肿瘤异质性在原发性肝癌中的研究进展

赵喜君 杨宁

作者单位：200438 上海 海军军医大学第三附属医院肝外五科

癌症是由于基因组和遗传不稳定性造成的无限增殖的恶性组织。现代肿瘤研究进展表明,癌细胞存在生物学现象中的突变、选择、适应、转移等情况,且存在差异,称之为肿瘤异质性。原发性肝癌(PLC)是最常见的消化道恶性肿瘤之一,发病人数体量庞大,且具有极高的发病率和致死率[1]。但与其他肿瘤(比如乳腺癌、结直肠恶性肿瘤、肺癌)相比,肝癌的治疗方案非常有限,且大部分患者确诊PLC时肿瘤已进展为中晚期,手术、介入、消融治疗效果并不理想,只能予以非手术治疗(如靶向药物治疗和免疫检查点抑制剂治疗)。然而靶向治疗药物(包括一线治疗药物乐伐替尼、索拉非尼以及二线治疗药物瑞格非尼、卡博替尼等)对晚期PLC的总体响应率较低[2]。

目前研究认为,PLC具有的高度异质性(tumor heterogeneity)是其尚不能被“征服”的主要原因之一[3]。虽然以免疫检查点抑制剂为代表的免疫治疗有望避免肿瘤分子异质性问题,但免疫微环境异质性严重制约免疫检查点抑制剂发挥作用,对HCC疗效不佳[4-5]。因此,亟需深入探索HCC的发生发展机制,进而探讨针对PLC治疗的新策略。

PLC的异质性主要表现为肿瘤细胞在肿瘤发生和进化过程中会形成具有不同分子特征和功能差异的细胞团。目前认为肿瘤及其肿瘤微环境(TME)都具有异质性,且这种异质性是造成肿瘤致死、免疫和靶向治疗失败以及耐药的关键因素[6-7]。因此准确评估PLC肿瘤细胞及其微环境的异质性特点对于开发有效的治疗方法和延长患者预后具有极其重要的意义。

一、肿瘤细胞的异质性

肿瘤细胞的异质性是指肿瘤病灶中存在着不同的遗传基因组和亚克隆细胞,这也是肿瘤区别于正常组织的重要特征之一[8]。肿瘤的异质性既包含肿瘤间异质性,又包含肿瘤内异质性,二者相互区别,紧密联系[9]。不同肿瘤患者由于基因型之间存在的差异,即不同肿瘤患者的同一种病理分型的肿瘤之间的基因表型差异被称为肿瘤间异质性;同一患者同一肿瘤病灶中,具有独特基因组的肿瘤细胞亚群可能存在的肿瘤在不同区域随时间推移出现不同分化结果的被称为肿瘤内异质性[9]。肝癌的异质性是多层次、多水平、多维度的。PLC既存在个体肿瘤间异质性,也存在同一个患者个体的肿瘤内异质性,后者按照观察到的病灶数量不同又可分为单灶肿瘤异质性和多灶肿瘤异质性。在表现型水平上,混合型肝癌的单个病灶内部,肉眼即可分辨出两种组织类型,显微镜下还能观察到不同分化程度以及不同区域对应不同局部免疫浸润水平的肿瘤细胞。既往研究进展也使得人们意识到肿瘤异质性不仅仅指示的是肿瘤的一种独特的组织形态特点,还涉及到了遗传、表观、转录组、蛋白质组、修饰蛋白质组和肿瘤微环境等多方面内容[10]。已有多项研究表明,PLC细胞的高度异质性与临床不良预后显著相关。其中肿瘤内异质性有助于肿瘤生长、转移、复发和产生耐药性,对肝癌的诊疗和预后造成重大的挑战和影响[11]。肿瘤异质性提示PLC诊疗中可能存在“单次活检所得到的遗传特征和微环境信息”的不足,这对研究个体肿瘤发展、降低抗药性及实现真正意义上的个体化治疗具有重要的理论和实践意义。

二、肿瘤免疫微环境的异质性

肝癌克隆演化过程中不断影响着肿瘤免疫微环境[12]。伴随肿瘤基因组异质性演化,肿瘤抗原谱也呈现出动态变化[13]。肝癌亚克隆与微环境相互作用最终形成免疫抑制性微环境。肿瘤免疫微环境(TIME)是肿瘤在环境选择压力下形成异质性的重要因素[10],肝癌克隆演化是肿瘤细胞与免疫微环境共同进化的过程。随着肿瘤克隆的异质性不断增强,微环境也不断发生着演变。很多研究者从肝癌增殖微环境入手展开对肝癌肿瘤异质性的研究,这在一定程度上提升了人们对肝癌发生、转移、复发机制的认识程度和防治水平。肿瘤细胞与微环境相互作用,异质性不断演化:异质性增高促进肿瘤发生免疫逃逸,进而导致肿瘤不断进展及出现治疗耐药。肿瘤干细胞理论也认为肿瘤恶性增殖是细胞微环境、致癌剂以及遗传因素相互作用于肿瘤干细胞,并引起生长分化调控途径中某些分子遗传学突变从而造成表达异常的结节。Aizarani等最新研究结果也强调,异常或恶化的肝癌增殖微环境是影响肝癌干细胞分化异常的关键[14]。

