2022-07-03

Nat Rev | 肿瘤适应性免疫抵抗：机制和治疗机遇

原创 huacishu 图灵基因 2022-07-03 16:29 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学机制

撰文：huacishu

IF=84.694

推荐度：⭐⭐⭐⭐⭐

亮点：

1、在这篇综述中，作者讨论了为什么肿瘤部位的适应性免疫抵抗机制应该是指导未来药物开发以及改进当前癌症治疗的关键焦点；

2、作者指出肿瘤诱导的适应性免疫抵抗机制的发现和选择性阻断它们的治疗方法的设计在癌症患者中是有效的。

耶鲁大学医学院Lieping Chen教授课题组在国际知名期刊Nat Rev Drug Discov在线发表题为“Adaptive immune resistance at the tumour site: mechanisms and therapeutic opportunities”的论文。肿瘤采用各种策略来适应并最终抵抗免疫攻击。这些机制统称为适应性免疫抵抗（AIR）。第一个定义并经治疗验证的AIR机制是干扰素-γ在肿瘤中选择性诱导程序性细胞死亡1配体1（PDL1）。抗体阻断PDL1与其受体PD1的结合（抗PD治疗）可以引起部分晚期癌症患者病情缓解，尤其是实体瘤患者。然而，许多将抗PD治疗与其他抗肿瘤药物相结合的临床试验在没有强有力的机制基础的情况下进行，未能确定协同或相加效应。在这篇综述中，作者讨论了为什么肿瘤部位的适应性免疫抵抗机制应该是指导未来药物开发以及改进当前癌症治疗的关键焦点。

适应性免疫抵抗假说

通过研究正常和癌症状态下的人类PDL1，可以了解适应性免疫抵抗的几个重要特征。首先，虽然PD1在血液和肿瘤微环境（TME）中被激活的T细胞广泛表达，但在T细胞通过抗原识别到达和激活之前，在TME中未发现PDL1。此功能允许在TME中选择性表达PDL1。然而，一些肿瘤表达PDL1，但没有明显的T细胞浸润。其次，PDL1的表达可能会损害TME的免疫功能，而无需全身免疫抑制。肿瘤细胞上的PDL1通过诱导活化T细胞死亡或功能障碍，或通过使肿瘤细胞对T细胞杀伤更具抵抗力，从而对T细胞介导的破坏产生抵抗力。第三，PD1–PDL1通路似乎是一部分晚期癌症患者的主要AIR机制，因为尽管已经描述了各种免疫抑制机制，并且可以在TME中共存，但单独抗PD治疗可以对这部分患者产生治疗效果。适应性免疫抵抗机制不同于一般免疫抑制机制，如CTLA4受体介导的机制，通常称为“免疫检查点”，因为CTLA4主要通过调节性T（Treg）细胞来抑制健康个体的内在自身反应。除了PD1–PDL1途径外，TME中还存在其他适应性免疫抵抗机制，因为并非所有表达PDL1的肿瘤都可以通过抗PD治疗消除，许多肿瘤在没有PDL1表达的情况下被功能失调的肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）浸润。因此，晚期癌症似乎可以同时使用多种适应性免疫抵抗机制来逃避免疫系统的攻击，而我们对人类癌症适应性免疫抵抗的理解仍处于初级阶段。

适应性免疫抵抗的分类

据估计，平均25%的实体瘤患者和40-60%的淋巴瘤患者对当前的抗PD治疗有反应。然而，客观缓解率（ORR）在不同类型的癌症中差异很大。因此，在进行治疗之前，准确确定哪些患者会或不会有反应非常重要。根据AIR机制，预测抗PD治疗仅对TME中表达PDL1且肿瘤被PD1+T细胞，尤其是CD8+T细胞浸润的患者有效。这一预测虽然尚未得到广泛的测试，但正得到临床研究的支持。根据肿瘤免疫微环境（TIME）提出了四种不同类型的人类癌症，以更好地定义免疫状态，预测肿瘤反应或抗PD治疗耐药性（图1）。这种分类，根据PDL1表达和TIL（主要基于CD8+T细胞）的存在，肿瘤可分为四种类型：PDL1−/TIL−（I类）；PDL1+/TIL+（II型）；PDL1−/TIL+（III型）；和PDL1+/TIL−（类型IV）。随着负责适应性免疫抵抗的新分子途径的发现和对TME中免疫反应状态的进一步了解，预计将建立四种主要类型的进一步亚型，以准确预测患者对免疫治疗的反应。

