腫瘤是目前威脅人類健康的首要殺手。近年來腫瘤免疫療法對於改善某些類型的腫瘤治療做出了突出的成績。靶向免疫檢查點PD-1和CTLA-4的抗體已經作為治療黑色素瘤和非小細胞肺癌以及其他類型的實體瘤的標準策略。臨床數據顯示

近期，來自美國約翰霍普金斯大學的Christopher M. Jackson   , John Choi 和Michael Lim在Nature Immunology上發表了題為Mechanisms of immunotherapy resistance:lessons from glioblastoma綜述，以GBM為例，總結了腫瘤免疫治療抵抗的機制。現編譯如下，供讀者參考。

多種標誌物包括細胞突變載量、DNA修復缺失以及檢查點配體表達情況這些都能夠評判病人是否能夠受益於免疫檢查點抑制劑治療。在2002年提出的模型"Three Es Hypothesis"系統總結了腫瘤細胞和免疫細胞在治療中的抵抗。腫瘤細胞內源性抵抗因素（intrinsic resistance）和外源性抵抗因素（adaptive resistance）都參與到這一過程中。腫瘤內源性因素包括MAPK信號、PTEN突變以及WNT–β-catenin信號激活、IFN-γ信號激活等。外源性因素包括表達免疫檢查點分子，腫瘤基質增生阻礙免疫細胞浸潤。另一種分類是基於腫瘤對於免疫檢查點抑制劑的反應。如果腫瘤對免疫檢查點抑制劑敏感則定義為“熱腫瘤—hot”，反之則為“冷腫瘤—cold”。腫瘤變“冷”的機制有多種：腫瘤抗原的缺失或者受到免疫細胞攻擊而快速缺失腫瘤抗原、迅速表達多種免疫檢查點配體和免疫抑制細胞因子。

綜合“Three Es”模型和“冷熱”腫瘤分類，臨床中腫瘤可分為四大類：

1. 內外源因素抵抗性都低；

2. 內源抵抗低外源抵抗高；

3. 內源抵抗高外源抵抗低；

4. 內外源抵抗都高。

臨床中黑色素瘤屬於第一種，約50%的病人對PD-1和CTLA-4抑制劑聯合治療有效。GBM具有高度的內源性抵抗機制和外源獲得性抵抗機制，屬於第四種，所以只有低於10%的病人對免疫檢查點抑制劑治療有效。臨床中第二和第三種腫瘤類型則有些模糊不清。第二種腫瘤治療最初有效，但會迅速獲得逃避機制，例如非小細胞肺癌，這個時間通常不到一年。第三種腫瘤本身炎症水平較低，不能產生較強的炎症反應。前列腺癌屬於這種類型，腫瘤組織中免疫細胞浸潤少，對免疫檢查點抑制劑反應性較差。然而如果將疫苗和抑制劑聯合治療則能夠提高治療效果，這也表明一旦提高了免疫反應，前列腺癌對於免疫檢查點抑制劑的反應性會得到提高。如果聯合了腫瘤“冷熱”的分類，則更能系統的理解“Three Es”分類。本綜述以GBM為例，闡述了目前發現的腫瘤免疫治療抵抗機制。

膠質瘤（Glioma）起源於中樞神經系統中的支持細胞——膠質細胞，其中膠質母細胞瘤（GBM）屬於膠質瘤中最嚴重的一種，為IV級。GBM在美國的發病率為十萬分之三。常規的治療方法包括切除和放化療。病人的平均生存率僅為15個月，五年生存率少於5%。GBM具有其他惡性腫瘤的分子特點，也包含有獨特的特點。GBM很少向遠處轉移，被完全切除的GBM會在臨近的腦組織中復發。放化療能夠延長病人壽命，但是會出現放化療抵抗的腫瘤細胞。膠質瘤腫瘤幹細胞被認為是治療抵抗的來源。膠質瘤幹細胞具有強大的DNA修復和分化為基質和血管的能力，獲得了放化療抵抗。由於GBM腫瘤內的異質性和分子可塑性，造成GBM沒有合適的治療靶點。對比原位和復發的腫瘤組織發現約90%的分子的表達都會在復發部位變化。基於GBM的這些特點，腫瘤免疫治療有望克服以上這些特點。T細胞通過識別抗原不斷的腫瘤組織中累積，精準進行細胞毒性功能，並形成記憶T細胞，抑制腫瘤的生長。一些實驗性數據顯示免疫治療能夠促進GBM的治療，但是還尚未應用於臨床。配對研究原位GBM和復發的GBM組織也能夠進一步揭示獲得性的抵抗機制。

