抗肿瘤T细胞的悲惨生活

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肿瘤之所以是目前医学界最难治愈的疾病类型之一，取决于它有很多不同于寻常疾病的特征。其中最典型的特征就是，肿瘤细胞拥有很多种不同类型的突变克隆，这一方面意味着我们无法去使用专一的药物去进行针对性治疗；另一方面就是即使完全清除某一种克隆型的肿瘤细胞，其它类型的优势克隆很快就会凸显出来。这个难题困惑了科学家几百年，直到这个世纪早期有医学家提出利用自身免疫系统动态监视肿瘤的观点，才使得很多肿瘤治疗方向的科学家看到了希望的曙光。

其实，我们早应该想到机体免疫系统是我们人体最有力的武器，免疫系统对外无时无刻不在保卫着我们机体免受外界病原微生物的入侵；对内又起到监视自身稳态的作用，包括及时发现并且清除肿瘤细胞。当然，如果利用免疫系统清除肿瘤就是这么简单，那就会丢失很多趣味，事实上肿瘤细胞和人体免疫系统的极限拉扯可比我们想象的复杂许多。

如果说我们比以往任何一个时代都更接近或者更有能力，去利用人体自身的免疫力去治疗肿瘤，倒不如说我们比以往任何时期都面临着最大的挑战。早期的医学科学家之所以没有想到利用人体免疫系统去控制肿瘤，一方面是因为我们缺少对肿瘤更深层次的认识，而更重要的是我们对免疫系统更是一无所知。有关免疫系统和肿瘤之间的故事可以说太多太多，如果全部写出来估计小编写几本书都写不完。

正是因为肿瘤和免疫系统的复杂关系，诞生出了肿瘤学和免疫学的交叉方向，即肿瘤免疫学方向。肿瘤免疫学研究的内容有很多，主要是围绕着各种免疫细胞在肿瘤发生发展中发挥的作用。当然这种相互作用不是单一的，而是各种联系互相作用、互相牵制的。那么今天我们就先从肿瘤免疫学的一个角度说起，即直接行驶抗肿瘤功能的T细胞出发，围绕着近些年对抗肿瘤T细胞的新发现来系统解读一下抗肿瘤T细胞的悲惨生活。

死对头：被Treg细胞支配的恐惧

考虑到很多小伙伴是非免疫学专业，首先我们得先认识一下调节性 T 细胞（regulatory T cells，Treg）。Treg是一类抑制机体免疫反应的 T 细胞亚群，虽然仅占外周血淋巴细胞的1％-2％，却是自身免疫耐受的主要控制者，在维持长期免疫稳态过程中发挥重要作用，但同时也是抗肿瘤免疫的主要障碍。肿瘤的形成和发展需要逃脱机体免疫系统的监视，Treg细胞是参与其中最重要的一环，Treg细胞与其他细胞、胞外基质等共同营造了适合肿瘤生长的微环境。许多研究表明肿瘤微环境中Treg高富集和预后不良相关，在肿瘤微环境中Treg细胞数量明显升高，这些升高的Treg细胞能抑制抗肿瘤免疫、降低肿瘤免疫治疗效果，研究Treg细胞在肿瘤微环境中的作用机制，一直都是肿瘤免疫研究的热点方向。

事实上，要说肿瘤浸润Treg的研究那可是数不胜数，几乎每年都有很多关于肿瘤Treg的主刊发表。在这些文章中有一些划时代的文章，其中一篇就是在2019年发表在Nature immunology杂志上的一篇文章，篇名为：Adaptive plasticity of IL-10+ and IL-35+ Treg cells cooperatively promotes tumor T cell exhaustion。

图1

作者首先在小鼠肿瘤模型和非小细胞肺癌患者中，发现Treg细胞中的IL-10和IL-35的不同且基本不重叠的表达模式,随后进一步证明，这些IL-10+和Ebi3+的Treg细胞群不是完全不同的两个谱系，而是具有一致转录和T细胞受体(TCR)特征的短暂状态。这种转变可以通过体外纯化Treg细胞亚群的TCR刺激诱导，潜在地反映了慢性环境中抑制性细胞因子表达的可塑性。而这两种细胞因子以一个共同的BLIMP1轴为目标，促进慢性病毒感染中耗尽的细胞。共同靶向的T细胞或白介素-10受体。