原发性耐药

将抗PD治疗的原发性耐药性定义为II型肿瘤对抗PD治疗的最初反应失败，该肿瘤具有PDL1表达和T细胞浸润特点（图1）。因此，这类肿瘤有望对抗PD治疗产生反应。在黑色素瘤、肺癌和膀胱癌中，PDL1+肿瘤对抗PD治疗的反应率高于PDL1− 肿瘤。不幸的是，TIL的存在，尤其是CD8+T细胞的存在，尚未被用作预测性生物标志物。因此，PDL1+肿瘤被纳入类型II和IV组。由于IV型肿瘤没有T细胞浸润，预计不会对抗PD治疗产生反应，因此不能仅根据PDL1阳性来确定抗PD治疗的原发性耐药性。

获得性耐药

四分之一到三分之一的转移性黑色素瘤患者最初对抗PD治疗有反应，但随着时间的推移会复发。在肺癌中也观察到类似的情况。因此，这些患者对抗PD治疗表现出获得性耐药性。目前还没有明确的生物标志物或临床标准来预测复发，也没有收集大量病例来证明抗PD治疗获得性耐药性的共同机制的报告。这在临床实践中是一个紧迫的挑战。临床观察为获得性耐药性的潜在机制提供了一些线索。获得性耐药患者的PDL1和PD1表达仍然呈阳性（这表明浸润的T细胞具有激活表型）。有趣的是，在某些情况下，复发患者在停止治疗一段时间或化疗后，可以恢复对抗PD治疗的反应。在这些情况下，获得性耐药性不能用肿瘤抗原突变或丢失导致的肿瘤变体的发展来解释。然而，肿瘤细胞可能会发生内在变化，从而降低对免疫攻击的敏感性。在一小部分复发患者中，功能缺失突变与获得性耐药性相关，例如JAK1和JAK2的功能缺失突变以及β2-微球蛋白（β2m）基因B2M的截短突变。这些突变与抗PD治疗的不良反应相关，因为干扰素信号介导的癌细胞死亡需要JAK途径激活，B2M突变降低主要组织相容性复合体（MHC）I类的表达。抗PD治疗或CTLA4阻断诱导的干扰素信号延长可诱导STAT1相关的表观遗传学改变，导致对干扰素反应不良。延长干扰素信号还可增强干扰素刺激的多个T细胞抑制受体基因和配体的表达，并诱导一氧化氮合酶2（NOS2）。总的来说，尽管这些关于免疫相关分子功能丧失的报告提供了获得性耐药性甚至原发性耐药性的合理例子，但这些事件的发生频率很低，因果关系仍有待建立。

靶标缺失抵抗

由于抗PD治疗通过阻断PD1和PDL1之间的相互作用发挥作用，因此TME中缺乏一种或两种蛋白质的表达在理论上不允许这种治疗发挥作用。因此，缺乏PD1或PDL1表达的肿瘤都被归类为“靶点缺失”。因此，在类型为I、III和IV的患者中观察到抗PD治疗的不良反应并不奇怪。靶点缺失耐药性发生在60–85%的实体瘤中（表1）。这是为什么只有一小部分患者对抗PD治疗有反应的主要原因。在没有免疫浸润的情况下，导致癌细胞表达PDL1的机制包括PTEN缺失或PI3K和/或AKT突变、EGFR突变、MYC过度表达、CKD5破坏等。这些发现至少部分解释了为什么一些PDL1+肿瘤患者对抗PD治疗没有反应。因此，检测肿瘤组织中的PDL1和PD1非常重要。关于这些肿瘤细胞中是否有一些可能不表达肿瘤抗原，或者这些抗原在表达时可能不能正确表达，一直存在着长期的争论。癌细胞不可能不表达任何肿瘤抗原，因为癌细胞含有频繁的基因上调和突变，导致肿瘤相关或肿瘤特异性新抗原。然而，癌细胞可能无法表达足够数量的肿瘤抗原。目前，仅在少数情况下发现了这些缺陷。T细胞可能主动或被动地被排除在TME之外，这似乎是类型I和IV中的主要适应性免疫抵抗机制。与I型和IV型肿瘤不同，III型肿瘤可以招募T细胞，但这些T细胞不能正确分化为完全成熟的T细胞。III型肿瘤中PDL1表达缺失表明这种分化过程存在缺陷。这一观察结果表明，T细胞抑制中存在非PD1–PDL1适应性免疫抵抗机制。通过体外全基因组筛选T细胞抑制分子，Siglec-15被确定为一种肿瘤诱导免疫抑制因子，在III型癌症中高度上调，其表达与PDL1的表达呈负相关。在抗PD治疗以及其他标准护理治疗耐药的患者中，使用抗Siglec-15（NC318）进行的一期临床试验中，其表达与PDL1的表达呈负相关，研究表明，该疗法安全，无重大不良反应，在一些晚期肺癌、乳腺癌和头颈癌患者中也显示出临床反应。