中樞神經系統具有獨特的免疫環境

大腦中防禦系統的第一道防線是血腦屏障和組織中的小膠質細胞。血腦屏障是由一系列的細胞組成的網絡系統。血腦屏障由星形膠質細胞支持的內皮細胞緊密連接組成，能夠阻止親水的大分子擴散，不能夠阻止親水的小分子和葡萄糖等營養物質的進入，所以大腦對炎症的耐受性比較差。

在靜息狀態下，外周免疫細胞都排除在中樞神經系統之外。在發育時，髓系來源細胞進入大腦，分化為小膠質細胞，是大腦中的首要免疫細胞。小膠質細胞佔大腦總細胞數的10%，監視大腦組織，清除腦中碎片以促進神經突觸功能和神經系統可塑性。小膠質細胞在獲得性免疫系統的功能尚不清楚。T細胞如果能夠進入CNS，大腦中的抗原也呈現出耐受狀態。CNS能夠調整成一種維持神經元的功能，並降低不必要的炎症反應。

在炎症狀態下，外周免疫系統由干擾素誘導的細胞因子會通過血腦屏障而進入大腦。1787年的一項研究表明大腦中沒有淋巴系統，儘管最近的研究表明大腦中存在淋巴管。中樞神經系統與外周免疫系統的神經聯繫一直是有爭議的焦點。最新的研究證據表明中樞神經系統存在淋巴系統。血液中注射放射性的白蛋白能夠進入大腦、頸淋巴管以及嗅覺神經周圍。後續的報道也發現抗原遞呈細胞也走相同的路線。並且在2015年報道了大腦中的硬腦膜靜脈竇與傳統的淋巴管結構非常相似。這些結構的功能尚不清楚，並且對於治療中樞神經系統相關的炎症性疾病，這些結構能否成為治療靶點還未有報道。研究的較為清楚的就是無論是大腦內部的免疫細胞還是外周免疫細胞都密切監視著大腦中的抗原。一旦出現危險信號，外周免疫細胞會穿過血腦屏障，產生炎症反應。這些也為腦腫瘤的免疫治療提供基礎。

毫無疑問，我們可以用免疫方法治療惡性大腦腫瘤，但是在治療過程中將抗腫瘤免疫反應引入到腦腫瘤中這一過程極具挑戰性。其實有不少研究表明，GBM中也不是完全沒有免疫反應。一個包含有284名膠質瘤病人的研究發現，腫瘤中浸潤的CD4+的T細胞與CD8+的T細胞的比例與病人的生存率呈負相關。惡性程度高的膠質瘤含有的FoxP3陽性的調節性T細胞高於惡性程度低的膠質瘤。利用nivolumab治療GBM後，GBM出現了高度突變，導致治療耐受也表明，GBM對免疫治療的反應同其他實體瘤類似。在研究中也發現用免疫檢查點抑制劑或者DC疫苗以及CAR-T會激發腦腫瘤中的免疫反應。另一方面，GBM也會利用CNS的位置和系統優勢而動用多種免疫抑制機制。總的來說，這些發現都表明GBM能夠被免疫系統識別並且易受免疫攻擊，但是GBM本身具有多種方法逃避外界免疫壓力。這些方法包括在其他實體瘤中觀察的，也包括由於CNS的位置所具有的獨特的方法。

接下來文章會系統闡述在GBM中誘導免疫反應的阻礙機制以及獲得性免疫治療抵抗的機制。GBM會在治療的各個階段獲得抵抗特性，這也讓GBM成為一個研究腫瘤逃避免疫治療的極佳的模型。

內源抵抗

無論是腫瘤之間還是腫瘤組織內部，GBM都具有高度的異質性，這些不同的突變都會實實在在促進腫瘤細胞的增殖和存活。為了進一步探究和對GBM的分子和臨床特點進行分類，CGAT（The Cancer Genome Atlas）將GBM分為四種類型：前神經（proneural）、神經型（neural）、經典型（classical）和間充質型（mesenchymal）。其中經典亞型是通過含有EGFR突變來定義的。神經亞型GBM會表達神經元相關的基因。前神經類型GBM則會高表達轉錄因子SOX2和OLIG2以及PDGFRA。而間充質亞型GBM會發生NF1突變。

