三阴性乳腺癌肿瘤免疫抑制机制研究进展

黄群星, 陈天文

1广东医科大学第一临床医学院(广东湛江 524000); 2广东医科大学附属深圳南山医院甲乳外科(广东深圳 515100)

乳腺癌在全球癌症新发病例率中已超越肺癌成为癌症新发病例之首,在全球女性癌症发病率、病死率中均位居第一[1]。根据雌激素受体(estrogen receptor, ER)、孕激素受体(progesterone receptor, PR)、人表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2,HER-2)以及Ki-67表达情况,将乳腺癌分成4个分子分型,其中三阴性乳腺癌(triple-negative breast cancer, TNBC)缺乏ER、PR、HER-2的表达,具有预后差、侵袭性高、转移性高等特点,因其受体表达均阴性,因此内分泌治疗、靶向治疗对其无效,目前主要的治疗方法仍为放化疗。TNBC患者预后差、5年生存率低,研究其肿瘤微环境有助于肿瘤的精准治疗。TNBC是一组高度异质性肿瘤,其肿瘤微环境中具有丰富的肿瘤浸润T淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocytes,TILs)[2],目前研究的肿瘤免疫治疗,包括抗程序性死亡受体1(programmed death-1,PD-1)及其配体PD-L1、抗细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic t-lymphocyte antigen 4,CTLA-4)已成为该领域的重要突破,并获得了良好的结果,使用抗CTLA-4和抗PD-1/PD-L1抗体的免疫检查点阻断疗法可以显著调节肿瘤微环境中预先存在的T细胞活性[3]。然而,约1/3免疫检查点阻断治疗的患者出现疾病复发,只有小部分患者从免疫检查点抑制剂治疗中获益[4]。这些临床证据表明,抗PD-1/PD-L1及抗CTLA-4疗法不足以打破癌症中复杂的免疫抑制性微环境。因此,本文概括了TNBC肿瘤微环境中免疫抑制形成机制,主要集中描述免疫抑制性细胞、炎症信号通路和表观遗传因子在肿瘤微环境中的作用。

1 免疫抑制性细胞在肿瘤免疫抑制微环境中的作用

在TNBC发生、发展中,多种免疫细胞在肿瘤细胞分泌的生长因子、趋化因子、细胞因子的作用下聚集到肿瘤微环境中并且发生细胞表型及功能的变化,成为免疫抑制性细胞,主要包括肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages, TAMs)、骨髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor, MDSCs)、调节性T淋巴细胞(T regulatory cells,Tregs)等。

1.1 TAMs 巨噬细胞来源于单核细胞,是人体造血系统中最具可塑性的细胞,具有宿主防御、维持组织稳态、调节炎症反应等多种功能。浸润至肿瘤微环境中的巨噬细胞称为TAMs,是肿瘤微环境中最丰富的免疫细胞群,占实体肿瘤成分的50%[5]。TAMs包括促进免疫效应的M1型细胞及抑制免疫效应的M2型细胞,在肿瘤微环境中发挥作用的主要是促瘤形成作用的M2型细胞[6]。在TNBC中,肿瘤细胞分泌趋化因子配体2、集落刺激因子-1(colony stimulating factor 1, CSF-1)、血管渗透因子、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等促使巨噬细胞浸润至肿瘤微环境中,形成TAMs。进入肿瘤微环境中的TAMs在CSF-1、白细胞介素 (interleukin, IL)-3、IL-4、IL-10和转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β等细胞因子的驱动下分化为M2样表型,发挥免疫抑制作用,促进肿瘤细胞存活、增殖、血管生成和播散[7]。除肿瘤细胞自分泌抗体对TAMs的影响外,细胞外基质中的膜囊泡,其中的微粒(microparticles,MPs) 被证明与TAMs表型分化有关。Li等[8]研究发现肿瘤细胞释放负载PD-L1的MPs可以抑制CD8+T细胞的活化和功能,同时介导巨噬细胞向免疫抑制性M2表型分化。因此,在肿瘤细胞诱导下,TAMs向M2型细胞分化是调控肿瘤免疫抑制的重要因素。