当前的联合治疗

在晚期黑色素瘤患者中，抗PD治疗优于抗CTLA4治疗，因为总体生存率（OS）增加，毒性降低，因此证明抗PD治疗是探索免疫治疗与其他药物联合应用的临床试验中最常见的方法。数千项临床试验正在研究抗PD治疗的可能组合效应。2017年9月，共有1502项临床试验评估了抗PD治疗组合，4年后，确定了4897项研究抗PD治疗的试验，其中80%以上涉及联合治疗。在研究的各种组合中，化疗、抗CTLA4和小分子靶向治疗是三种最常见的组合。随着临床试验的大量增加，许多试验在联合药物和患者群体方面有很大的重叠，跟踪所有试验组合、中期分析结果和最终公布的数据是一项挑战。在表2中，作者提供了一组已发表的研究联合免疫疗法的III期试验，重点是抗PD治疗与抗CTLA4治疗、化疗或靶向治疗相结合的试验。

与抗CTLA4疗法联合

从机制上讲，在小鼠模型中观察到的抗CTLA4与抗PD治疗相结合的协同效应被解释为非重叠机制的结果：CTLA4抑制Treg细胞并引发新的T细胞反应，而抗PD治疗主要通过改善TME中效应T细胞的功能来起作用。然而，临床结果与在小鼠肿瘤模型中观察到的结果截然不同。在一些试验中，这种组合似乎最多在临床反应中具有相加效应，而各种副作用，包括自身免疫相关不良事件的严重程度显著增加。因此，基因小鼠肿瘤模型似乎不能说明这些治疗剂的机制或疗效。此外，在这种联合用药的疗效略有提高，毒性显著增加的情况下，可以考虑先使用抗PD治疗，然后再使用抗CTLA4，而不是联合用药。这种方法可能有助于降低显著毒性，同时保持疗效。

联合化疗

众所周知，标准化疗对高度增殖的细胞具有广泛的细胞毒性作用，尤其是对造血和免疫系统。因此，全身化疗被认为是免疫治疗的天敌。然而，一些研究表明，一些化疗药物如果使用得当，可能会通过消除Treg细胞促进T细胞免疫，并以能够刺激T细胞介导免疫的方式增加肿瘤细胞死亡的抗原释放。例如，叶酸途径抑制剂培美曲塞可增强线粒体功能和T细胞活化。在一项III期临床试验中，对转移性NSCLC的培美曲塞联合化疗与单纯化疗进行了比较。与单纯化疗组（49.4%）相比，联合化疗组（69.2%）的12个月OS有所改善。无论PDL1肿瘤表达如何，所有组均观察到OS增加。尽管这些联合用药对患者的生存率有一定的益处，但一个关键问题仍然没有得到解决——化疗是否可能通过免疫细胞的细胞毒性损害抗PD治疗。目前，尚不清楚化疗是否会对长期记忆免疫细胞的生成产生不利影响，更好地了解化疗如何影响免疫系统对于未来的临床试验至关重要。

与靶向治疗联合

用小分子靶向负责细胞生长或存活的细胞内信号通路已被证明在快速减少肿瘤体积方面有效。然而，许多此类药物没有持久的效果，这主要是由于出现了其他代偿途径。这一特性似乎是对抗PD治疗的补充，抗PD治疗可能具有长期效果，但通常需要数月的时间，免疫细胞才能在TME中填充和协调其功能。因此，能够在不损害免疫系统的情况下阻碍癌症生长的靶向治疗将是与抗PD治疗相结合的潜在候选方案。目前，靶向治疗和抗PD治疗的各种组合正在进行临床试验。这包括BRAF和MEK抑制剂、EGFR、ALK、ROS1等抑制剂。

未来的联合治疗

我们对不同时期人类癌症的适应性免疫抵抗机制的理解仍处于初级阶段。在单细胞分析工具、实时成像、体外和体内高通量全基因组功能筛查等新技术的帮助下，负责适应性免疫抵抗机制的分子靶点正在迅速被确定，潜在的适应性免疫抵抗机制正在出现。我们做的努力主要可分为三类：第一，在局部改变TME；第二，阻断一般免疫抑制机制；第三，增强T细胞介导的免疫。值得注意的是，这些尝试大多是高度探索性的，通常需要与抗PD治疗相结合。

