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腫瘤之所以是目前醫學界最難治愈的疾病類型之一，取決于它有很多不同于尋常疾病的特征。其中最典型的特征就是，腫瘤細胞擁有很多種不同類型的突變克隆，這一方面意味著我們無法去使用專一的藥物去進行針對性治療；另一方面就是即使完全清除某一種克隆型的腫瘤細胞，其它類型的優勢克隆很快就會凸顯出來。這個難題困惑了科學家幾百年，直到這個世紀早期有醫學家提出利用自身免疫系統動態監視腫瘤的觀點，才使得很多腫瘤治療方向的科學家看到了希望的曙光。其實，我們早應該想到機體免疫系統是我們人體最有力的武器，免疫系統對外無時無刻不在保衛著我們機體免受外界病原微生物的入侵；對內又起到監視自身穩態的作用，包括及時發現并且清除腫瘤細胞。當然，如果利用免疫系統清除腫瘤就是這么簡單，那就會丟失很多趣味，事實上腫瘤細胞和人體免疫系統的極限拉扯可比我們想象的復雜許多。
如果說我們比以往任何一個時代都更接近或者更有能力，去利用人體自身的免疫力去治療腫瘤，倒不如說我們比以往任何時期都面臨著最大的挑戰。早期的醫學科學家之所以沒有想到利用人體免疫系統去控制腫瘤，一方面是因為我們缺少對腫瘤更深層次的認識，而更重要的是我們對免疫系統更是一無所知。有關免疫系統和腫瘤之間的故事可以說太多太多，如果全部寫出來估計小編寫幾本書都寫不完。正是因為腫瘤和免疫系統的復雜關系，誕生出了腫瘤學和免疫學的交叉方向，即腫瘤免疫學方向。腫瘤免疫學研究的內容有很多，主要是圍繞著各種免疫細胞在腫瘤發生發展中發揮的作用。當然這種相互作用不是單一的，而是各種聯系互相作用、互相牽制的。那么今天我們就先從腫瘤免疫學的一個角度說起，即直接行駛抗腫瘤功能的T細胞出發，圍繞著近些年對抗腫瘤T細胞的新發現來系統解讀一下抗腫瘤T細胞的悲慘生活。
1. 死對頭：被Treg細胞支配的恐懼
考慮到很多小伙伴是非免疫學專業，首先我們得先認識一下調節性 T 細胞（regulatory T cells，Treg）。Treg是一類抑制機體免疫反應的 T 細胞亞群，雖然僅占外周血淋巴細胞的1％-2％，卻是自身免疫耐受的主要控制者，在維持長期免疫穩態過程中發揮重要作用，但同時也是抗腫瘤免疫的主要障礙。腫瘤的形成和發展需要逃脫機體免疫系統的監視，Treg細胞是參與其中最重要的一環，Treg細胞與其他細胞、胞外基質等共同營造了適合腫瘤生長的微環境。許多研究表明腫瘤微環境中Treg高富集和預后不良相關，在腫瘤微環境中Treg細胞數量明顯升高，這些升高的Treg細胞能抑制抗腫瘤免疫、降低腫瘤免疫治療效果，研究Treg細胞在腫瘤微環境中的作用機制，一直都是腫瘤免疫研究的熱點方向。
事實上，要說腫瘤浸潤Treg的研究那可是數不勝數，幾乎每年都有很多關于腫瘤Treg的主刊發表。在這些文章中有一些劃時代的文章，其中一篇就是在2019年發表在Nature immunology雜志上的一篇文章，篇名為：Adaptive plasticity of IL-10+ and IL-35+ Treg cells cooperatively promotes tumor T cell exhaustion。
圖1：
作者首先在小鼠腫瘤模型和非小細胞肺癌患者中，發現Treg細胞中的IL-10和IL-35的不同且基本不重疊的表達模式,隨后進一步證明，這些IL-10+和Ebi3+ 的Treg細胞群不是完全不同的兩個譜系，而是具有一致轉錄和T細胞受體(TCR)特征的短暫狀態。這種轉變可以通過體外純化Treg細胞亞群的TCR刺激誘導，潛在地反映了慢性環境中抑制性細胞因子表達的可塑性。而這兩種細胞因子以一個共同的BLIMP1軸為目標，促進慢性病毒感染中耗盡的細胞。共同靶向的T細胞或白介素-10受體.
