本月NATURE REVIEWS CANCER(IF:69.800)发表了一篇关于癌症相关成纤维细胞(CAFs)的综述,关于CAF是免疫抑制细胞的理论在过去十年中一直盛行。近些年的单细胞研究表征了各种细胞状态,强调了免疫刺激CAFs的存在。作者在“外周适应性免疫间质”框架下统一了肿瘤的滤泡性和非滤泡性、非内皮性间质,并将CAFs亚群定位为适应性免疫系统的直接阳性调节因子。并提出了利用免疫刺激CAF治疗癌症的未来趋势。
中央淋巴器官是B细胞和T细胞淋巴生成的场所,而外周淋巴器官则是生产naïve B细胞和T细胞的场所,并促进B细胞和T细胞增殖、分化和成熟为分泌抗体的浆细胞和效应T细胞的场所。Naïve T细胞的启动依赖于同源抗原和共刺激分子。T细胞的完全激活和分化需要次级共刺激分子,如细胞因子和粘附分子。此外,慢性炎症组织,包括肿瘤,获得有组织的淋巴滤泡,称为三级淋巴器官(TLOs),其中naïve B细胞成熟和分化也可以发生。在中央和外周淋巴器官中,免疫细胞和间充质细胞直接接触(图1)。
骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)在骨髓内的差异定位和差异配体表达意味着尚未发现的功能特化。BM-MSCs为造血祖细胞提供自我更新、扩张和分化信号,并维持大量浆细胞和记忆T细胞。相反,在骨髓生态位外,循环的骨髓间充质干细胞和骨髓间充质干细胞衍生的外泌体抑制了适应性免疫。近几年提出并证实了循环的骨髓间充质干细胞以实体瘤为家,并在局部分化为CAFs。最近,胸腺间充质细胞已经开始出现作为关键的自我抗原表达细胞诱导中枢耐受。仍未解决的问题是,它们是间接地将抗原呈现给APCs,反过来又呈现给CD4+ T细胞,还是它们直接将抗原呈现给CD4+ T细胞。
在中央淋巴器官的淋巴生成后,B细胞和T细胞在次级淋巴器官(SLOs)与抗原相遇诱导进一步分化和成熟。SLOs的非内皮基质细胞属于成纤维网状细胞(FRCs)的通用术语。FDCs为B细胞提供B细胞激活因子(BAFF)和抗原,驱动它们的成熟和分化。研究表明FRCs调节和控制SLOs中的细胞和体液适应性免疫。
外周非淋巴组织的非内皮基质细胞具有高度异质性。轨迹推断分析表明两种密切相关的干细胞样泛组织成纤维细胞,可能向其他组织特异性和疾病诱导状态分化。这些驻地成纤维细胞可能在TLO形成的早期阶段通过淋巴组织组织细胞(LTos)过渡到TRC或FDC样细胞。组织成纤维细胞可能在稳态条件下具有固有的免疫抑制作用,但在慢性炎症和自身免疫性疾病中可多样化为免疫刺激作用。
在外周组织成纤维细胞中,可以影响免疫系统的是TLO所在的成纤维细胞。到目前为止,由于技术的局限性还不能深入了解这些细胞的表型和功能特征。因此,对TLO组织和成熟以外的免疫功能的了解非常有限。它们可能促进TLO内B细胞和T细胞的组织、存活和浆细胞分化。然而,这一假设尚未得到实验证明。
真正的间充质来源的CAF与来源于上皮、间皮或内皮细胞的CAF之间可能存在内在的功能差异。与适应性免疫系统相互作用的CAF在表型上更接近iCAF,而不是myCAF,这是因为它们的细胞因子含量高,ECM含量低。然而,iCAF参与先天免疫相互作用,在功能上有别于最近发现的能够刺激适应性免疫系统的CAF亚群。
