A daganatképződés és az azt követő metasztázis során a rosszindulatú sejtek fokozatosan diverzifikálódnak és heterogénebbé válnak. Ennek eredményeként a daganatokba számos, immunrendszerrel kapcsolatos komponens beszűrődhet, beleértve a citokin/kemokin közeget, a citotoxikus aktivitást vagy az immunszuppresszív faktorokat. Ez az immunrendszer heterogenitása szinte minden szolid tumorban elterjedt, és térben vagy időben változik a tumor progressziójával, valamint terápiás beavatkozásokkal. A daganatellenes immunitás heterogenitása szorosan összefügg a betegség progressziójával és a kezelésre adott válaszkészséggel, különösen az immunterápia területén.
Ezért a tumor immunológiai heterogenitásának pontos megértése kritikus fontosságú a hatékony terápiák kidolgozásához. A többrégiós és szövettani szekvenálás, az egysejtes szekvenálás és a longitudinális folyadékbiopsziás megközelítések segítségével a közelmúltban végzett vizsgálatok kimutatták, hogy lehetőség nyílik a tumor immunológiai heterogenitásának komplexitásának és klinikai jelentőségének vizsgálatára az immunterápiában. A tumorimmun mikrokörnyezet heterogenitásának hátterében álló mechanizmusok feltárása segítséget jelent a daganat heterogenitásának klinikai értékelésében, és ezáltal hatékonyabb, személyre szabott terápiák kidolgozását.
A heterogenitás eredete a tumorimmun mikrokörnyezetben
Genetikai instabilitás
A nagy áteresztőképességű szekvenálási módszereket régóta használják a tumorsejtek mutációs profiljának és evolúciós pályáinak jellemzésére, és ezek a vizsgálatok a genetikai tumor heterogenitásának széles skáláját mutatták be térbeli és időbeli dimenziókban, beleértve a heterozigóta egynukleotidos mutációkat, inszerciókat, deléciókat, és másolja a számmutációkat. A tumor progressziója során a genetikai instabilitás ezeknek a változásoknak a véletlenszerű kialakulásához vezet.
Primer tumorokban a vezető gének mutációi általában túlélési előnyt eredményeznek; ezért ezek a sejtek nagyobb valószínűséggel foglalnak el növekedési szempontból előnyös pozíciókat, és domináns klonális populációvá fejlődnek. Ezzel szemben az utasmutációk nem biztosítanak jelentős növekedési előnyt a tumor evolúciója során, és úgy gondolják, hogy a szubklonális tumorsejtek elsődleges forrásai. Így a klonális és szubklonális tumorsejtekből származó genetikai instabilitás képezi a tumor evolúciójának és a térbeli és időbeli heterogenitásának alapját. Ugyanakkor ez a genetikai heterogenitás alakítja a daganatok antigénprofilját, és végső soron hozzájárul a tumor immunmikrokörnyezetének heterogenitásához.
Epigenetikai módosítások
Egyre több bizonyíték támasztja alá, hogy a tumorsejtek epigenetikai átalakulása is szerepet játszik a heterogén tumorimmun mikrokörnyezet kialakulásában. Az ilyen szabályozó mechanizmusok főként a DNS-módosításokban bekövetkezett változásoknak, a kromatin hozzáférhetőségében bekövetkezett változásoknak vagy a génexpresszió szabályozásának poszt-transzkripciós szinten tulajdoníthatók, mint például a nem kódoló RNS-interferencia. Ezek az epigenetikai módosítások elősegítik a daganatos sejtek rosszindulatú progresszióját, és hozzájárulnak a tumor immun mikrokörnyezetének kialakulásához.
A metiláció mellett a különböző kromatin és epigenetikai remodelling mechanizmusok előnyt jelentenek a tumorsejtek számára a környező környezethez való alkalmazkodásban. Az epigenetikai módosulások jellemzően feltételesen visszafordíthatók. A tumorsejtekben ezeket a módosulásokat utódaik örökölhetik, így ezek a sejtek jelentős heterogenitást mutatnak térbeli és longitudinális dimenziókban.
Mikrokörnyezeti perturbációs adaptáció
A daganatsejtek folyamatosan ki vannak téve az extracelluláris mikrokörnyezeti perturbációknak. Egyre több bizonyíték utal arra, hogy az intracelluláris adaptációkat külső stresszek indukálhatják, beleértve a DNS-károsodási válaszokat, a kibontott fehérjeválaszokat és a mitokondriális stresszjelzéseket. A daganatok jelentős heterogenitást mutatnak a szövettan és a vaszkuláris architektúra tekintetében.