三、肿瘤的时空异质性

肿瘤免疫微环境是一个高度复杂的生态系统,肿瘤细胞与免疫细胞在时间、空间维度动态互相作用,产生时空异质性(spatiotemporal heterogeneity),即在肿瘤内部不同部位、肿瘤演化不同时期、治疗的不同节点,肿瘤异质性存在显著差异。在肿瘤时空演化的动态过程中,肿瘤的内在因素及微环境的外在因素也会紧密相互作用,造成肿瘤基因组和表观组的改变[15],显著影响肿瘤浸润淋巴细胞的丰度和活性[1],而免疫浸润反过来也会影响肿瘤增殖潜能与克隆组成,抗原呈递、趋化因子、免疫代谢等相关机制参与了免疫微环境异质性的时空调控。对于患者个体而言,肿瘤的时空异质性有三大特征:时间异质性、空间异质性、免疫细胞的多样性和可塑性。适度的异质性有利于肿瘤的时空演化,肿瘤的异质性过低会导致微生态可塑性和适应性不足,而异质性过高又会影响肿瘤生存和微环境整体功能,因此明确肿瘤的时空异质性的调控机制至关重要,深入了解并把握肿瘤微环境的时空异质性特征将对肿瘤临床诊疗具有重要指导作用[16]。

四、肿瘤的功能异质性与免疫功能评估

以往对于肿瘤异质性研究多将重点聚焦于基因遗传和表观遗传异质性,尽管这些理论在一定程度上反映了肿瘤异质性演进的生命史,但研究表明功能异质性才是直接影响临床预后的决定因素。“功能异质性”的概念最早在2018年被提出,用于整合有关基因组、非基因组、干性和TME的异质性信息。转录组学和蛋白质组学分析被率先用于描述功能异质性。功能异质性中TME起着关键性的作用。免疫疗法的突破使得肝癌的局部免疫受到了越来越多的关注。多重免疫组化染色首先用于研究实体瘤中的肿瘤浸润免疫细胞(TIC)[13]。TIC的密度、分布和组成可以很好地体现肿瘤免疫微环境并与肿瘤分化相关,这同时也揭示了肿瘤功能表型与免疫细胞浸润的协调性。以往研究开发了许多算法来测定免疫浸润的组成并极大地扩展了免疫功能评估的有效性,研究发现不同分区的肝癌细胞具有不同的免疫原性,并以不同的方式逃避免疫监控,如免疫细胞浸润减少、白细胞抗原杂合性丧失、T细胞受体克隆性降低和免疫编辑等[17]。这表明在肝癌中,肿瘤与局部免疫的共同进化是相当普遍的,这也部分解释了肝癌中免疫检查点抑制剂单一疗法有限的应答率。

近年我们对肝癌的评估主要靠几个分级(Child分级,巴塞罗那分期等),根据等级评估确定肝癌诊疗手段,后又发现微血管癌栓(MVI)分级可以指导患者术后的治疗。但我们在临床工作研究中发现,部分小肝癌患者经过规则性手术切除后,肿瘤在短时间内复发。而部分肿瘤体积较大患者经过规则性手术切除后,可保持较长的无瘤生存时间,这与肿瘤异质性密不可分。基于目前研究,各种分期和手术后病理的MVI分级来指导术后治疗还不够,需要结合基因检测来判断患者是否是高危人群,进而选择合适的术后抗复发治疗,例如靶向治疗和免疫治疗。随着研究方法的不断进步,原发性肝癌诊治应利用对时空异质性解析逐渐深入,基于个体免疫微环境动态特征,建立个体化免疫治疗(personalized immunotherapy)新策略,从而使更多的肿瘤患者获益。

五、总结

肿瘤异质性是肝癌发生发展和临床诊疗中无法避免的关键问题,尽管近年来已经对异质性有了一定的了解,但针对肝癌异质性的靶向和免疫治疗领域仍处于起步阶段。虽然当前用肿瘤异质性学说来解释治疗耐受性以及肝癌的局部复发和远处转移已经得到学界的广泛认同,但有关肿瘤异质性的形成机制及原因仍然存在较多的争议,肿瘤异质性的复杂性依然是值得学界关注和探讨的重点问题[18]。肿瘤干细胞亚群分化潜能是关系肿瘤异质性特点以及程度的重要因素[19]。张文峰等[20]的研究指出,肿瘤肝细胞(CSC)在肿瘤分化表现转录后修饰以及表观遗传差异是肿瘤异质性产生的主要机制之一,且不同的肝癌肝细胞亚群会表现出不同的药物耐受性,它们在肿瘤增殖、恶化、复发过程中依然可以保持有序分化潜能。基于此,检测外周循环特定的肝癌干细胞亚群是原发性肝癌早期临床诊断以及检测肿瘤复发的预测手段。有关肿瘤异质性与肝癌干细胞亚群有序分化的研究,为肝癌临床诊治中通过针对特定标志物的CSC使用分子靶向治疗、抑制其自我更新和生存信号通路提供了科学的理论支撑[12]。肝癌细胞克隆和相关的生态系统在空间上不同,并且会随时间动态变化,这就给肝癌诊治带来了许多挑战,因此在未来研究以及临床诊疗时,一方面要立足于通过多组科学数据分析建立起HCC基因进化与免疫逃逸之间的系统关系,另一方面也要注意对肿瘤异质性改变进行纵向检测以获取更为清晰的克隆进化轨迹,更好地为HCC患者提供预后解决方案。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。