在许多类型的癌症中,癌症相关TLO(CaTLO)的数量和成熟度、患者的生存期和免疫治疗反应之间存在密切的联系。成熟的TLO提供了B细胞成熟为抗肿瘤浆细胞所需的分子和细胞特化。成纤维细胞通常存在于CaTLO和非结构淋巴集合体中。在慢性炎症的非癌组织中,TLO的形成需要常驻成纤维细胞分化为LTO样细胞。基于炎症诱导的TLO和CaTLO在结构上的相似性,成纤维细胞向LTo样和FRC样的分化也可能是CaTLO形成的原因。
FRC缺乏特异性标记,不能准确地与单细胞数据集中的其他产生趋化因子的CAF区分开来。然而,一些标记对于成像分析是可靠的,可以评估形态特征。TRC样成纤维细胞也被鉴定为表达CCL19的成纤维样细胞,位于肺肿瘤血管周围淋巴集合体和成熟的CaTLO的T细胞区。CCL19也由树突状细胞表达,因此不能安全地用作TRC标记。通过形态学鉴定CCL19+TRC在影像上是可行的。共同促进肺癌进展的CaTLO可能依赖于CAF在B细胞区和T细胞区的初始组织和下游分区。Catlo FRC样细胞对B细胞成熟或肿瘤特异性T细胞分化的任何定性免疫学影响目前尚不清楚,还需要研究。
肿瘤dLNs是产生两个关键结果的地方:是否允许通过传入淋巴管到达的癌细胞系统扩散,以及针对引流的癌症抗原的获得性免疫是会被诱导还是被抑制。有学者提出了“two-hit scenario”理论,即未受干扰的淋巴结具有免疫刺激作用,并随着癌症的进展而变得免疫抑制。已有研究表明,早期肿瘤dLNs可防止转移。而晚期肿瘤dLNs被认为是肿瘤免疫逃逸的部位。到目前为止,少数肿瘤dLN FRC的研究主要集中在定量FRC依赖的免疫学特征(T细胞迁移和存活)上。FRCs在炎症条件下的关键和复杂功能表明,肿瘤诱导的dLN FRC改变可能促进肿瘤免疫逃逸。
目前发现了CAF的各种免疫刺激状态(图2)。CAF的免疫功能并不总是有利于肿瘤的。首先,几项临床研究发现,特定的CAF表型与存活率呈正相关,这可能解释了靶向CAF的治疗药物临床试验失败的原因。现在的很多工作进一步强调了已知的myCAF–iCAF之外的CAF的存在,并表明传统的分类方案本身可能并不总是关于CAF的免疫结果的信息。有证据表明,T细胞丰度的增加至少部分是通过免疫刺激性CAF、ECM和分泌组诱导的。
类风湿性关节炎和健康结肠炎患者中检测到MHC II类阳性成纤维细胞,可以在体外向T细胞递呈抗原,诱导naive T细胞向Treg细胞分化。表达MHC II类的CAF首先由Tuveson在胰腺癌中发现,并被标记为apCAF。肺肿瘤中的apCAF数量在所有CAF中所占比例不到10%。apCAF通常表达CD74,这是MHC II类分子从粗面内质网运输到晚期内体所必需的。还表达一组重叠的间皮和上皮基因,如CLU、SLPI、IL-6以及趋化因子CXCL9和CXCL10。
CAF可以内吞肿瘤抗原,并将其交叉呈现在MHC I类到CD8+T细胞上。目前尚不清楚是否所有的CAF都可以执行这一功能。MHC-II类阳性的apCAF在体外直接将抗原递送给效应的CD4+T细胞。原代肺CAF可以在没有经典共刺激分子的情况下激活癌症抗原特异性效应细胞CD4+T细胞。在体内,CAF中MHC II的缺失特异性地导致了CD4+T细胞代谢适合性的丧失以及伴随而来的肿瘤负荷的增加。乳腺癌apCAF在微环境中干扰素增加的情况下扩大TGF β的阻断,产生T细胞趋化物质,并与患者生存呈正相关,提示有免疫刺激作用。相反,胰腺癌小鼠apCAF在培养中诱导naive T细胞分化为Treg细胞,并与FOXP3+细胞在影像分析中呈正相关。