A daganaton belüli érrendszer proximális vagy disztális régiói különböző oxigénellátásnak lehetnek kitéve. Így az immunkomponensek az oxigénfeszültség, a glükóz elérhetősége vagy az oxidatív útvonalak alapján térben és időben heterogén módon képesek alkalmazkodni a külső ingerekhez. Függetlenül attól, hogy az immunkomponens jól alkalmazkodik-e hipoxiás körülmények között, szinte minden hipoxiás válasz szorosan összefügg a tumor immunmikrokörnyezetének átprogramozásával, amelyet elsősorban a sejtes glikolitikus anyagcsere lokális átállása, fokozott glükózfogyasztás, fokozott piruvát és laktát termelés jellemez, és a savasodás.
Válasz a daganatellenes terápiára
A kezelés során a daganatsejteket és a mikrokörnyezet összes immunkomponensét vagy megütik (pl. sugárterápia), vagy folyamatosan daganatellenes gyógyszerekkel érik el. Ezekre a stresszorokra válaszul a tumor- és immunsejtek adaptív mechanizmusai aktiválódnak, hogy új homeosztázist hozzon létre a belső környezetben.
A vezető mutációk vagy a molekuláris aláírások belső heterogenitása miatt a daganatsejtek jelentősen különböznek a terápiára való reagálásukban. A citotoxikus állapotok miatt a tumor- és immunsejtek fenotípusos változásokon mennek keresztül, sejtöregedést és akár sejthalált is. A lokalizált tumorklónok, amelyek nem élik túl a kezelést, nagy mennyiségű ATP-t szabadítanak fel autofágia által közvetített sejthalál révén. Ezek az ATP-k elősegíthetik a kemotaxist és gyulladásos választ generálhatnak a daganatban. Ezzel szemben extracelluláris nukleotidázok jelenlétében az ATP-k gyorsan átalakulhatnak adenozinná az extracelluláris mátrixban, ami szuppresszív immunmikrokörnyezetet eredményez.
Az immunsejtek esetében a T-sejt fenotípusok jelentősen megváltoznak az ICI hatására, amit különböző T-sejt-alcsoport-összetételek és citokintermelés kísér. A terápiás szerek, a tumorsejtek és az immunsejtek közötti komplex és dinamikus kölcsönhatások jelentősen hozzájárulnak a térben és időben heterogén immunmikrokörnyezet kialakulásához.
A tumor immunmikrokörnyezet heterogenitása
Térbeli heterogenitás
A tumorimmun mikrokörnyezet jellemzőit elsősorban a daganatos és nem tumoros összetevők határozzák meg. Lokalizációjuk vagy bőségük/aktivitásuk térben különbözik, beleértve a gátló immunellenőrző pontok (pl. PD-L1) felszíni expresszióját, az immunszuppresszív vagy proinflammatorikus citokinek szekrécióját, az immunszuppresszív vagy effektor sejtek infiltrációját, az érrendszer állapotát, a marginális régióktól való térbeli távolságokat. , és a metabolikus tápanyagok eloszlása. Ezek a térbeli változatok a klinikai prognózisra és a terápiára adott válaszra is mélyreható hatást gyakorolhatnak.
A tumorokon belüli T-sejtek fenotípusa jelentős heterogenitást mutat. A t-sejtek általában eltérő klonalitást, proliferációs potenciált, differenciálódási stádiumot, funkcionális polarizációt, citokin szekréciós profilokat vagy metabolikus miliőt mutatnak. A T-sejt-készlet hajlamát tekintve az expandált/proliferatív T-sejt-receptorok (TCR-ek) tovább osztályozhatók a közös TCR-klónok (a tumoron belül minden régióban kimutatható) vagy regionális klónok (heterogén eloszlású) kategóriába. A közös és regionális TCR klónok száma pozitívan korrelált a közös és regionális nem szinonim mutációk terhelésével, ami regionálisan heterogén, antigénvezérelt T-sejt proliferációt jelez. Emellett figyelemre méltó, hogy a szabályozó T-sejtek (Treg) is jelentős tumoron belüli térbeli heterogenitást és funkcionális orientációt mutattak.
