CNS期刊上的常客：肿瘤免疫微环境

免疫疗法在临床上获得的巨大成功既令人惊奇，又令人失望。许多肿瘤患者在免疫治疗的干预下已表现出明显的临床反应。但是，当提供相同的治疗方案时，绝大部分患者没有获得临床获益甚至出现肿瘤进展。随着技术的发展，人们对肿瘤微环境的复杂性和多样性及其对治疗反应的影响的理解也日益加深。通过研究患者肿瘤内存在的肿瘤免疫微环境（TIME）中复杂的细胞分子互作，预测和增强免疫疗效的手段在未来可能得到巨大的突破。在前段时间，Cell , Nature genetics, Science都发表了有关肿瘤微环境的研究文章，让我们一探究竟吧。

1. 肿瘤微环境+脑恶性肿瘤

1）前言

脑恶性肿瘤包括脑内发生的肿瘤，例如低级别神经胶质瘤和胶质母细胞瘤，以及脑转移瘤（BrMs）。脑转移瘤主要起源于颅外原发性肿瘤，包括黑素瘤，乳腺癌和肺癌。尽管经过标准的治疗包括手术，放疗和替莫唑胺治疗，但胶质母细胞瘤患者的中位生存率仍然很低。 

BrMs诊断后的患者生存率甚至更低，通常以月为单位进行计算，在所有成人脑瘤中，BrMs的发生率大大超过神经胶质瘤。鉴于这些患者目前有限的治疗选择，科学家希望通过深入研究脑原发性和转移性肿瘤微环境（TME）的肿瘤免疫互作网络，寻找更有希望的治疗干预新靶点。 

免疫检查点阻断疗法（ICB），过继性免疫细胞疗法和肿瘤疫苗是针对肿瘤微环境以及全身免疫细胞的治疗方法。免疫疗法在某些颅外肿瘤中的成功，让治疗脑肿瘤的临床医生看到了新的希望。然而，尽管它们在部分BrMs患者中显示出一定的临床疗效，但ICB仅在原发性神经胶质瘤的个别病例有效。除了肿瘤细胞固有的作用外，这可能部分归因于大脑TME的免疫抑制成分，包括肿瘤相关巨噬细胞（TAM）。TAM是高度可塑性的细胞，受细胞因子，生长因子和其他刺激信号的影响，拥有多种激活状态和细胞表型，包括促进侵袭，血管生成，转移和免疫抑制的表型。这种可塑性及其在肿瘤细胞和肿瘤浸润T细胞之间的联系使TAM在不同癌症中成为TME定向疗法中有希望的治疗靶标。

作者在本研究描述了原发性胶质瘤和BrMs中的肿瘤微环境景观，重点是研究肿瘤相关巨噬细胞的分布与表型，同时还研究了肿瘤相关巨噬细胞与TME中其他免疫细胞的作用关系。作者利用在本研究解决许多了问题，例如：与从颅外部位转移的肿瘤相比，原发性脑肿瘤对TME的塑造是否有所不同？IDH突变状态会影响TME吗？不同的TME成分如何潜在地调节免疫细胞的激活状态？通过整合这些问题的答案，作者描述了利用TME对抗脑恶性肿瘤可行的治疗策略。

 2）研究结果

结果一：肿瘤起源和IDH突变状态影响脑恶性肿瘤的免疫组成

结果二:（小胶质细胞）MG和单核细胞衍生的巨噬细胞（MDM）在脑恶性肿瘤中表现出多极化表型

结果三：IDH突变状态与胶质瘤TAM激活的变化有关

结果四：骨髓细胞在BrMs中显示不同的表型

结果五：TAMs趋向于BrMs中的免疫调节表型 

2. 肿瘤微环境+转移性结直肠肿瘤+单细胞转录

1）前言

广泛的多组学研究已经揭示了结直肠癌（CRC）的分子格局，阐明了关键的基因事件（genetic events），并能够根据共识分子亚型（consensus molecular subtypes，CMS）对CRC患者进行分类。作者使用单细胞转录组分析进一步表征肿瘤的复杂性，能够对肿瘤异质性和微环境进行更深入的研究。例如，作者发现肿瘤相关的成纤维细胞是间质表型CMS4的标志，与患者生存期较短有关。

此外，T细胞受体和亚型分析还揭示了肿瘤特异性T细胞的发育和迁移模式。由于许多当前的抗癌疗法都针对非肿瘤成分，例如细胞外基质，免疫系统和血管系统，因此了解细胞成分以及它们动态的相互作用如何影响肿瘤进展显得尤为重要。

在这项研究中，作者使用了大规模单细胞RNA测序（scRNA-seq），揭示了CRC分子亚型的细胞成分的多样性以及它们之间的动态关系。文章中细胞间相互作用的代码已保存在GitHub（https://github.com/SGI-CRC/scRNA-seq）中，可学习参考。

2）研究结果 

结果一：结直肠癌的肿瘤微环境景观

结果二：单细胞分子亚型

结果三：基质细胞促进肿瘤生长

结果四：从黏膜转移到抑制细胞免疫

CRC组织中的髓样细胞扩增显示它们在塑造肿瘤微环境中发挥积极作用。亚群分析将髓样细胞分为巨噬细胞或树突状细胞。巨噬细胞簇包括促炎和抗炎亚群。树突状细胞簇表达CD1C和FCER1A。 

