文摘
在过去的十年里,越来越多的证据表明,肿瘤微环境(时差)与基因/外遗传性恶性细胞畸变有助于增强癌细胞生存,入侵和传播。许多因素,或生产新创合成了免疫、基质或恶性细胞,以旁分泌和自分泌方式,改造时间和自适应免疫反应最终转移。考虑最近的成就在肿瘤免疫和使用领域的转移性结直肠癌(mCRC)作为一个模型,我们提出,逃避免疫监视和转移性的传播可以通过许多机制,包括(a)内在的可塑性和适应性免疫和恶性细胞的旁分泌和自分泌刺激或基因毒性压力;(b)淋系细胞位置计划的变更,由因素控制tumour-suppressing和异变活动之间的平衡;(c)收购的癌细胞异常immune-phenotypic特征(NT5E / CD73、CD68、CD163),提高时间组件之间的交互通过immune-suppressive介质的生产。这些属性可能代表转移发展的驱动力,因此临床上可利用的癌症预防和治疗。综述我们总结成果,提出新的假设,支持日益增长的肿瘤浸润的影响免疫细胞在肿瘤进展,转移,治疗抵抗。
1。介绍
120万多名直肠癌(crc)是诊断每年在世界范围内,占大约10%的癌症(1,2]。CRC的死亡率已经下降了超过20年,主要是由于早期筛查和改善治疗。尽管如此,CRC是第四最常见的肿瘤相关性死亡的原因在西方国家(1- - - - - -5]。最近的证据表明,积累的遗传和表观遗传改变恶性结肠细胞通过至少三个不同的发展路径:染色体不稳定(CIN)、微卫星不稳定性(MSI)和CpG岛methylator表型(CIMP) [6- - - - - -8]。CIN是最常见的类型的基因组不稳定性发生在60% - -80%的crc和结果在一个染色体数目的不平衡”表现为非整倍性。“MSI是另一种途径,占15 - 20%的零星的crc的特性签名删除重复的DNA区域,在大多数情况下生成移码突变基因的编码序列导致失活。CIMP不稳定是一种新型的分子通路的特点是广泛的CpG岛在几个基因位点的甲基化6- - - - - -8]。最新的,大规模的基因组研究发现ERBB2和IGF2作为小说的潜在治疗靶点放大;广泛的分子分析的研究已经确定了临床和分子不同亚型的CRC (9- - - - - -11]。除了癌症基因组异常,还炎症微环境的形成起着关键作用在CRC开发和发展12,13]。CRC生存是高度依赖于肿瘤分期诊断的时候;超过三分之一的病人死在五年内从最初的诊断和最致命的结果源于肝转移(14- - - - - -17]。的转移过程是一个多步事件需要癌细胞逃避原发性肿瘤,生存在循环,种子在遥远的地点,和成长14,15]。良好,转移性传播是由肿瘤和免疫细胞之间的通信通过分泌细胞因子,生长因子,蛋白酶,改变肿瘤微环境(时间)12,13]。符合这个想法,司机基因突变(APC,TP53,SMAD4,PIK3CA,喀斯特)基因组和外遗传性稳定确定肿瘤起始,而肿瘤细胞之间的相互作用是非细胞进化需要提供的微环境刺激对转移性癌(15- - - - - -19]。癌症细胞的潜在的分子机制获得的能力逃脱的主要肿瘤站点,逃避免疫系统消灭,重建新秩序目前正在激烈的调查(19- - - - - -23]。大量的研究表明,免疫细胞的渗透和密度在原发性肿瘤大多是与病人的预后和对治疗的敏感性19- - - - - -23]。特别是,肿瘤associated-macrophages (tam),调节性T细胞(Treg),和所谓的purinergic信号级联抗肿瘤干预目标(被认为更有吸引力19- - - - - -26]。这一领域吸引了越来越多的注意识别新的药物靶点和提高治疗的有效性。在本文中,我们目前的结果和提出新的假设,凸显了CRC tumour-infiltrating免疫细胞的发展产生越来越大的影响。此外,我们讨论了我们的理解的进步,癌症和基质细胞之间的相互沟通如何影响肝脏转移形成和反应治疗。
2。免疫细胞浸润和CRC进展