1.2 MDSCs MDSCs是肿瘤微环境中常见的一类免疫细胞,是在肿瘤、炎症和感染时的一群分化未成熟的异源性细胞群。MDSCs在多种机制下调节免疫效应,一方面在精氨酸酶 (arginase,ARG)-1、活性氮物质、TGF-β、IL-10、干扰素(interferon,IFN)-γ等因子作用下对免疫微环境中的T细胞进行耗竭、干扰T淋巴细胞运输和活力、扩增Tregs;另一方面,在IL-10、IFN-γ、IL-4、IL-13、IL-1β、IL-6等因子下向M2型TAM分化、损害树突状细胞 (dendritic cells, DC)细胞功能,产生免疫抑制效应[9]。吲哚胺2,3-双加氧酶 (indoleamine-2,3-double oxygenase,IDO) 的上调是MDSC免疫抑制作用的关键,Yu等[10]研究证实在IL-6的作用下,IDO通过STAT3-NF-κB-IDO通路进行上调,进而对T细胞产生免疫抑制作用,并促进患者的淋巴结转移。肿瘤细胞来源的IL-34是MDSCs 在肿瘤微环境中积累的关键免疫调节剂,其可诱导骨髓干细胞分化为单核细胞MDSCs,从而募集Treg。同时抑制干细胞分化为多形核MDSCs,从而抑制血管生成,导致化疗药物的耐药[11]。另外,IL-33可显著减少MDSCs凋亡,触发MDSCs自分泌粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子 (granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF),形成正反馈回路,促进其在肿瘤微环境中存活和积累。并且,IL-33通过显著上调ARG1水平诱导肿瘤相关MDSCs的免疫抑制活性[12]。此外,在TNBC中,MDSCs可将正常B细胞转化成免疫调节型B细胞途径,从而抑制T细胞效应,抑制肿瘤细胞的免疫作用[13]。随着MDSCs在乳腺癌肿瘤微环境中作用的显现,许多学者研究靶向MDSCs以获取治疗方法,提高患者生存率。有研究表明,向三阴性乳腺癌肿瘤中注射高浓度乙醇可降低血清GM-CSF和多形核MDSCs群并减弱了多形核MDSCs对T细胞增殖的抑制能力,恢复对检查点抑制剂的反应[14]。Zhang等[15]使用小鼠模型进行研究,证明在TNBC中,造血细胞来源而非肿瘤细胞来源的CCL5刺激骨髓生成并抑制成熟骨髓细胞的分化,是MDSCs发育中起关键作用的因子,中和CCL5的治疗性疫苗接种可能是治疗晚期TNBC的有效策略。MDSCs在TNBC患者免疫抑制微环境中发挥重要作用,因此,选择性靶向调控 MDSCs,从而解除机体免疫抑制状态可能作为TNBC患者免疫治疗的一个重要方向。

1.3 Tregs Tregs是一类具有免疫调节功能的T细胞。它们在维持免疫系统的平衡和自我耐受中起着至关重要的作用,可以防止免疫系统对自身组织的攻击,从而避免自身免疫性疾病的发生[16]。Treg细胞大量浸润到肿瘤组织中,通常与肿瘤患者的不良预后相关[17]。Treg细胞通过多种机制调节T细胞、B细胞、自然杀伤细胞(natural killer cell,NK)、DC和巨噬细胞等。并且,在Treg介导的免疫抑制过程中, CTLA-4、IL-2、IL-10、TGF-β、IL-35、糖皮质激素诱导的TNF受体、淋巴细胞活化基因、颗粒酶B、腺苷等分子均参与其中[18]。在TNBC中,肿瘤细胞通过分泌CCL2、CCL5、CCL20及CCL22,结合肿瘤浸润性Treg上相应受体,刺激Treg分泌TGF-β、 IL-10、 IL-35和前列腺素E2,直接抑制细胞毒性T淋巴细胞活性,产生肿瘤免疫抑制及免疫逃逸作用,促进肿瘤生长和转移。其也通过CTLA-4等细胞因子阻止DC的抗原提呈作用以减弱T细胞活性。另外,具有Toll样受体的Treg细胞通过Toll样受体(toll-like receptor,TLR) 1及TLR2激活PI3K/AKT/mTORC1信号,上调Treg上葡萄糖转运蛋白1的表达,从而为Treg增殖和免疫抑制功能提供能量。肿瘤细胞生长过程中塑造缺氧肿瘤微环境,其产生的乳酸可诱导乳腺癌细胞上G蛋白偶联受体81的表达,从而刺激PD-L1的表达,进而激活STAT3蛋白及IL-6,诱导Treg的分化[19]。Tregs在TNBC增殖、转移过程中扮演重要角色,是否可通过抑制Tregs的表达治疗TNBC仍需深入研究。