到目前为止进行的少数几项有针对性的研究都同意apCAF改变肿瘤免疫,这种影响超出了抗原呈递的范围。免疫学结果可能是组织特异性的,肺癌和乳腺癌的apCAF属于免疫刺激性CAF的保护伞,而胰腺癌CAF重叠免疫抑制状态。然而,它也可以由apCAF对效应T细胞和Treg细胞的平行、联合或相互冲突的作用所决定。
在肿瘤dLNs中,树突状细胞向naive CD4+和CD8+T细胞呈递MHC-肽复合体。这些细胞将分别分化为效应T细胞和细胞毒性T细胞,然后迁移到肿瘤上。根据这一经典模型,效应性CD4+T细胞不需要肿瘤内MHC II类癌症抗原识别就能发挥作用。但目前已经有几条证据可以反驳这一假设。尽管肿瘤dLNs是naive T细胞启动和免疫检查点抑制活性的关键部位,但它们似乎在肿瘤进展的早期发挥更重要的作用;晚期肿瘤中新的dLN启动的T细胞克隆似乎是部分多余的。肺apCAF的研究表明,这些针对CD4+效应T细胞的瘤内信号可以由apCAF提供(图3)。这就提出了这样一个问题:是什么使CAF作为抗原性T细胞的癌症APC特别有效?相对于专业APC,CAF的优势是什么?作者提出的一种可能性是,它们可能能够重新刺激CD4+T细胞,同时避免T细胞耗尽。这是因为naive T细胞活化与TCR信号强度呈正相关,TCR信号强度由TCR对MHC-肽和MHC-肽-TCR复合体密度定义。对于CD4+效应T细胞,TCR信号强度与衰竭之间的正相关性尚未得到证实。由于apCAF表达低水平的MHC II类,其表面的MHC II类多肽密度预计较低,因此每个T细胞结合的TCR较少,导致整体TCR信号较弱,防止T细胞耗竭。二次接触假说指出,完全的CD4+T细胞分化发生在离开dLN后,需要炎症组织中的APC(包括间质细胞)额外的抗原提呈。在T细胞激活的同时,局部癌症抗原呈递可以通过增加T细胞与ECM的黏附、增加存活率或其他尚未发现的补充机制,帮助将CD4+T细胞保留在肿瘤内。
展望
由于各种癌症类型的免疫治疗应答率较低,治疗后复发率增加,针对包括非造血免疫相互作用的基质细胞在内的替代靶点的治疗方法受到越来越多的关注。CAFs已成为癌症的治疗靶点。目前的努力目标是要么删除免疫抑制的CAF,将它们重新编程到正常状态,要么靶向CAF衍生的免疫抑制因子。然而,靶向和激活免疫刺激性CAF可以提供另一种治疗策略。这可以通过以下方法来实现:通过直接对其祖细胞编程或对交替分化的CAF重新编程来增加免疫刺激CAF;增强刺激性CAF产生吸引趋化因子或B细胞和T细胞的能力;将肿瘤抗原靶向apCAF用于体内癌症疫苗;增强T细胞对免疫刺激性CAF的反应能力可以改善治疗结果。apCAF导向的疗法也可以与目前或新型的针对免疫适应性臂的免疫疗法相结合,如免疫检查点抑制剂或T细胞疗法,以提高其疗效。
要对CAF重新编程,需要更深入地了解它们在多维生物空间中的实验扰动下的基因调控网络和配置。可以开发载药纳米粒,通过apCAF靶向运送MHC-II类肿瘤抗原。对癌细胞进行基因编辑以表达模型癌症抗原,并将针对这些抗原的TCR转基因T细胞转移到小鼠身上,可能会增加小鼠和人类之间研究结果的可译性。因此,可能很快就会将免疫刺激和apCAF状态推向癌症免疫治疗的前沿。