被免疫细胞识别并清除,处于劣势一方;b.免疫平衡.肿瘤与免疫系统分庭抗礼,数量与实力处于均衡状态;c.免疫摧毁.肿瘤细胞突破免疫防线,打开拉锯战的缺口并多处转移.这其中免疫系统呈现出特有的两面性,免疫细胞既在肿瘤入侵的最初发挥天然抗肿瘤作用,又在肿瘤进展过程中一反常态变成促肿瘤表型,协助肿瘤免疫逃逸及远处转移.肿瘤免疫微环境中免疫细胞浸润并分泌炎性介质,形成炎性微环境,具有高度的异质性.免疫细胞成分复杂多样,包括适应性免疫系统的T淋巴细胞和B淋巴细胞,固有免疫防御系统的巨噬细胞、自然杀伤(NK)细胞和发挥抗原提呈作用的树突状细胞DC.浸润在肿瘤局部的淋巴细胞通常称为肿瘤浸润淋巴细胞TILs.在与肿瘤细胞的相互影响中,以调节性T细胞Tregs和肿瘤相关巨噬细胞TAMs为代表的肿瘤免疫微环境组分介导了免疫抑制,为肿瘤发展保驾护航.

 

调节性T细胞

 

      Tregs是CD4+ T淋巴细胞的一个亚群,组成性地表达白介素2(IL-2) 受体(CD25)、细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(CTLA-4) 以及最为重要的谱系分化特异因子Foxp3,具有免疫无能和免疫抑制两大功能.Tregs自身具有免疫无能性,表现为对IL-2以及共刺激分子的反应低下,而其免疫抑制能力,则通过抑制T细胞的增殖、分化,阻碍抗原提呈细胞的抗原呈递作用和直接介导靶细胞死亡等方式来实现.对许多不同肿瘤的研究表明,Tregs大量存在于肿瘤间质中,其高密度浸润往往预示着不良的临床预后.许多恶性肿瘤细胞表达自身抗原,而Tregs的存在能够有效地削弱自身抗原引起的抗肿瘤免疫,协助肿瘤细胞逃避免疫侦查和杀伤. Tregs介导的肿瘤免疫逃逸机制复杂,包括分泌可溶性或膜结合的抑制性细胞因子抑制效应细胞的功能、以颗粒酶和穿孔素依赖的方式介导效应细胞溶解以及通过阻断代谢影响效应细胞的功能等.目前认为Tregs的起源有两种,分别是由天然发生的Tregs (natural Tregs,nTregs)和外周诱导产生的Tregs (induced Tregs,iTregs).前者在胸腺髓质发育,在维持免疫稳态和在预防自身免疫疾病方面发挥重要的作用;后者则是对外源抗原产生反应,在免疫抑制性细胞因子和DC共同诱导下由外周幼稚CD4+ T细胞(naive CD4+ T cells)衍生而来.肿瘤局部浸润Tregs主要是在肿瘤微环境诱导下产生,一方面,微环境中存在大量的趋化因子,如CCL22和CCL28等,可以招募nTregs至肿瘤周边.另一方面,肿瘤和其他间质细胞通过分泌IL-10,转化生长因子(TGF-β)和吲哚2, 3双加氧酶(IDO)等调节因子影响DC的分化和增殖,进而诱导微环境中的幼稚CD4+ T cells向iTregs转化.

 

巨噬细胞

 

      癌症相关炎症是肿瘤十大生物学特性之一.现在普遍认为,炎症是肿瘤微环境的重要组成部分.肿瘤相关巨噬细胞作为肿瘤中浸润白细胞的最主要成分,在介导肿瘤炎症的发生和肿瘤进展方面发挥极其重要的作用.与Tregs不同,组织和炎症中浸润的巨噬细胞是由骨髓单核细胞前体发育而来.根据功能表型不同,巨噬细胞主要分为M1型和M2型.M1型巨噬细胞通过分泌促炎因子如IL-1、IL-12、TNF-α以及众多趋化因子配体,参与炎症反应和抗肿瘤免疫过程.M2型巨噬细胞下调免疫刺激因子IL-12,高表达免疫抑制因子IL-10,不仅本身肿瘤杀伤活性低下,并且抑制肿瘤中CD8+T细胞的细胞毒性.

 

       浸润在肿瘤局部的巨噬细胞通常称为肿瘤相关巨噬细胞(TAMs),其更接近M2型巨噬细胞的功能表型.肿瘤微环境中多种刺激因子如趋化因子CCL2将巨噬细胞募集至肿瘤局部,并促使其表型向TAM转化,从而助力肿瘤恶性进展.TAMs通过分泌多种因子促进血管内皮迁移,诱导血管新生,为肿瘤生长提供丰富的营养.越来越多的临床研究证实,TAMs浸润与肿瘤患者的不良预后相关.鉴于M1型巨噬细胞的抗肿瘤免疫功能,以及巨噬细胞的可塑性,逆转TAM由M2向M1表型转化对增强肿瘤免疫疗法具有巨大潜力.此外,阻断TAMs在肿瘤局部的募集,杀灭清除TAMs有望成为未来肿瘤治疗的新靶点.

 

非免疫微环境

 

       肿瘤微环境除了多种类型的炎性/免疫细胞,还有成纤维细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞等基质细胞.不仅为肿瘤的发生发展提供保护和支持,而且主动参与到肿瘤进程.

 

       综上所述,T细胞耗竭和肿瘤微环境对肿瘤发生和发展过程有着举足轻重的作用,其中复杂交错的细胞和分子调控机制仍有待进一步深入研究.肿瘤免疫治疗作为肿瘤临床治疗手段的新星,有着巨大的潜力.有效逆转T细胞耗竭状态和解除肿瘤微环境介导的免疫抑制将极大地促进肿瘤免疫治疗的临床疗效和广泛应用.

 

 

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