2 炎症相关信号通路在TNBC肿瘤免疫抑制中的作用

尽管在临床中采用了一系列癌症治疗策略(例如,手术、化疗、放疗和免疫治疗),癌症相关死亡率仍然是世界范围内死亡的主要原因之一。大多数人认为癌症是细胞内在遗传疾病,所以治疗方式大多集中于直接杀死肿瘤细胞,其中癌细胞的多药耐药性是癌症治疗低效的关键原因。已有研究证明炎症与大多数肿瘤的发展阶段和恶性进展以及与抗癌疗法的功效密切相关。研究表明,慢性炎症涉及免疫抑制,从而为肿瘤发生、发展和转移提供良好的微环境[20]。因此,阐明炎症如何参与肿瘤免疫微环境的调节是有必要的。

2.1 cGAS-STING信号通路 环GMP-AMP合酶—干扰素基因刺激物(cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of IFN genes,cGAS-STING)信号通路是先天免疫的关键途径之一,主要由胞质内异常DNA所激活[21]。在肿瘤中,cGAS-STING途径的激活主要是增强肿瘤细胞免疫原性,激活肿瘤微环境(tumor microenvironment)中的免疫细胞,促进抗肿瘤免疫,抑制肿瘤增殖。但是,在染色体高度不稳定的肿瘤细胞中,cGAS-STING信号的慢性激活促进了肿瘤的侵袭和转移[22]。Bakhoum等[23]研究证实,TNBC等染色体不稳定的癌细胞依赖cGAS-STING途径,将经典NF-κB通路向非经典NF-κB通路转化,从而将肿瘤微环境倾向于免疫抑制性肿瘤微环境。此外,cGAS/STING信号介导NF-κB活化可增加TNBC中IL-6的表达,激活STAT3信号通路,从而诱导肿瘤细胞存活,并增加PD-L1表达促进免疫抑制效应[24]。在TNBC中,分子机制以不同方式干扰了cGAS-STING信号通路,抑制了免疫细胞的浸润和免疫应答。MYC可通过直接结合STING1增强子区域抑制STING的表达,抑制cGAS/STING信号传导的下游和平行的免疫调节因子来抑制IFN的应答,进而抑制肿瘤免疫细胞向肿瘤微环境中浸润[25-26]。另一方面,MYC也通过上调DNA甲基转移酶1抑制STING通路,塑造非炎性的肿瘤微环境,从而逃避免疫监视,导致肿瘤免疫逃逸[27]。继PARP抑制剂依赖cGAS-STING信号通路触发抗肿瘤免疫应答作用之后[28],Patterson-Fortin等[29]发现聚合酶θ(POLθ)抑制剂在BRCA 1缺陷型TNBC中也通过激活cGAS-STING信号通路增加肿瘤的免疫原性,激活免疫应答,产生抗肿瘤作用。因此,在现有研究机制上,使用激动剂激活cGAS-STING信号通路,拮抗该通路的抑制信号,逆转免疫抑制状态,是改善三阴性乳腺癌免疫抑制肿瘤微环境的可行方法。