這樣的分類方法只是一個探究GBM生物學的開始。進一步的研究還在改寫著這個分類，特別是GBM腫瘤內高度的異質性。有一個研究發現在11個GBM的不同區域中，不同的分子類型存在於同一個腫瘤中。這樣的腫瘤內異質性是對多種治療抵抗的分子基礎。腫瘤內異質性也是針對GBM的免疫治療能夠有效發揮作用的頑固障礙。免疫治療摧毀了治療敏感的細胞，治療抵抗的細胞會迅速生長起來。分子的異質性也是GBM重要的內源性抵抗的機制。如果其他腫瘤免疫治療可以比喻“戰場”的話，那麼對於GBM的腫瘤免疫治療則更像是“游擊戰”。

適應性免疫應答如果需要達到選擇性消滅腫瘤細胞而不累及正常腦組織則需要特殊性的靶點。這樣的靶點需要表達在大多數的腫瘤細胞上，而不是正常組織細胞上，並且靶點對於腫瘤的生長和存活比較關鍵，這樣能避免基因編輯造成的免疫攻擊逃避。有一些研究已經表明在黑色素瘤和非小細胞肺癌中一些抗原已經能夠作為腫瘤對於免疫檢查點抑制劑敏感的標誌，但是如果是由化療誘導的抗原則不會有類似的效應。在另外的研究中則繪製了腫瘤中的抗原圖譜，這個腫瘤抗原圖譜基於MHC分子結合的親和性和T細胞的識別性，該圖譜能夠預測接受PD-1靶向抗體治療的小細胞肺癌和接受CTLA-4靶向抗體治療的黑色素瘤的病人的生存情況。另外有研究發現高質量的腫瘤抗原特別是能夠模擬微生物的抗原表位能夠提高治療效果，而單單提高腫瘤抗原的數量則不能達到促進效果。這些數據都表明腫瘤抗原的類型而不是數量是促進腫瘤免疫治療效果的關鍵。

由於GBM腫瘤內高度的分子異質性，這也給分辨有效的腫瘤抗原提高了難度。目前研究的較多的腫瘤抗原是EGFR截短的三型異構體，這個腫瘤抗原在11%的確診的GBM中高表達，在19%的GBM中表達。以往一項研究發現基於14個氨基酸肽段的疫苗（rindopepimut）對於82%的不表達EGFR三型異構體的復發GBM安全有效。但是接下來的臨床試驗卻發現早期的免疫治療的勝利卻預示著腫瘤後面會逃避治療，這也導致臨床實驗被停止。針對GBM的多價疫苗也正處於臨床試驗階段，這些疫苗通過靶向多種抗原而致力於減少腫瘤的免疫逃逸。然而這些抗原還沒有經過仔細的研究其有效性。利用高通量測序的方法計算T細胞抗原受體和抗原表位能夠預測一些高效抗原和病人特異性的腫瘤抗原。這項技術結合精準疫苗或許能夠克服GBM腫瘤內異質性帶來的內源性因素治療抵抗。這些正在進行的技術摸索也需要更多的數據支持才能確定是否能夠全球推廣。

另一種潛在的替代方法使將高效的腫瘤抗原原位引入GBM中。改造後的溶瘤病毒能夠特異性攻擊腫瘤細胞，這一過程造成腫瘤細胞死亡以及腫瘤抗原漏出，促進二次免疫反應。一期和二期溶瘤病毒針對GBM的臨床實驗研究發現能夠促進抗腫瘤免疫反應。溶瘤病毒的應用會提高CD8+效應T細胞的浸潤，降低免疫檢查點TIM-3的表達。機制上的研究表明，溶瘤病毒（poliovirus

免疫抑制

免疫系統失能是在大腦腫瘤中應用免疫治療的最主要的障礙。2011年的一項報道表明約73%的接受放療和替莫挫胺的GBM病人每立方厘米的腫瘤內的CD4+T細胞少於300個。基礎研究顯示不依賴於GBM的病理類型，顱內的腫瘤都會誘導針對大腦腫瘤抗原的系統性的免疫抑制。用黑色素瘤細胞上的腫瘤抗原表達在腦癌、側腹部腫瘤或者肺癌，隨後將表達特異性針對腫瘤抗原的TCR的CD8+T細胞過繼回輸。檢測免疫反應發現，只有腦癌的腫瘤模型出現了系統性免疫抑制反應，刪除或者損傷對於腫瘤抗原的細胞毒性反應。這個現象在人樣本中的其他病理類型的GBM也得到了印證。實驗顯示阻止了S1P1的內化和聯合CD137激動劑能夠恢復循環中淋巴細胞數量。