随后作者通过实验发现，这些肿瘤细胞需要两种类型的Treg细胞，即分泌白细胞介素-10（IL-10）和分泌白细胞介素-35（IL-35）的细胞。而且只有这两种Treg同时存在时，才能最大的抑制抗肿瘤免疫反应。通过进一步研究，作者发现IL-10和IL-35共同作用，激活了一种名为BLIMP1的转录因子，通过促进其表达多种抑制性细胞表面分子，如PD1，LAG3，TIM3和TIGIT，有效地抑制了杀伤性T细胞，进而降低了免疫系统检测和杀死癌细胞的能力。

图2

在这项研究中，作者首次阐明Treg是如何利用称为IL-10和IL-35两种抑制性细胞因子来抑制杀伤性T细胞的抗肿瘤功能。作者在小鼠和人类肿瘤组织中均发现，肿瘤微环境中的Treg可以产生IL-10或IL-35，但令人惊讶的是，它们并不能同时产生IL-10或IL-35。这项结果也首次揭示了肿瘤浸润Treg的异质性，它们可以有分泌IL-10或IL-35两种细胞因子的亚型。

事实上，Treg细胞是把“双刃剑”，清除Treg细胞往往会使患者出现严重的自身免疫疾病。而在肿瘤组织中，Treg细胞就发挥着抑制抗肿瘤免疫反应的作用，尤其是抗肿瘤T细胞的死对头。先前的研究表明，阻断Treg细胞在肿瘤微环境的趋化和聚集（CCL22、CCR4等），或者阻断Treg相关的免疫检查点（CTLA-4、OX40、TIGIT、GITR等），可以逆转Treg的免疫抑制作用。此外，中和Treg细胞产生的免疫抑制因子（TGF-β、IL-10和IL35），以及补充高剂量IL-2（super-2）这些手段也可以降低Treg细胞抑制功能，增强抗肿瘤活性。

竞争者：看热闹不嫌事多的旁观者T细胞

肿瘤微环境的恶劣程度可远远不止如此，因此说完了Treg细胞，我们再来谈一下抗肿瘤T细胞面临的另一个阻力--旁观者T细胞。2018年发表在Nature的一篇研究名为：Bystander CD8+ T cells are abundant and phenotypically distinct in human tumour infiltrates为我们揭示，在肺癌和结直肠癌患者中，浸润的CD8 T细胞在很大比例上都是Bystander CD8+ T 细胞(旁观者T细胞)。怎么理解这个问题呢，就好比一家着火了，一大群人站在旁边看热闹，这群人不仅无助于灭火，还会阻碍消防车的进入。此外，因为肿瘤微环境营养物质匮乏，人越多，吃饭的越多，这些旁观者还会通过和抗肿瘤T细胞竞争营养物质的方式，来干扰真正的肿瘤杀伤性T细胞的抗肿瘤功能。

图4

这项研究的研究者首先通过使用Cytof技术检测了144癌症患者的肿瘤浸润CD8 T细胞，结果显示在很多患者中的CD8 T细胞均是这种旁观者 T细胞，表现为CD39阴性。这群细胞主要识别与癌症无关的广泛的抗原表位(如来自EB病毒、人巨细胞病毒或流感病毒的表位)。

各种形式的免疫治疗，如检查点阻断免疫治疗，被证明可以有效地恢复T细胞介导的免疫反应，从而导致显著和持续的临床反应，但仅适用于一些患者和癌症类型。患者和肿瘤对免疫治疗的反应可能不可预测，部分原因是单个肿瘤内和患者之间肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)的免疫组成和表型谱的异质性。尽管有证据表明肿瘤突变衍生的新抗原特异性T细胞在肿瘤控制中发挥作用，但在大多数情况下，表型多样化的肿瘤浸润T细胞的抗原特异性在很大程度上是未知的。在这里，作者证明人类肺癌和结直肠癌CD8+ T细胞不仅可以特异性地用于肿瘤抗原(例如，新抗原)，而且更多的是识别与癌症无关的表位的T细胞。

图5

总的来说，这项研究首次通过数据证实这些旁观者CD8+ T细胞具有不同的表型，与肿瘤特异性细胞重叠，但缺乏CD39表达。在结直肠癌和肺癌中，CD8+ T细胞中CD39的缺失定义了在肿瘤部位缺乏慢性抗原刺激特征的人群，支持他们作为旁观者的分类。CD3表达为阴性的T细胞在患者之间的占比有显著差异，一些患者主要为CD39表达为阴性CD8+ T细胞，它们可能和不良预后和更低的免疫应答效率相关。此外，作者还发现CD8+ T细胞中CD39的表达程度还与其它几个重要的临床参数相关，如肺肿瘤表皮生长因子受体的突变状态。这项研究的研究结果表明，并不是所有的肿瘤浸润T细胞都对肿瘤抗原特异，并表明测量CD39表达可能是量化或分离旁观者T细胞的直接方法。