2.2 JAK-STAT信号通路 Janus激酶(Janus Kinase,JAK)在细胞因子和生长激素信号传导中起重要作用。激活的JAK能将信号转导及转录激活因子蛋白(signal transducer and activator of transcription,STAT)磷酸化,进而引发核转位并调控与细胞增殖、分化和凋亡相关的基因的转录[30-31]。STAT家族共有6种亚型(STAT1～6),其中,在TNBC中被研究的主要是3种亚型,STAT1、STAT2和STAT3[32]。在乳腺癌肿瘤微环境中,IL-6激活JAK-STAT3,进而调节肿瘤靶基因的IL-10、TGF-β和VEGF等表达诱导G1细胞周期进展,促进乳腺癌肿瘤增殖、血管生成,同时抑制抗肿瘤免疫应答[33]。并且,当肿瘤微环境中STAT3异常活跃时,可激活MDSCs、TAM和Tregs等免疫抑制性细胞,抑制DC、NK,塑造肿瘤免疫抑制微环境[34-35]。Jing等[36]证明TNBC肿瘤细胞通过激活JAK/STAT3信号通路,导致TAM上PD-L1表达升高,抑制 CD8+T细胞的肿瘤杀伤作用,降低抗肿瘤免疫作用。STAT1在TNBC细胞中的表达较低,且更多位于基质细胞内。两项研究表明,STAT1的高表达与TNBC患者更好的预后相关[37-38]。STAT2和STAT3的表达水平在有或没有淋巴结转移的TNBC中的表达水平无显著差异,但通过白藜芦醇减少STAT3乙酰化会导致肿瘤细胞ER表达增加,并增大肿瘤细胞对他莫昔芬的敏感性[39]。Deng等[40]研究发现,蒲公英提取物通过抑制IL-10/STAT3/PD-L1信号通路抑制TNBC细胞的增殖、迁移和侵袭。β,β-二甲基丙烯酰紫草素可通过抑制STAT3途径增强紫杉醇活性,抑制免疫逃避和TNBC进展[41]。加味阳和汤通过JAK2/STAT3信号通路抑制炎症反应、激活免疫应答和诱导细胞凋亡发挥显著的抗肿瘤作用[42]。除此之外,Marotta等[43]在临床前研究中证实, IL-6/JAK2/STAT3信号通路在乳腺癌基底样细胞中的优先激活,使用NBP-BSK805抑制JAK2能够有效抑制乳腺癌异种移植物生长。这些研究结果突显了JAK-STAT信号通路在乳腺癌中的重要性,尤其是在TNBC治疗方面,为潜在的治疗策略提供了有力的基础。

2.3 核因子-κB (nuclear factor-κB,NF-κB)通路 NF-κB是B细胞核中与免疫球蛋白κ轻链增强子结合的因子,是由p50/NFKB 1、p52/NFKB 2、c-Rel、p65/RelA和RelB组合形成的转录因子二聚体家族。NF-κB通路参与发育、炎症和免疫应答,并且在慢性炎症以及癌症的起始和进展中起关键作用[44]。与STAT3相似,NF-κB信号转导通路是炎症诱导的肿瘤发生主要途径,然而,与STAT3不同的是,NF-κB通路在肿瘤中的作用具有双重性,其不仅参与促癌性炎症,也参与抗肿瘤免疫反应。有趣的是,在肿瘤细胞中,NF-κB与STAT3在多种水平上相互作用,当NF-κB和STAT3在同一细胞中被激活时,STAT3将对抗NF-κB激活的抗肿瘤免疫程序[45-46]。另外,NF-κB在肿瘤细胞中的另一重要功能之一是通过诱导抗凋亡基因(如BCl-2)的表达和促进缺氧诱导因子-1 α(HIF-1α)的表达来促进细胞存活[20]。在TNBC中,NF-κB主要通过诱导促癌炎症反应,介导免疫抑制,促进肿瘤的增殖及转移。I型γ磷脂酰肌醇4-磷酸5-激酶(PIPKIγ)是合成磷脂酰肌醇4,5-二磷的酶家族,PIPKIγ可通过激活NF-κB上调PD-L1的表达从而形成肿瘤免疫逃逸[47]。Maeda等[48]研究发现,粘蛋白1(MUC 1),一种异源二聚体蛋白,其末端MUC 1-C可通过MUC 1-C→NF-κB p65→PD-L1途径上调PD-L1的表达,从而导致TNBC的肿瘤免疫抑制反应。 由BRCA1剪接产生的产物IRIS致癌基因在TNBC中的表达显著高于正常组织。RIS高表达的TNBC细胞以HIF-1α和NF-κB依赖的方式分泌GM-CSF,激活STAT5、NF-κB,促进TAMs增殖、募集、存活,并向M2极化,并且还促进TGF-β1表达及分泌,进而促使TNBC免疫抑制微环境的形成[49]。Kuo等[50]研究表明靶向STAT3/NF-κB,调节肿瘤微环境,不仅减弱了肿瘤增殖,而且抑制了残余肿瘤细胞的侵袭性。因此,针对NF-κB促癌反应,靶向NF-κB途径联合靶向PD-L1、STAT3可能会增强抗肿瘤免疫应答。