治療性的免疫抑制作用是另一個需要考慮的因素。替莫挫胺會消除PD-1抑制劑的作用，阻礙了效應性的記憶T細胞產生。用來治療GBM患者腦水腫的皮質類固醇，但是皮質類固醇所導致的免疫效應還存在爭議。因為皮質類固醇會導致免疫抑制。

以上提到的數據講述了克服內源性抵抗的兩個問題。首先需要一個合適的腫瘤抗原靶點，其次GBM腫瘤內免疫抑制需要克服。如果攻克了GBM免疫基礎水平低的問題，中樞神經細胞也可以誘導系統免疫反應。如果內源性都抵抗問題得到解決，那麼外源性抵抗機制是免疫治療GBM的另一個絆腳石。

外源抵抗

免疫系統能夠攻擊腫瘤細胞，並且不會引起自身免疫反應是腫瘤治療史上最有影響力的發現。儘管免疫檢查點分子能在多種實體瘤中檢測得到，在免疫應激中這些免疫抑制信號通路能夠高表達。黑色素瘤中PD-1的配體PD-L1和PD-L2能夠通過γ干擾素誘導的JAK-STAT信號激活表達。在腫瘤中如果存在能夠被測出的基礎水平的炎症反應，那麼給予免疫檢查點靶向抗體則能夠促進抗腫瘤免疫反應的發揮。靶向PD-1和CTLA-4的抗體能夠激發級別程度高的黑色素瘤和非小細胞肺癌以及腎細胞癌和其他腫瘤的抗腫瘤免疫。然而有一大部分這些類型的腫瘤病人並不能從免疫檢查點抑制劑中獲益。其他類型的免疫檢查點像TIM-3在腫瘤獲得PD-1抑制劑治療耐藥後會發生高表達。在動物模型中聯合應用PD-1和TIM-3的抗體則會提高治療效率。

基於以上的數據支持，目前臨床致力於通過聯合其他靶點抗體以克服PD-1或者CTLA-4靶向抗體治療耐藥問題。目前這種策略是否能夠適用於GBM的治療尚不清楚。免疫檢查點抑制劑治療的療效能夠通過檢測腫瘤抗原而預測。一旦腫瘤抗原被識別，什麼類型的細胞被耗竭或者被激活尚不清楚。所以一個最基礎的問題還亟需解決就是GBM到底有多“冷”。

一些研究表明GBM浸潤的T細胞表達多種免疫檢查點，並且處於一種類似於慢性病毒感染的耗竭狀態。儘管GBM中的免疫細胞耗竭非常嚴重，但這個也不是獨一無二的，對於免疫檢查點抑制劑治療不敏感的腫瘤也存在類似的現象。有報道發現存在高突變的GBM能夠提供有效的腫瘤抗原，能夠受益於PD-1抑制劑的治療。這個報道也表明如果內源性抵抗能夠克服，外源性抵抗機制也能夠跟其他“冷”腫瘤一樣得到解決。在GBM模型中，聯合應用PD-1和TIM-3靶向抗體能夠提高治療效果。研究其他類型的免疫檢查點的數量正在逐年增加。其他的免疫檢查點會是什麼功能，它們是多餘的，還是和其他免疫檢查點功能一樣或者是具有獨一無二的免疫抑制功能？結合其他的標誌物，例如表達在腫瘤細胞或者腫瘤相關巨噬細胞的免疫檢查點配體也能夠揭示GBM特異性的免疫抑制特性。

髓系細胞

在切除GBM的組織中存在大量的髓系來源的細胞，已經成為了研究的焦點。腫瘤相關的巨噬細胞TAM通過多種途徑促進腫瘤的發生發展，包括促進基因組不穩定性，支持腫瘤幹細胞以及促進上皮間充質轉換和通過免疫檢查點配體表達來抑制抗腫瘤適應性免疫應答。

GBM募集TAM，並且促進其向抗炎症的M2方向極化。膠質瘤細胞的代謝產物kynurenine通過激活轉錄因子AHR來促進TAM的募集和極化。AHR也是一個評判預後的獨立的標誌物，用來代表髓系基因表達的丰度。GBM中的淋巴細胞較少，但是腫瘤間質中的TAM能夠判斷臨床治療的反應性。