局部改变肿瘤微环境

固有免疫细胞上的模式识别受体（PRR），包括吞噬细胞和专业抗原呈递细胞（APC），可检测感染源的各种分子实体。PRRs对配体的检测导致各种信号通路的激活和APC的成熟，APC可以激活和激发抗原特异性T细胞。这种APC活性的促进可通过给予患者I型干扰素、Toll样受体（TLR）配体来实现，通常是局部注射。这些组合在临床前模型中显示出良好的前景。然而，一项针对实体瘤或淋巴瘤患者的试验的早期结果表明，单药治疗中STING激动剂的作用很小，将其与抗PD治疗相结合的价值仍不确定。为了在临床上有效，这些药物必须激活先天免疫，诱导免疫系统，如T细胞，并最终诱导活化的T细胞分布到身体其他部位，以抑制继发性肿瘤或转移。目前，尚不清楚这些药物是否触发了先天性免疫，即使这些药物成功刺激了先天性免疫，也不能保证适应性免疫会自发发生。

免疫抑制阻断

许多一般的免疫抑制机制在体内发挥作用，以控制自身反应性免疫反应或过度反应性炎症反应。与应性免疫抵抗机制相反，这些机制不一定是由癌症甚至炎症诱导或促进的，而是维持正常体内平衡所必需的。TGFβ家族蛋白介导的免疫抑制就是一个例子。另一个例子是Treg细胞介导的免疫抑制，包括不必要的炎症和自身反应。目前，这些药物正在进行临床试验。阻断这些一般免疫抑制机制的一个主要问题是不良事件的发生。如前所述，这些机制通常是调节或控制内在自身免疫或炎症所必需的。一些免疫检查点分子，如CTLA4和TGFβ，属于这一类。

增强T细胞介导的免疫

抗PD治疗的一个主要作用是改善TME中已有的免疫，但其在产生系统免疫方面的作用相对较小。因此，希望进一步增强系统免疫，以便向肿瘤部位持续供应效应T细胞，尤其是用于治疗晚期癌症。因此，外周淋巴器官中效应T细胞的健康激活程序是可取的。因此，将抗PD治疗与更传统的免疫增强方法相结合是合理的，包括癌症疫苗、细胞因子治疗、T细胞过继治疗和共刺激，以及DNA损伤剂、PARP抑制剂和表观遗传修饰剂。

小结

抗PD治疗表明，肿瘤诱导的适应性免疫抵抗机制的发现和选择性阻断它们的治疗方法的设计在癌症患者中是有效的。人类TME的分析和分类工作揭示了适应性免疫抵抗机制的存在，这些机制具有复杂的性质和高度的异质性，我们可能只是观察到它的冰山一角。尽管如此，仍有可能确定在TME中起作用的一些主要的适应性免疫抵抗机制，以便设计更具体的治疗方法。了解并针对这些新的适应性免疫抵抗机制，将有助于在不久的将来有效治疗人类癌症。

教授介绍

LiepingChen教授在中国福建医学院获得医学学位。在福建协和医院和北京协和医学院接受免疫学和肿瘤学临床培训后，他在费城德雷克塞尔大学获得病理学博士学位，并在西雅图华盛顿大学进行博士后研究。2011年加入耶鲁大学之前，他曾担任约翰·霍普金斯大学医学院肿瘤学和皮肤学教授。他主要研究淋巴细胞共刺激和共抑制及其在治疗人类疾病中的应用。1992年，他的研究为当前利用共刺激和共抑制分子增强肿瘤免疫作为治疗人类癌症的方法的努力建立了最初的设想。他发现了PD-1/PD-L1通路，并将PD-1/PD-L1通路作为癌症治疗的靶点。他帮助发起并组织了首个抗PD-1抗体治疗人类癌症的人体临床试验，并开发了PD-L1染色作为预测治疗结果的生物标志物。他的发现彻底改变了癌症治疗，并引发针对广谱晚期人类癌症的抗PD-1/PD-L1抗体疗法的发展（2014年首次获得FDA批准）。他也是美国国家科学院院士和美国癌症研究协会会员。

参考文献

Kim TK, Vandsemb EN, Herbst RS, Chen L. Adaptive immune resistance at the tumour site: mechanisms and therapeutic opportunities. Nat Rev Drug Discov. 2022;10.1038/s41573-022-00493-5. doi:10.1038/s41573-022-00493-5