A T-sejt-alcsoportokon kívül számos más immunsejt tumoron belüli heterogenitását is azonosították különböző daganattípusokban. Gyomorrákban a CD68+CD163+CD206+ fenotípusú makrofágok túlnyomórészt a stromában helyezkedtek el, a CD68+IRF8+ makrofágok pedig túlzottan expresszálódnak a sztrómában. mag a marginális zónához képest. Az immunsejtpopulációk mellett a stromasejtek (pl. fibroblasztok) nagyfokú térbeli orientációt mutatnak a daganatokban.
A metabolikus profilok fontos szabályozói az immun mikrokörnyezetének, és szerepet játszhatnak a rákos sejtek proliferációs potenciáljának és környezetükhöz való alkalmazkodásának befolyásolásában. Úgy tűnik, hogy a metabolikus profilok heterogenitása hozzájárul a tumor immun mikrokörnyezetének heterogenitásához. A magas glikolitikus aktivitású rosszindulatú sejtek nemcsak metabolikus útjaikat alakíthatják át anabolikus reakciókká, hanem számos immunszuppresszív mediátort is termelnek, például laktátot és adenozint, hogy gyengítsék a citotoxikus sejtek immunfelügyeletét.
Időbeli heterogenitás
A daganatok és az immunsejtek érzékenyek a genetikai vagy nem genetikai környezeti tényezők megzavarására, így meghatározva a betegség progresszióját és a daganatellenes terápiára adott válaszreakciót, valamint maguknak a daganatsejteknek a dinamikus fejlődését. A betegség non-invazív lézióból agresszív fenotípussá válása során az RNA-Seq hasnyálmirigy-ductalis adenocarcinomában szenvedő betegeknél jelentős változásokat mutatott ki az immunsejt-infiltráció összetevőiben. Ezt általában a CD8+ T-sejtek és a dendritikus sejtek infiltrációjának csökkenése, valamint az immunszuppresszív sejtek, köztük a Treg, MDSC vagy CAF abnormális aggregációja vagy expanziója jellemzi.
Ezen túlmenően, a betegség progressziója során több daganattípusban károsodott citolitikus aktivitás, korlátozott sejtbank-terjeszkedés és klonalitás, valamint progresszív T- és B-sejtek kimerülése figyelhető meg. Úgy tűnik, hogy az immunológiailag kedvezőtlen régiók vagy elváltozások jelenléte az egyes betegekben fordítottan összefügg a betegség kontrolljával és a túlélési prognózissal, tovább erősítve a térbeli és időbeli heterogenitás jelentőségét a betegség kimenetelében.
A tumorimmun mikrokörnyezet heterogenitásának klinikai jelentősége
A rákos betegeknél szinte minden immunprognosztikus vagy prediktív biomarkert az egyes biopsziás minták elemzése alapján állapítottak meg. A heterogenitás azonban a tanulmány reprodukálhatóságának fő akadálya, és csökkenti annak klinikai hasznosságát. Emellett számos bizonyíték utal arra, hogy a tumor mikrokörnyezetének heterogenitása, legyen az genetikai vagy immunrendszer, befolyásolja a szolid daganatos betegek immunterápia kimenetelét.
A PD-L1 expresszió heterogenitása
A PD-L1 fehérje expressziója és a PD-1 ellenőrzőpont blokád elleni terápiák hatékonysága közötti összefüggést alátámasztó első bizonyíték óta a PD-L1 szinteket kísérő diagnosztikaként használták az ICI immunterápiára adott klinikai válasz előrejelzésére különböző esetekben. szilárd daganatok típusai. Mindazonáltal a PD-L1 expressziója jelentős heterogenitást mutat mind a tumoron belüli vagy inter-tumor skálán, mind a térbeli és időbeli dimenziókban.
Az NSCLC-s betegek primer és agyi metasztatikus daganataiban a PD-L1 expressziójának értékelése után szignifikáns különbség volt megfigyelhető a PD-L1 expressziójában a két lézió között. A PD-L1 expresszióját erősen indukálja az IFN-jelátviteli útvonal, amely heterogén módon szabályozott. aberráns funkcionális JAK1/2 mutációkat tartalmazó szubklónokban. Ezenkívül az ICI-vel kezelt betegek antigén-feldolgozási és prezentációs hiányos szubklónjai rossz klinikai eredménnyel jártak melanoma, tüdő- és vastagbélrák esetén. Ez a lehetséges heterogenitás magyarázatot adhat arra, hogy a PD-L1-pozitív daganatos betegek egy része miért nem reagált, míg néhány PD-L1-negatív daganatos beteg jól reagált az ICI immunterápiára.