針對TAM採取的是治療策略是阻止外周單核細胞進入中樞神經系統，阻礙小膠質細胞的免疫抑制功能以及促進TAM重編程向抑制腫瘤的M1表型。抑制CCR2和CCL2能夠降低TAM的密度以及能夠有效地促進治療效率。細胞因子CSF-1能夠促進小膠質細胞和TAM的功能和存活，抑制它的受體CSF-1R能夠抑制GBM的進展。在實驗中利用CSF-1R的靶向抗體能夠極大的抑制腫瘤，然而後期會因為PI3K的信號激活而導致50%的腫瘤復發。細胞因子IL-12能夠將巨噬細胞從促腫瘤的表型轉變為抑制腫瘤的表型。納米顆粒能夠有效地將IL-12輸送到腫瘤微環境中。在GBM中，利用CD47的靶向抗體能夠將小膠質細胞和TAM重編程為M1方向的巨噬細胞，吞噬腫瘤細胞。儘管這些策略是否能夠促進GBM腫瘤治療還尚不清楚，但是清楚的是單核細胞代表了一種以前未被重視的一群免疫細胞。

抗原遞呈是溝通固有免疫和適應性免疫的橋樑。樹突狀細胞能夠將CNS的抗原運輸到深層的頸淋巴結。前面已經介紹過，CNS中的抗原改造過的CD8+T細胞是免疫耐受性的表型。DC是否能夠參與這個過程還未可知。但是

獲得性抵抗

GBM能夠用多種方法獲得治療抵抗。GBM免疫治療的焦點是淋巴細胞，但是GBM中浸潤的淋巴細胞非常少，並且表達多種免疫檢查點。這也是免疫治療GBM收不到良好效果的原因。聯合多種免疫檢查點抑制劑治療方法是否能夠進入臨床還未可知。髓系來源的細胞是獲得治療抵抗的重要媒介，這個靶點還承載著治療的希望。

隨著免疫檢查點抑制劑應用於更多的腫瘤病人，第三種抵抗機制也就出現了。這種抵抗機制是在免疫壓力下發生的基因突變。這些適應性應答會產生內源性抵抗，導致後期治療失敗。對接受過免疫治療並獲得治療抵抗的四名非小細胞肺癌的病人的抗原譜分析發現有些抗原發生丟失。類似的免疫細胞和腫瘤細胞的相互作用在黑色素瘤細胞中也有觀察到。針對治療產生了免疫治療抵抗的“熱”腫瘤，焦點集中在篩選高質量的腫瘤抗原。如果這個方法有效，也能夠將這些腫瘤抗原應用於克隆出攜帶與這些抗原結合的TCR的效應T細胞來克服獲得性治療抵抗。然而那些免疫反應較低的腫瘤獲得性抵抗的機制還不清楚。

目前GBM的免疫治療還存在強度較大的內源性和獲得性治療抵抗。有研究對66名PD-1靶向抗體治療後復發的GBM病人進行研究。他們發現17名病人的GBM組織切除的界面上的免疫反應作為治療的基礎。能夠對免疫治療做出應答的病人存在MAPK信號的激活，而不應答的病人則存在PTEN的突變。能夠對免疫治療做出應答和不應答的病人的生存率雖然有差別，但差別較小，從14.3月到10.1月的區別。GBM的程度較高的腫瘤內的異質性造成的GBM的獲得性治療抵抗一點也不驚訝。總結這些數據也表明攻克獲得性抵抗是促進GBM的免疫治療效果的可靠的出路。

總結

將免疫治療應用於臨床腫瘤極大地提高了惡性程度高的腫瘤的治療效率。這些進步的取得是靠免疫檢查點抑制劑的應用。但是仍然有超過50%的病人不能從這種方法中獲益。現在腫瘤免疫治療關注的焦點是克服多種類型的抵抗機制。針對GBM的研究已經發現在抗腫瘤治療的各個階段都會產生抵抗。增加腫瘤免疫治療的效果不僅需要打破免疫耐受，產生免疫反應的抗原，也需要圍繞腫瘤細胞不斷適應治療獲得的逃避機制展開研究。更多的研究需要投入到認識腫瘤和免疫系統的相互作用中，GBM或許能夠為此引路。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41590-019-0433-y

製版人：小嫻子

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關鍵字: 撰文 弗雷德裡克·霍普金斯 腫瘤