后院起火：衰竭性CD8+ T的角色反转

如果上面两种肿瘤细胞针对肿瘤特异性T细胞的手段大家或多或少有所耳闻，那2023年最近刚发表的两项研究则是更令我们大开眼界。其中第一篇要介绍的就是今年发表在Nature Immunology杂志上名为：T cell egress via lymphatic vessels is tuned by antigen encounter and limits tumor control的研究。通过相关实验，作者发现缺氧可以增强终末耗竭T细胞上CD39的表达，从而制造出一种免疫抑制微环境，来抑制其他肿瘤特异性T细胞的功能。这一发现拓展了我们对耗竭性T细胞的认知，并可能为肿瘤免疫治疗带来新的思路。

通过阅读本文的第一个章节，我们可以知道肿瘤浸润Treg细胞主要发挥着免疫抑制功能。而这项研究则发现随着CD8+ T细胞走向终末耗竭（tTex），tTex细胞会倾向于上调Treg细胞相关的基因。为了确定肿瘤中的tTex细胞是否确实具有抑制功能，研究人员将B16-F10黑色素瘤小鼠的Treg细胞以及耗竭性T细胞分选出来，与其他T细胞进行共培养。结果发现，tTex和Treg细胞对共同培养的T细胞有着类似的抑制作用，而前体衰竭性T细胞（pTex）则没有表现出抑制能力。

图6

但是与Treg细胞不同的是，CD8+ TtTex细胞虽然会高表达CD39，但并不会同时高表达CD73。因此，研究人员推测tTex细胞上表达的CD39，可能和周围其他细胞上表达的CD73一起产生腺苷，从而制造免疫抑制的微环境。为了证明这一猜测，研究人员从CD73敲除小鼠中分离出T细胞和抗原呈递细胞，并与野生型tTex细胞共培养，结果发现tTex细胞的抑制能力显著降低。此外，敲除T细胞的CD39可以使tTex细胞的抑制功能完全丧失，并可以减缓肿瘤生长。在效应T细胞中过表达CD39可以抑制自身和邻近T细胞的功能。基于这些发现，研究人员又进一步探究了靶向CD39在肿瘤治疗中的作用。他们发现，CD8 T细胞中CD39的缺失本身可以在一定程度上减缓肿瘤进展。

更有意思的是，在CD39缺失的情况下，免疫检查点抑制剂的治疗效果得到显著增强，肿瘤浸润T细胞的效应功能也得到显著提高。这提示靶向抑制CD39介导的免疫抑制通路可以重新激活抗肿瘤免疫反应，并可增强肿瘤免疫治疗的效果。

图7

此外，这项研究的作者之前也发表过一项研究，他们发现阿昔替尼和二甲双胍可以使缺氧肿瘤对免疫检查点抑制剂变得敏感。因此在本研究中，他们进一步发现阿昔替尼和二甲双胍可以降低肿瘤缺氧程度，并可降低tTex细胞上CD39的表达水平，进而降低tTex细胞的免疫抑制功能。这些结果提示，改善肿瘤的缺氧环境，也可能成为增强肿瘤免疫反应的潜在新策略。总的来说，这项研究发现肿瘤中终末耗竭的T细胞不仅表现出功能障碍，还会表现出免疫抑制的作用。肿瘤的缺氧环境可以诱导tTex细胞上CD39的表达，进而参与腺苷代谢来制造免疫抑制微环境。通过靶向肿瘤缺氧或CD39的活性，可以减弱tTex细胞的抑制功能，这一发现可能为肿瘤免疫治疗带来新的思路。

赶出家门：肿瘤通过淋巴管外排T细胞

通过前面的介绍，想必很多小伙伴都会对抗肿瘤T细胞的处境深感同情，但这都不是肿瘤细胞最狠的手段，因为起码还让抗肿瘤T细胞呆在里面，最后这一种手段则是直接将它们拒之门外。这项研究独出心裁，从临床现象出发进而落脚到具体生物学机制，相应的研究也是在今年发表在Nature Immunology杂志上，篇名为：T cell egress via lymphatic vessels is tuned by antigen encounter and limits tumor control。在这项研究中，作者通过实验证明了，在肿瘤细胞的影响下，肿瘤相关淋巴管内皮细胞会产生趋化因子CXCL12，T细胞（主要表达干性标志物TCF1）表面的受体CXCR4结合并识别CXCL12后，就会顺着淋巴管离开肿瘤内部，排出后分布在肿瘤的周围。