大多数癌症的特点是持续的不同程度的遗传和表观遗传修饰的结肠癌细胞和基质和免疫细胞类型,有助于产生一个特定的时间。最近山等人提出的模型表明,CRC分子功能逐步改变肠子站和等因素与肠道微生物群的互动,生化成分,先天免疫系统,和上皮细胞可能触发启动或分子事件,或者,影响肿瘤微环境促进肿瘤进展(27)(图1)。CRC和其他固体肿瘤包含不同白细胞的浸润子集包括骨髓和淋巴血统,不符合经典的炎症免疫反应。提供的证据是特别强劲的肿瘤浸润T淋巴细胞(尖)或肿瘤相关巨噬细胞(tam)表明自适应和天生的抗肿瘤免疫反应在癌症的发展过程中扮演关键角色(28]。相比之下,人类癌症的潜在作用短暂的先天免疫细胞,如树突状细胞或肿瘤相关多形核中性粒细胞(TAN),收到了可怜的注意。然而,最近的研究揭示了存在潜在的CRC患者显示肿瘤促进中性粒细胞子集(N2)或tumor-inhibiting (N1)表型转化生长因子-的反应(TGF -)[29日,30.]。此外,证据支持谭表达细胞因子的能力,chemokine-encoding基因,和更广泛的增长因素,如肿瘤坏死因子(TNF)、肝细胞生长因子(HGF)和血管内皮生长因子(VEGF),表明肿瘤恶化的潜在作用和血管生成(28- - - - - -30.]。一个惊人的发现是,中性粒细胞升高血细胞计数肿瘤或血液在几个肿瘤具有预后意义。因此,中性粒细胞和淋巴细胞比率也在CRC(与临床疗效不佳30.]。谭在人类癌症的意义还有待完全澄清,需要进一步实验确认。
3所示。t细胞签名和CRC的免疫逃逸
肿瘤组织由免疫细胞渗透,特别是lymphoid-lineage,广泛被研究和肿瘤细胞的破坏,减少肿瘤负担,改善临床预后[31日]。不幸的是,这些观察的基本原理仍然是难以捉摸的。功能的研究建立了紧密的存在肿瘤细胞的遗传不稳定性之间的相互作用和抗肿瘤免疫反应介导的程度主要由CD8 + T细胞,也称为细胞毒性T细胞(ctl) [20.,31日- - - - - -33]。此外,局部免疫渗透似乎与不同的遗传不稳定性密切相关的签名(MSI和CIN) (32,33]。水平较高的CRC MSI (MSI-H + CRC)的特点是强烈的局部免疫反应,主要由peritumoural淋巴结节(克罗恩家长式的行为反应)和尖的密集渗透,一部分是“激活和/或细胞毒性”[20.,31日- - - - - -38]。CIN + crc,相反,表现出减少的表达细胞毒性T细胞标记和intratumoural Foxp3-positive调节性T细胞密度(Treg细胞)38- - - - - -43]。
这些观察可以解释为什么MSI-H + crc往往比CIN + crc和免疫原性表明密集渗透ctl的时间能有效地调节肿瘤细胞通过释放破坏他们的溶解性组件(39- - - - - -46]。多项研究表明,MSI-H + crc与预后比CIN + crc。相反,我们的数据表明,一些MSI-H + crc非常积极,表现为降低渗透“尖”,这表明潜在的免疫监视的机制只是部分依赖于MSI签名(46,47]。高免疫原性与MSI-H + crc目前解释移码突变编码微卫星,使肿瘤细胞容易受到宿主免疫系统识别和攻击。一致,删除突变影响人类白细胞抗原(HLA)基因编码类我抗原组件已确定为主要机制调解HLA抗原表达障碍在MSI-H + CRC发现在大约30 - 60%的病变(48,49]。废除了HLA抗原呈递抗原,因此,代表了一个强有力的免疫逃避机制保护肿瘤细胞从细胞毒性T细胞的攻击。与此同时,错配修复(MMR)缺乏症引起强大的本地和系统性antitumoural免疫反应,所谓“th1反应”的一代转移肿瘤特异抗原肽抗原或小说。这表明,HLA类我改变,而提供保护当地antitumoural免疫反应,可能会干扰形成远处转移的能力。是否MSI-H + crc浸润T细胞在本地招募从外围或扩大由于肿瘤细胞产生的细胞因子和趋化因子目前仍然未知。
4所示。肿瘤相关巨噬细胞和CRC进展
巨噬细胞是最常见的一种nontumour细胞类型在时间和在炎症和肿瘤发展中发挥核心作用。在转移过程中巨噬细胞的意义最近强调和吸引了大量的利益50- - - - - -54]。肿瘤浸润的巨噬细胞,也表明tam(图2()),来自循环单核细胞的前体和被雇来肿瘤网站由几个分子,如趋化因子CCL2, CCL5 VEGF, TGF -和集落刺激因子(gm - csf和csf) (53,55]。肿瘤也招募各种不成熟的髓细胞,通常被称为myeloid-derived抑制细胞(MDSCs),认为对随后的入侵创造一个宽松的环境和肿瘤生长56- - - - - -58]。