3 表观遗传因子在免疫抑制方面的作用

表观遗传学是研究基因表达调控的一个领域,它涉及到DNA甲基化和组蛋白修饰等多种机制。在TNBC中,表观遗传因子在调控信号转导和免疫抑制发挥着重要作用,影响着肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移。尽管目前改变表观遗传的治疗方法尚未成功转化为临床应用,但许多潜在的表观遗传生物标志物在预测对乳腺癌治疗的反应方面具有潜力[51]。

3.1 DNA甲基化 DNA甲基化是一种表观遗传修饰,其功能是将甲基团添加到DNA分子上,通常是在胞嘧啶的5′位置上的胞嘧啶-鸟嘌呤(CpG)岛上。在肿瘤细胞中中,异常的DNA甲基化模式经常出现,包括全基因组水平的低甲基化和CpG岛的高甲基化[52]。Manoochehri等[53]用TNBC组织与正常组织对比发现了23个基因组区域存在异常甲基化,这些基因组区域包括C2CD4D、KIAA1949、IFFO1、TXNRD1、OTX2、PPP1R16B、PRDM16和ALPL等基因,这些基因的具体功能仍需要进一步的研究。在TNBC的小鼠模型中,肿瘤细胞细胞的存在显著巨噬细胞和单核细胞的DNA甲基化修饰改变,并参与TAM重编程[54]。这说明,DNA 甲基化在 TAM 重编程中的突出作用以及基于甲基化的免疫特征作为预后/诊断生物标志物的潜力。

3.2 组蛋白修饰 组蛋白修饰在TNBC中的免疫抑制作用体现在其通过表观遗传机制调控肿瘤微环境,从而影响免疫细胞的浸润和活性。组蛋白的乙酰化、甲基化等修饰可以改变染色质的结构,进而调节与免疫应答相关基因的表达。这种修饰可能导致肿瘤细胞表面抗原呈递的减少,免疫检查点分子的表达增加,或是免疫抑制细胞如Tregs的招募增强,这些作用抑制了机体的免疫反应,为三阴性乳腺癌的生长和转移创造了条件。Xu等[55]研究证实HDAC2 通过激活 IFNγ-JAK/STAT 信号通路和染色质重塑来调控免疫检查点分子PD-L1 的表达,进而影响肿瘤的免疫逃逸和转移。另外,组蛋白乙酰酶抑制能显著增加上调肿瘤细胞上的 PD-L1 和 HLA-DR,并在体外下调 CD4+Foxp3+Treg细胞,这导致肿瘤生长显着减少,存活率增加[56]。因此,组蛋白修饰的研究有助于深入理解TNBC的免疫逃逸机制,并可能为开发新的免疫治疗策略提供靶点。

4 展望

TNBC通过激活多种免疫抑制网路逃逸免疫监视,包括诱导免疫抑制性细胞聚集、激活炎症抑制性通路以及引起表观遗传变化。深入研究这些免疫抑制机制,开发相应的治疗策略抑制免疫抑制因子或逆转其效应,将为提升TNBC的免疫治疗反应提供新的思路。除了选择单一靶点的免疫治疗外,未来也需要利用多组学和系统生物学的方法开发协同靶向多重免疫抑制因子的联合免疫治疗策略,这将能更好地激活抗TNBC免疫应答,最终提高TNBC患者的治愈率。

利益相关声明:所有作者声明无利益冲突。

作者贡献说明:黄群星提出研究选题、起草了论文、对文献进行了检索、分析和总结。陈天文、黄群星修改了论文。所有作者阅读并批准了最终论文。