图7

这项研究的灵感来源于一个临床现象：就是近年来，临床研究者已经注意到，淋巴管的存在与免疫抑制有关。在临床前模型中，也有研究者注意到CD4或CD8阳性T细胞会通过淋巴管离开肿瘤微环境。不过这种现象背后的机制，一直还无人知晓。因此这项研究的作者推测，淋巴管介导了效应CD8阳性T细胞的外排，进而限制了具有广泛功能的T细胞在肿瘤微环境中的积累。他们以黑色素瘤为研究对象，验证了上述推测。与其他研究一样，他们也在黑色素瘤小鼠模型中观察到了免疫排斥现象：肿瘤周围的淋巴管附近聚集了大量的CD8阳性T细胞，而肿瘤中T细胞却非常少。

通过后续的研究结果表明，肿瘤相关淋巴管内皮细胞会产生趋化因子CXCL12，CXCL12与T细胞表面的受体CXCR4结合后，会促进T细胞顺着淋巴管离开肿瘤，被封存在肿瘤的外围。而阻断CXCL12-CXCR4信号通路，就可以将T细胞留在肿瘤内。

图8

除了上面的发现之外，作者还惊奇发现CXCR4的表达水平取决于TCR的亲和力，TCR与抗原的亲和力越强，CXCR4的水平越低，T细胞留在肿瘤内的可能性就越大。TCR与抗原的亲和力越低，CXCR4的水平越高，T细胞留在肿瘤内的可能性就越小。因此，这项研究结果中我们可以得出肿瘤微环境中的抗原极其多样，而这种多样性及亲和力的差异，会导致肿瘤内效应T细胞的异质性较强。

综上所述，作者首先基于小鼠的研究发现CXCR4抑制剂确实能提高PD-L1抑制剂的治疗效果，甚至特异性消除淋巴管的CXCL12就可以显著抑制肿瘤的生长。随后，这个研究的作者阐明了肿瘤相关淋巴管外排T细胞的机制，以及被外排的T细胞类型和特点，让我们对癌症免疫治疗有了新的认知。因此，CXCL12-CXCR4信号通路是提高免疫治疗效果的关键所在。更重要的是，他们还找到了改善免疫治疗效果的潜在方法。更重要的是，未来的相关研究可以围绕肿瘤相关淋巴管展开更深入的探索，寻找更多延长T细胞在肿瘤内停留时间的方法。说

说在最后

正是因为肿瘤免疫学的复杂性和重要性，使得全世界的科学家都无比关注这个领域的发展。只要是稍微关注这两方面疾病的科研工作者，都会发现每年都产生了许多重磅的研究发现，而且其中很多发现都是推翻或者部分推翻以往的认知，这导致很多旧版本教材中的知识现在都在面临着巨大的挑战。比如说，就拿大家比较熟知的PD-1,LAG3和TIM3三阳性CD8+ T细胞来说，毫无疑问，过去十几年大家都会认为它是一种衰竭性T细胞。但是这两年最新的研究则是从多个方面证实了这群三阳性CD8 T细胞却具有很强的抗肿瘤功能，而且还和免疫治疗的良好预后密切相关。再比如以往认为肿瘤浸润更多比例的CD8+T细胞会直接预示着患者会有更好的生存，而本文第二部分说到的旁观者T细胞则是支持这些对肿瘤没有杀伤作用的T细胞，在很多情况下会不利于机体免疫系统发挥抗肿瘤作用。

可能对很多小伙伴来说，自己已经掌握的知识被不断挑战是很痛苦的，但是Immugent不这样认为，反而觉得这样才会更有趣。大家不妨想一下，如果很容易做成一件事，只能说这件事本身没有多大难度，或者说做成这件事的意义没那么重大，因为很多人都能做成。还有小伙伴会问肿瘤免疫学发展的这种推陈翻新现象究竟是好事还是坏事，小编认为这对肿瘤免疫学的发展是十分正向且积极的。我们只有拿出刮骨疗毒的勇气，才能真正去更深入的了解肿瘤这个“老赖”。因为过去几百年的医学历史也向我们表明，使用常规的手段是无法治疗更不用说去治愈肿瘤的。

其实我们也不用奢求将肿瘤治愈，只需要控制其进展以达到类似于高血压这种慢性病程度即可。而要想实现这个目标我们迫切需要更全面的认识人体免疫系统，因为就像神经系统一样，免疫系统的功能十分强大，其可以通过协调各种免疫分子的细胞来达到动态监控肿瘤的作用。在最后，Immugent希望在这条路上，全球所有的免疫学者均能坚守初心，协同奋进。      

参考文献

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来源：生信人、医药速览

审校：咏彤

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