有趣的是,最近的发现表明单核MDSCs可以进一步成长为巨噬细胞(53- - - - - -57]。至少两个tam表型有助于癌症启动和推广:M1炎性巨噬细胞有明显的抗肿瘤活性细胞毒性肿瘤细胞。持久性的炎症反应,然而,可以是有害的,帮助癌症启动和/或进程通过mutation-inducing活性氧的生成和物品自由基。巨噬细胞可以颠覆异M2表型,以应对immune-suppressive细胞因子分泌肿瘤组织可以通过细胞外基质重构促进转移,血管生成,抑制抗肿瘤免疫反应(图2(一))58- - - - - -62年]。csf, PGE2, TGF -、il - 6和il - 10可能调节和极化单核细胞主要为M2巨噬细胞通过影响CRC生物学的基本方面57- - - - - -62年]。tam的protumoural效应是由于他们合成一个大数组的生长因子,包括表皮生长因子(EGF)、TGF -、VEGF和几个蛋白水解酶如基质金属蛋白酶(MMPs),降解ECM蛋白质。这些因素反过来促进肿瘤扩张,neoangiogenesis开关,能动性,入侵(图1(a))。最近的证据表明,tam教育执行任务,提高转移通过建设premetastatic利基,代表了一个新的环境有利于播种和增长的肿瘤细胞(图1(b))52- - - - - -58]。巨噬细胞密度CRC还与患者的预后;尽管相当大的数据已经产生,他们的角色在结直肠癌仍然是有争议的61年- - - - - -65年]。
5。极化tam肝转移和发展
考虑到最近的趋势在癌症免疫学、我们在这里报告的一些代表性的例子,tam扮演的角色在促进转移和维护逃避免疫监视。我们提出许多tam独特的功能在肿瘤进展可能取决于其内在适应性因素获得的位置计划控制tumour-suppressing之间的平衡和异活动(数据2(一)和2(b))60,66年]。在正常情况下,结肠细胞和宿主免疫系统之间的相互作用是保存在一个高度结构化的组织与专业巨噬细胞居住在定义良好的利基市场来满足他们的生理功能。在原发性肿瘤,致癌的改变或变化时间建立一个新的平衡,期间可以进一步修改转移性进展。我们建议至少两种机制下tam prometastatic功能:(1)M2-macrophages可以形成一个密集的障碍在浸润性癌细胞产生的异形的肿瘤细胞之间的相互作用和周围基质妥协宿主组织的完整性;(2)浸润性癌细胞可以获得immunophenotypic特征,例如,由于巨噬细胞与肿瘤细胞的融合,促进同型的宿主基质和tam(图之间的相互作用2(b))。总的来说,这些观察结果表明,tam protumour活动与不同的MSI签名机制,是独立的,我们自己的数据(图所显示2(c))。因此,增加M1-macrophages浸润在肿瘤方面最近已经与更好的CRC患者的预后相关(65年]。tam可以潜在的抗肿瘤效应是由于大量M1-polarized巨噬细胞的存在,能够调解peritumoural地区杀死肿瘤细胞。相比之下,入侵前的M2-macrophages密度高于上皮内区域的肿瘤会导致增强入侵通过chemokinetic生长因子的分泌,改变细胞外基质,从而缩短病人的生存数据2(b)和2(c))。总之,仍然对巨噬细胞亚型及其相关分子概要文件在癌症。鉴于肿瘤内存在多个tam各亚群,一个有前途的研究领域的重点是质疑如何表型平衡时间与空间变化在肿瘤进展。
6。癌症的发展利基和免疫抑制的通路
根据肿瘤的线性发展模式发展,基因损害,突变,管制信号通路建立起始步骤。随后,渗透到肿瘤的免疫细胞的数量质量发挥主要抑制作用;然而,这些免疫细胞,由于其内在可塑性,可以进行表型变化,增强肿瘤细胞播散和转移取决于辅助基质细胞的存在,局部细胞因子环境,肿瘤特异相互作用(图2(a))。一些证据表明MDSCs建立细胞集群称为“premetastatic利基”到来之前甚至一个转移肿瘤细胞在遥远的地点;MDSCs是否直接参与提高转移过程开始时只是阐明(66年- - - - - -68年]。在这个角度看,有人建议,“侵入性小众”的属性已经建立在原发性肿瘤,肿瘤细胞,巨噬细胞和内皮细胞建立特殊设置的旁分泌信号循环导致癌细胞内渗和传播(66年- - - - - -73年]。