为什么PD-1抑制剂治疗实体瘤有效率只有20%，也许和肿瘤微环境中的免疫细胞亚型有关

当我们谈及一种癌症时，通常更倾向于联想到癌细胞本身以及由一组无意识的突变所引发的不受控制的生长和分裂的“流氓行为”。

但事实证明，癌症并不仅仅是癌细胞本身，肿瘤的“左邻右舍”对疾病进展来说同样重要。狡诈的癌细胞最擅长的就是蛊惑正常细胞，使其分分钟正派变邪派，心甘情愿替癌细胞打掩护。

癌细胞有许多技巧来愚弄他们附近的健康细胞，以帮助肿瘤生长（图片来源 fredhutch.org）

微环境在免疫治疗中竟然称王

一些肿瘤招募健康的细胞或分子，百般洗脑，使其成为自己的御前侍卫（physical walls），同时促进新血管的生长，为他们的扩张提供能量。例如肺癌，实际上肿瘤中含有的非癌细胞要比癌细胞更多。而这种“肿瘤微环境”，即使是癌症的组成部分的非癌细胞和分子，也会影响癌症治疗的效果，尤其是免疫疗法。

当涉及到这种火爆的癌症治疗手段，利用身体自身的免疫系统来攻击肿瘤细胞时，微环境其实扮演的是“王者”的角色。

事实上，最近开发的一些癌症免疫治疗却完全忽略了癌细胞本身，而是侧重于帮助其邻近的健康细胞脱离肿瘤的“魔爪”，并实现其自然的癌症杀伤能力。然而，肿瘤的局部环境及其复杂，它仍然是阻碍将免疫疗法早期成功应用于乳腺癌、肺癌、结肠癌、肝癌和胰腺癌等肿瘤的主要障碍，而且据美国癌症协会统计表示，这些肿瘤是美国最致命的五种癌症。

Tumor Microenvironment T Cells（图片来源 journal.frontiersin.org）

Fred Hutchinson癌症研究中心的KristinAnderson博士作为致力于开发卵巢癌和其他实体肿瘤免疫治疗的团队的成员，他表示，肿瘤微环境问题与研究实体瘤密切相关。这也就是癌症研究人员为什么需要深度理解肿瘤微环境的原因。

检查点抑制剂也存在无效

免疫疗法迄今为止最大的成功案例之一，就是一类被称为检查点抑制剂的药物。其中Keytruda（Pembrolizumab）则是2011年第一个获得FDA批准的检查点抑制剂药物，而这类药物的成功也主要得益于肿瘤微环境调控中特别重要的免疫检查点分子的发现。

而美国前总统的代言，让这个神药家喻户晓！

Jimmy Carter（图片来源 today.com）

2015年8月20日，在美国佐治亚州亚特兰大的卡特中心召开的新闻发布会上，近91岁高龄的美国前总统Jimmy Carter宣布自己已确诊罹患晚期黑色素瘤，病灶最早在肝脏发现，在手术中发现了脑转移。他的治疗方案包括手术、放疗和抗癌新PD-1抗体Keytruda。在经历四个月治疗之后，没有发现原有癌症病灶的任何迹象，也未检测出任何新病灶。直到2016年3月6号，Carter愉快的宣布停止PD-1抗体Keytruda治疗。

现在，美国前总统Jimmy Carter自然而然的就成为了Keytruda的“活招牌”。

这类药物的作用机制是通过激活肿瘤周围以及内部的T细胞来起到抗癌作用。Fred Hutch的免疫学家Robert Pierce博士说：“一些免疫细胞的T细胞有可能识别和消除癌细胞，但是肿瘤会通过触发特定的分子转换来愚弄这些T细胞，从而使其不再对癌细胞进行攻击。”Pierce表示，癌细胞或其他细胞都被肿瘤召集到了它们的微环境中，然后按下T细胞上的“打盹”按钮，T细胞就睡着了。（PD-1/PD-L1信号通路）

免疫检查点抑制剂（图片来源 journalonko.de）

而Keytruda（Pembrolizumab）和其他检查点抑制剂药物就是通过阻断T细胞的分子的“打盹”按钮，然后让T细胞醒过来，开始履行杀死肿瘤的使命。在加入Hutch之前，Pierce曾在开发Keytruda（Pembrolizumab）的制药公司默克工作，作为生物标志物开发团队的成员，他领导了在罕见的皮肤癌（默克尔细胞癌）以及一种淋巴瘤中测试这种药物的早期试验。