A válaszok heterogenitása magas TMB-válaszú betegeknél
A mutációs terhelés ésszerűen közeli alternatívája a neoantigénterhelésnek, és az ICI immunterápiára kedvező válaszadók azonosítására használták számos szolid tumortípusban. A magas TMB-szintű betegek ICB-terápiára adott válasza azonban nagyon heterogén, és az alacsony TMB-szintű betegek jelentős hányada profitálhat az ICI immunterápiából, és fordítva.
Azoknál a betegeknél, akiknél nagy a TMB kockázata, és nem reagálnak megfelelően az ICI-terápiára, úgy gondolják, hogy a hibás/diszregulált antigénprezentációs mechanizmusok az immunterápiás rezisztencia fő mechanizmusa, különösen a HLA haplotípusok és régiók expressziója, valamint a B2M molekulák expressziója. . Ezenkívül a filogenetikai elemzések feltárták, hogy a klonális heterogenitás, akár a daganatot tartalmazó klónok számában, akár a klonális differenciálódásban mérjük, jelentős hatással volt az ICI-terápia túlélési kimenetelére.
A válasz heterogenitása MMR-hiányos betegekben
Az MMR-ben nem szenvedő betegek rendkívül érzékenyek az ICI-terápiára, ami nagyrészt a megemelkedett neoantigéneknek és a jobb immunogén tumor mikrokörnyezetnek tulajdonítható. A számos szolid tumortípusban előrehaladott dMMR-ben szenvedő betegek körében a pembrolizumab soha nem látott elismerést kapott az MSI-H daganatos betegek optimális kezelésében. Az ICI-terápiára azonban csak a betegek kisebb része reagál jól.
Mind a tumorsejtek belső genotípusa, mind a dMMR daganatok külső immunrendszere befolyásolhatja azok hatékonyságát, és úgy tűnik, hogy a beszűrődő immunsejtek genomi instabilitása nagymértékben heterogén a dMMR daganatokban, ami korlátozott immunogenitású és elégtelen immunitású, különálló ökológiai rések kialakulásához vezet. - mediált tumorkontroll, ami gyógyszerrezisztenciához vezethet. Ezen túlmenően, az MSI-H daganatok ICI-re adott válaszát befolyásoló egyéb változók közé tartozik, hogy a fejlődés során robusztus immunszerkesztést hajtanak végre, és glikolitikus profillá alakulnak át, ami nagymértékben hozzájárul az immunszökéshez.
Összegzés
A tumorgenezis egy sor genetikai és nem genetikai folyamat kombinációja és kumulatív diszregulációja. A tumorgenom eredendő genetikai instabilitása miatt a legtöbb tumorigén esemény elkerülhetetlenül sztochasztikus módon következik be a betegség progressziója során. Ezek a sztochasztikus események megteremtik a szükséges feltételeket egy heterogén immunmikrokörnyezet kialakulásához térbeli vagy időbeli dimenzióban. Ezenkívül a metabolitokért és tápanyagokért folytatott versengés, a terápiás nyomás vagy a kulcsfontosságú onkogének evolúciója folyamatosan átalakítja az immunrendszer mikrokörnyezetét. Ez végső soron lehetőséget teremt a rosszindulatú sejtek számára, hogy elkerüljék az immunrendszer felügyeletét, ami végső soron a betegség progressziójához és metasztázisokhoz vezet.
Ez az immunrendszer heterogenitása az egyéni biopsziákon alapuló prediktív biomarkerek gyenge teljesítményéért, valamint az immunterápiával szembeni rezisztenciáért is felelős. Ezért szükséges a heterogén tumormodellek tanulságaira összpontosítani, tekintettel a tumorgenom instabilitására és a heterogenitás végtelen fejlődésére. Egy összetett, ellenőrzött modell lehetővé teszi számunkra, hogy pontosan megértsük azokat a mechanizmusokat, amelyek szabályozzák a heterogenitásra adott daganatellenes immunválaszt. A terápiás megközelítéseknek viszont nemcsak az onkogén célpontokat vagy a reprezentatív immunellenőrzési pontokat kell figyelembe venniük, hanem az immun mikrokörnyezet heterogenitását és reaktivitását is. A tumor és az immunsejtek közötti spatiotemporális kölcsönhatások nyomon követése elengedhetetlen az immunterápiára adott hatékony és tartós válasz irányításához.