因此,转移性传播的能力可能被视为癌症的发展利基(1)相互作用的基因启动癌细胞与特定的宿主细胞促进生存和恶性行为;(2)inflammation-driven表型可塑性改变肿瘤细胞的抗原景观;(3)分泌的因素,如趋化因子、细胞因子、重建和液,生成一个“微环境”,当地组织通过促进恶性表型和免疫逃逸。有趣的是,最近提出的机制来解释两个转移性小众进化和肿瘤免疫逃避包括(1)恶性肿瘤细胞获得免疫细胞的功能和表型特征表达巨噬细胞清道夫受体CD163或CD68;(2)致癌途径的异常激活肿瘤细胞与基质细胞促进了互动;(3)生产抗炎细胞因子和免疫抑制代谢物(腺苷),最终生成一个免疫原性不佳的时间(26,68年- - - - - -73年]。
7所示。新颖的免疫抑制的通路和转移性进化:一个关键的角色NT5E / CD73
的因素能够逃避免疫监视和改变肿瘤细胞的抗原,NT5E / CD73最近备受关注(74年- - - - - -78年]。NT5E / CD73编码GPI-anchored细胞表面酶大量表达造血和内皮细胞转化为ATP腺苷,一个强有力的免疫抑制剂。腺苷是其异变影响旁分泌和自分泌的方式通过激活其同源受体(腺苷酸受体)表达的肿瘤,内皮或免疫细胞(76年- - - - - -78年]。有趣的是,NT5E / CD73病原反应酶在细胞外腺苷酸的生产,因此,代表一个检查站的促炎ATP转化为免疫抑制腺苷酸(76年- - - - - -78年]。通过应用一种新的生物信息学方法,我们最近发现NT5E / CD73小说CRC预后生物标志物(79年]。NT5E / CD73水平升高在恶性上皮细胞或时间强烈与贫困患者的结果(79年]。一致,NT5E / CD73表达式比初级高肝转移肿瘤或正常粘膜和明显的与tam表达谱与MMR状态(但不是数字3(一个)和3 (b))。我们的研究结果和文献中报道的建议一个示意图和简化模型NT5E / CD73 metastasis-promoting行动似乎是癌症之间的密切合作的结果,基质和炎症细胞(图3 (c))。各种protumorigenic通路(低氧诱导因子(HIF-1),Wnt /连环蛋白和肿瘤坏死因子-/ NFB)可以加强诱导NT5E / CD73在恶性肿瘤细胞中表达增强自分泌/旁分泌与恶性结肠,造血,和nonhematopoietic细胞维持免疫监视逃税,premetastatic-niche进化,和癌症细胞迁移。只有有限的信息是可用的NT5E / CD73downregulation;我们最近建议PPAR(过氧物酶体proliferator-activated受体)作为可能的NT5E / CD73抑制因子(79年]。这些结果表明,多个机制影响NT5E / CD73表达式在癌症和基质细胞(内皮细胞、成纤维细胞和TAM)导致转移利基市场的演变和逃避免疫监视(图3 (c))。需要进一步的研究和新模型系统研究动态变化发生在基质细胞,使启动肿瘤细胞生存和转移的进展。
(一)
(b)
(c)
8。肿瘤微环境可塑性的行列式对治疗的反应
在过去的十年中,转移性的场景深深改变了CRC (mCRC)治疗。典型的抗癌药物所带来的好处已经被小说,加强面向目标的分子的功效,结合常规化疗,已经证明80年- - - - - -84年]。在抗癌治疗中一个新兴的概念包括几种类型的动员MDSCs传统治疗或靶向治疗后可能造成缺乏反应或者一个获得性耐药84年- - - - - -88年]。虽然还不知道如何MDSCs动员时,它已经被证明MDSCs前体被雇来转移通过VEGFR2 VEGFA信号(84年,85年]。
内皮细胞、基质细胞类型中,是至关重要的转移性传播和结果;因此,药物能针对这些细胞是最先进的临床试验(84年- - - - - -89年]。VEGF拮抗剂,商业上称为“贝伐单抗”,增加患者的生存mCRC与化疗相结合,特别是与fluoropyrimidines、伊立替康,铂(84年]。最近,一系列新的分子靶向血管生成已在临床试验中测试。有趣的是,两种药物,“Aflibercept”, VEGF和PIGFs-antagonist,和“Regorafenib”, multi-Tyrosine激酶抑制剂,显著改善无进展生存III期随机试验(89年- - - - - -92年]。