但是，他表示这种免疫治疗药物并非对每一个人都产生作用。即使在一些肺癌或者默克尔细胞癌患者身上看到了强烈的应答反应，但是仍然存在大多数患者并没有因此而出现肿瘤缩小的情况。

哪些患者会受益于免疫治疗

例如，到目前为止最常见的肺癌类型-非小细胞肺癌中，只有20%的患者会对现有的检查点抑制剂作出反应。但是，研究人员并没有完全理解这部分患者与其余不受益的80%病人的区别到底在哪？

对于上面提到的这个问题，肺癌研究者Julia Kargl博士（之前在Fred Hutch癌症中心做博士后研究员，最近在奥地利Graz医学大学建立了自己的实验室），认为我们有理由相信肿瘤微环境中的免疫细胞类型可能是原因之一。

Julia Kargl博士（图片来源fredhutch.org）

Kargl说，时间对于更好地了解实体瘤的细胞构成至关重要，除了已经上市的少数检查点抑制剂之外，在世界各地的实验室和临床试验开发中还有更多的检查点抑制剂和其他相关疗法。随着越来越多的新型癌症治疗方法的出现，研究人员需要找出哪些患者最有可能对哪些药物作出反应。

如果我们知道肿瘤中存在哪些免疫细胞，我们就可以更好地识别可以从免疫治疗中获益的患者，而最终我们需要的是一个好的标准来选择哪些药物或哪种药物组合对患者有益。

揭秘NSCLC肿瘤微环境免疫细胞组成

2017年2月，在《NatureCommunications》杂志上发表的一项研究中，Kargl，Houghton以及他们的同事深入了解了73例非小细胞肺癌患者（NSCLC）活检中存在的免疫细胞。该研究团队在每个样本中观察了40种不同类型的免疫细胞。然后从所有数据中，研究人员找出了共同点：这些肿瘤中含有大量的非癌细胞，其中超过65％的“肿瘤”样本实际上由免疫细胞组成的。

Kargl表示：“当我们考虑肿瘤时，通常会想到肿瘤细胞的累积。然而我们看到的这些肿瘤却是被免疫细胞层层包围，尽管免疫细胞对肿瘤的免疫反应真的很强，但是这种反应并不是为了杀死肿瘤细胞。”

众所周知，肺癌中的这些免疫细胞中主要包括一种细胞：嗜中性粒细胞，通常是免疫系统对感染或损伤的第一反应。但是一般情况下，嗜中性粒细胞只能够活六个小时，基于此痛点，肺肿瘤向嗜中性粒细胞抛出了橄榄枝，使得这些细胞能够更长寿，不断地吸引中性粒细胞到肿瘤的附近。然后迫使这些中性粒细胞在癌细胞周围形成“活的护城河”，这样其他的免疫细胞，比如杀死癌细胞的T细胞，可能就无法通过了。

中性粒细胞是NSCLC中主要的免疫细胞类型（图片来源 nature）

过去的研究表明，肿瘤中存在的T细胞较少的患者往往总体上治疗效果较差，而且不太可能受益于检查点抑制剂。如果肿瘤中存在少量T细胞，那么即使使用Keytruda（Pembrolizumab）唤醒这些T细胞，也不足以与肿瘤相抗衡。

至于为什么有些肿瘤会含有大量的T细胞？目前还不清楚。但是在这项研究中，Kargl和她的同事们发现，中性粒细胞较多的肺肿瘤具有较少的T细胞，反之亦然。

那中性粒细胞在肿瘤中的作用到底是什么呢？研究人员在这些没有接受过检查点抑制剂治疗的患者，在他们接受手术移除肿瘤之前，对患者的活组织切片进行了检查。最终研究人员得出理论：如果这些中性粒细胞能够积极地将有益的免疫细胞从肿瘤中去除，那么一种杀死或阻止中性粒细胞的治疗方法或许可以让T细胞进入肿瘤组织，并允许更多的患者从检查点抑制剂治疗中获益。