结果五：CMS特异性细胞互作网络

为了了解不同细胞群之间的相互作用以及它们如何共同创建结肠直肠肿瘤微环境，作者根据基于受体-配体数据库，构建了CMS特异性细胞互作网络。

3. 肿瘤微环境+微生物

在过去的研究中人们对细菌与肿瘤的相互作用了解的少之又少。通常人们认为细菌不会影响无菌环境下的肿瘤进展。也有假说认为，在人体黏膜表面发现的微生物可能通过释放小分子进入循环系统而发挥“远程控制肿瘤”作用。另一种的假说是，肿瘤微环境中含有发挥局部作用的微生物。尽管一开始认为低丰度细菌与样本受细菌污染有关，但肿瘤微环境具有微生物的假说得到了越来越多肿瘤类型细菌检测的支持。

Nejman等人在Science发表的文章是迄今为止有关人类肿瘤样本中细菌最严格，最全面的研究。他们使用一种新的16S核糖体RNA基因测序方法，显微技术和细胞培养来鉴定已知和先前未鉴定的肿瘤细菌，他们研究发现大多数癌症都带有丰富的细菌，除了乳腺癌的细菌多样性较低。令人惊讶的是，这些细菌似乎在癌细胞和免疫细胞内都有。此外，他们报告了特定细菌与肿瘤类型，肿瘤亚型，吸烟状况和免疫疗法反应之间的关联。

文章具体的结果和研究方法就不再赘述了，已有其他公众号报道。这里主要介绍该研究结果所带来的许多具有重要意义的问题，以供后续研究参考：

问题一：这些细菌的多样性和生理状态是否足以构成“微生物群”？在人类细胞中发现驻留在肿瘤中的细菌是否能够相互交流？先前的研究表明，肿瘤中发现的细菌可以代谢药物。然而，尚不清楚肿瘤残留细菌的总体生存力和代谢活性。

问题二：肿瘤中细菌多样性的稳定性尚待确定。是在肿瘤发生过程中早期繁殖了驻留肿瘤的细菌，还是肿瘤改变了微环境，使得细菌可以不断入侵？在胰腺癌的小鼠模型中，在肿瘤中发现了与肠道菌群相同种类的细菌，这表明细菌有可能在肿瘤发展后期迁移到肿瘤中。下一步是对患者进行纵向研究，对肿瘤和黏膜表面微生物多样性进行配对分析。Nejman等人通过对患者乳腺中匹配的正常相邻组织进行分析，认为在人体的正常组织中可能也存在少量细菌。

在癌前状态下，检测出分泌肠毒素的细菌可能预示着致癌的炎症状态。肿瘤发生后，肿瘤组织对物理和分子屏障的破坏，以及相对的免疫抑制，可能会增加细菌移位到正常无菌位点的可能性。肿瘤微环境的这种“渗漏”已经在血管通透性的背景下得到了广泛的描述。然而，渗漏导致细菌入侵的程度尚不清楚。此外，观察到与肿瘤相关的细菌是在肿瘤或免疫细胞细胞内，这暗示细菌可能实际上并未自主移动到肿瘤或邻近组织中，它们可能通过免疫细胞或癌细胞的迁移而完整或成碎片地转移到微环境中。

问题三：缺乏用于研究驻留肿瘤的细菌或其他低生物量微生物群落的代表性模型。结直肠癌的研究表明，在免疫缺陷小鼠中，活梭菌在人类肿瘤连续传代过程中持续存在。但是，实验室小鼠具有与人类不同的微生物群落和免疫特性。可能需要开发“三重人源化”模型，将肿瘤组织，免疫和微生物细胞从患者体内移植到无菌小鼠中。这些模型可以帮助弄清肿瘤残留细菌与治疗反应之间的关系。

问题四：肿瘤相关的微生物是否是有效的抗癌靶标？有大量证据表明，即使在远端部位，肠道细菌也会调节肿瘤对免疫治疗的反应能力。肿瘤微环境中的免疫细胞也起着主要和可调节肿瘤的作用，但肿瘤相关的微生物也可以调节肿瘤吗？对于给定的肿瘤类型，确定微生物类别和组成是非常重要的。与在黏膜表面发现的微生物群不同，肿瘤相关的细菌不易操纵。当前微生物群调节的选择依赖于饮食，药物和微生物扰动。在驻留肿瘤的细菌中，它依赖于饮食药物还是完全依赖于宿主来源的营养，这仍然是未知的。

靶向细胞内肿瘤残留细菌也带来了药物传递的挑战。尽管将活菌运送到肿瘤治疗已有悠久的历史，但这种方法的风险和益处仍需仔细考虑。Nejman等强调在人体表面和体内发现了多种细菌，这些细菌具有复杂的机制来操纵宿主细胞运作，是否驻留肿瘤的细菌能够编码相似的效应子（病原可以改变宿主和提前感染过程分泌的蛋白质），从而使其得以生存和传播？全面了解肿瘤的微环境是迈向生物力学模型艰巨而关键的一步。如果成功的话，可能会开启下一波精准的癌症诊断和治疗方法。

4. 结语

近几年有关免疫治疗的研究这把“火”越烧越火。是否存在预测免疫治疗疗效的生物标志物？是否存在扭转免疫治疗无效或失败的靶点“开关”？是否存在开启体内免疫系统打败肿瘤的关键“钥匙”？成功的秘密就隐藏在复杂的肿瘤-免疫-微生物微环境之中。正如詹·斯蒂芬斯所说秘密是武器，也是朋友。也许未来有一天会发现，肿瘤细胞战胜免疫细胞的秘密，也是人类战胜肿瘤的终极武器。

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