治疗的封锁巨噬细胞招聘或趋化因子信号在最近的研究里它又显示出改善化疗后的生存(88年- - - - - -94年]。“Trabectedin”因此,抗癌剂,用于治疗软组织肉瘤,选择性耗尽tam在活的有机体内(95年]。相比之下,tam或MDSCs可以通过释放激活“inflammasome”组织蛋白酶B和摘要意思研究者用,一种机制,可以减少这种药物的抗癌活性85年]。其他经典的影响细胞毒性药物如铂和伊立替康在tam仍有待阐明。此外,anti-EGFR疗法激活M2-macrophages或MDSCs,导致免疫抑制和异变介质(图的释放4)[85年,96年]。根据这些数据,辐照巨噬细胞产生的信号,包括CD95配体、TNF、一氧化氮、超氧化物,显示一个模型基于内在适应性免疫反应和癌症细胞的基因毒性治疗(87年,88年,97年]。抗癌药物可以确定快速或缓慢的时间组件之间的交互促进DNA损害或表观遗传修饰,导致增加的药物转运蛋白的表达,DNA修复酶基因和染色体不稳定,所有机制导致肿瘤再生(图4)。尽管平移靶向治疗的承诺,我们理解阻力和时间重塑的机制之间的关系仍然非常有限。这加强了一个完整的理解的重要性错综复杂的细胞相互作用发生在身上。
9。免疫原性细胞死亡和Purinergic信号在癌症治疗
集体,MDSCs可以增强或对抗细胞毒性化疗的抗肿瘤功效,阻止癌细胞靶向抗体,免疫治疗代理人根据治疗和肿瘤类型。治疗耐药性已经与一个新概念定义为“免疫原性细胞死亡”(ICD) (24,26),一个事件主要由有关分子模式(抑制)。抑制分泌或释放(如ATP);有些成为丰富或新创接触的外层膜质膜(如calreticulin (CRT)和热休克蛋白90(一半)。这种机制是死亡的特征,强调,或受伤的细胞,这些分子可以作为辅助或危险信号的先天免疫系统(24,26]。研究显示他们的交互与吞噬,purinergic和模式识别受体(PRRs),需要ICD,最终导致了一种有效的抗癌免疫的激活。在这种背景下,积累数据,强调治疗潜力目标adenosinergic系统(26,76年,77年),特别是关键分子NT5E / CD73。许多研究在各种小鼠肿瘤模型也强调,失去NT5E / CD73函数可以有效地延缓肿瘤生长和授予转移电阻(76年,77年,79年]。在身上,转向ATP调节积累可能是至关重要的一个有效的抗肿瘤反应;因此,消耗NT5E / CD73可能临床相关的ICD作为诱导物,支持概念adenosinergic系统在癌症相关的目标。阻塞NT5E / CD73信号可以有两个重要的影响:拯救内生自适应抗肿瘤免疫反应,抑制肿瘤细胞的转移潜能。因此,调查旨在阐明机制的信号激活adenosinergic system-ICD互动不仅会提高我们理解这一重要过程也有助于发展的癌症治疗的新策略。
10。结束语
遗传和表观遗传变化是关键驱动程序的初始转换正常colonocytes事件;越来越多的证据表明,肿瘤微环境内的基质和炎性细胞和循环在转移性传播发挥着基础性的作用。事实上,一个大型的一系列因素,经常或合成新创所表达的微环境在肿瘤的发展过程中,以旁分泌和自分泌的方式和诱导免疫抑制,免疫介导肿瘤进展实现亚稳态新秩序。各种趋势的基础上,发达国家在过去的十年中在癌症免疫监测领域,癌症炎症和癌症治疗,我们建议一个至关重要的生物属性列表修改恶性肿瘤微环境和教育的场所,基质,和炎症细胞转移表型:(1)的内在适应性免疫细胞旁分泌和自分泌信号和适应性的小说和不良环境条件(即。、响应基因毒性刺激);(2)改变位置方案的因素控制tumour-suppressing和异变活动(即之间的平衡。,进化的premetastatic利基);(3)收购immune-phenotypic特征(NT5E / CD73、CD68、CD163)癌细胞,增强与时间的交互组件通过immune-suppressive介质的生产。如果得到证实,这工作假说可以用于分层患者携带遗传损伤定义和识别分子的时间在癌症亚型活检之前,期间和之后的治疗。机制调节时间功能在正常条件下和对治疗的反应,但是,仍然远完全理解,特别是对可能利用这些信息在患者的临床管理和发展的癌症治疗的新策略。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。