目前，该研究小组正在对一种肺癌小鼠模型进行初步试验，以测试这一想法。

使T细胞治疗对实体瘤有效

除此之外，微环境在T细胞疗法的成功或失败方面也起着重要的作用，T细胞疗法依赖于回输到患者血液中的T细胞来寻找并杀死肿瘤，而不是已经在肿瘤内的T细胞。虽然这种形式的免疫治疗已经在某些血液癌症中显示出了早期的前景，但是与治疗血液癌症相比，将 T 细胞治疗应用于乳腺癌，卵巢癌，肺癌和胰腺癌等实体瘤更为困难。

因为在白血病和淋巴瘤中，可将工程化的 CAR-T 细胞直接注入血液中以靶向血液癌。然而，将其靶向进入身体内的实体肿瘤可能会带来一些重大挑战。其中包括肿瘤微环境问题、肿瘤内和周围的非癌细胞、分子以及细胞外基质的混合物等等。

最近，与Fred Hutch免疫治疗研究员Phil Greenberg博士一起工作的博士后研究员Anderson领导了一项研究，基于此项研究，他们也强调了肿瘤微环境在开发卵巢癌免疫治疗方面的重要性。

Kristin Anderson博士（图片来源 fredhutch.org）

该团队发现了卵巢肿瘤掩盖工程化T细胞杀死它们的六种不同的方式。但好消息是，研究人员可能不需要全部解决这六个问题，就可以帮助更多的患者受益于免疫治疗了。Anderson表示，去除这些阻碍中的一个或两个问题就可以增强T细胞治疗的效果，而且足以克服卵巢癌以及其他实体瘤。

2017年4月，Anderson博士在美国癌症研究协会年会上概述了在他们正在开展的过继性 T 细胞转移疗法中，肿瘤微环境所带来的三个特殊挑战：

1、肿瘤微环境中存在细胞和蛋白质向 T 细胞发送信号的事实，并且这些信号会指使它们关闭或简单地忽略肿瘤细胞。

基于此，他们的第一步是规避分子的“打盹按钮”，就像天然存在的T细胞一样，其也可以将工程化的T细胞置于睡眠状态。而目前的检查点抑制剂的药物，就可以解决这个问题。但是Greenberg实验室研究人员在探索是否将T细胞工程化，在保持T细胞清醒状态的同时又能增强癌症杀伤能力。

2、卵巢癌细胞及其周围的血管会发出“死亡信号”，导致T细胞在完成它们的抗癌使命之前，在肿瘤中进行自我毁灭。

对此，Greenberg实验室的另一位研究员Shannon Oda博士正在努力改变T细胞如何接收死亡信号，以融合蛋白的形式重新布线其内部信号通路，不仅能够保持T细胞活着，而且实际上还增加了其抗肿瘤活性。

3、T细胞和癌细胞会在周围环境中竞争有限的葡萄糖作为能量能源

实验室里的其他研究人员正在研究允许T细胞处理替代能源的方法，因为 T细胞和癌细胞会在周围环境中竞争有限的葡萄糖作为能量能源，而癌细胞又是如此强势，哪能抢的过？所以研究人员想到，如果T细胞具有不同的能量来源，也许就能够在敌对的微环境中顺利生存。

Anderson 博士说，虽然他们目前的工作重点是卵巢癌（一种特别致命和难以治疗的癌症），但他们认为这些解决方案也有助于在使用过继性 T 细胞转移在其他实体瘤方面取得进展。她表示：“如果我们能够解决一些真正困扰我们的问题，那么就可以更容易地将这些解决方案应用于这些障碍较少的癌症上。”

总之，患者相对低的应答率表明了当前的免疫疗法仍然存在阻碍，在许多情况下并不能够释放其全部潜力。而免疫治疗又与肿瘤微环境这般“相爱相杀”，所以深入了解对手才能做到“知己知彼，百战不殆”啊！

我们也期待着改进的免疫疗法能够斩杀癌细胞的种种蛊惑关系，以正三观！

参考出处

http://www.fredhutch.org/en/news/center-news/2017/07/tumor-microenvironment-research-informs-immunotherapy.html

http://www.medicalnewstoday.com/articles/316763.php

https://www.nature.com/articles/ncomms14381

来源：医麦客（微信号 cell-culture-club）   作者：板栗