隨后作者通過實驗發現，這些腫瘤細胞需要兩種類型的Treg細胞，即分泌白細胞介素-10（IL-10）和分泌白細胞介素-35（IL-35）的細胞。而且只有這兩種Treg同時存在時，才能最大的抑制抗腫瘤免疫反應。通過進一步研究，作者發現IL-10和IL-35共同作用，激活了一種名為BLIMP1的轉錄因子，通過促進其表達多種抑制性細胞表面分子，如PD1，LAG3，TIM3和TIGIT，有效地抑制了殺傷性T細胞，進而降低了免疫系統檢測和殺死癌細胞的能力。
圖2：
在這項研究中，作者首次闡明Treg是如何利用稱為IL-10和IL-35兩種抑制性細胞因子來抑制殺傷性T細胞的抗腫瘤功能。作者在小鼠和人類腫瘤組織中均發現，腫瘤微環境中的Treg可以產生IL-10或IL-35，但令人驚訝的是，它們并不能同時產生IL-10或IL-35。 這項結果也首次揭示了腫瘤浸潤Treg的異質性，它們可以有分泌IL-10或IL-35兩種細胞因子的亞型。
事實上，Treg細胞是把“雙刃劍”，清除Treg細胞往往會使患者出現嚴重的自身免疫疾病。而在腫瘤組織中，Treg細胞就發揮著抑制抗腫瘤免疫反應的作用，尤其是抗腫瘤T細胞的死對頭。先前的研究表明，阻斷Treg細胞在腫瘤微環境的趨化和聚集（CCL22、CCR4等），或者阻斷Treg相關的免疫檢查點（CTLA-4、OX40、TIGIT、GITR等），可以逆轉Treg的免疫抑制作用。此外，中和Treg細胞產生的免疫抑制因子（TGF-β、IL-10和IL35），以及補充高劑量IL-2（super-2）這些手段也可以降低Treg細胞抑制功能，增強抗腫瘤活性。
2. 競爭者：看熱鬧不嫌事多的旁觀者T細胞
腫瘤微環境的惡劣程度可遠遠不止如此，因此說完了Treg細胞，我們再來談一下抗腫瘤T細胞面臨的另一個阻力--旁觀者T細胞。2018年發表在Nature的一篇研究名為：Bystander CD8+ T cells are abundant and phenotypically distinct in human tumour infiltrates為我們揭示，在肺癌和結直腸癌患者中，浸潤的CD8 T細胞在很大比例上都是Bystander CD8+ T細胞(旁觀者T細胞)。怎么理解這個問題呢，就好比一家著火了，一大群人站在旁邊看熱鬧，這群人不僅無助于滅火，還會阻礙消防車的進入。此外，因為腫瘤微環境營養物質匱乏，人越多，吃飯的越多，這些旁觀者還會通過和抗腫瘤T細胞競爭營養物質的方式，來干擾真正的腫瘤殺傷性T細胞的抗腫瘤功能。
圖3：
這項研究的研究者首先通過使用Cytof技術檢測了144癌癥患者的腫瘤浸潤CD8 T細胞，結果顯示在很多患者中的CD8 T細胞均是這種旁觀者 T細胞，表現為CD39陰性。這群細胞主要識別與癌癥無關的廣泛的抗原表位(如來自EB病毒、人巨細胞病毒或流感病毒的表位)。
各種形式的免疫治療，如檢查點阻斷免疫治療，被證明可以有效地恢復T細胞介導的免疫反應，從而導致顯著和持續的臨床反應，但僅適用于一些患者和癌癥類型。患者和腫瘤對免疫治療的反應可能不可預測，部分原因是單個腫瘤內和患者之間腫瘤浸潤淋巴細胞(TILs)的免疫組成和表型譜的異質性。盡管有證據表明腫瘤突變衍生的新抗原特異性T細胞在腫瘤控制中發揮作用，但在大多數情況下，表型多樣化的腫瘤浸潤T細胞的抗原特異性在很大程度上是未知的。在這里，作者證明人類肺癌和結直腸癌CD8+ T細胞不僅可以特異性地用于腫瘤抗原(例如，新抗原)，而且更多的是識別與癌癥無關的表位的T細胞。
圖4：
總的來說，這項研究首次通過數據證實這些旁觀者CD8+ T細胞具有不同的表型，與腫瘤特異性細胞重疊，但缺乏CD39表達。在結直腸癌和肺癌中，CD8+ T細胞中CD39的缺失定義了在腫瘤部位缺乏慢性抗原刺激特征的人群，支持他們作為旁觀者的分類。CD3表達為陰性的T細胞在患者之間的占比有顯著差異，一些患者主要為CD39表達為陰性CD8+ T細胞，它們可能和不良預后和更低的免疫應答效率相關。此外，作者還發現CD8+ T細胞中CD39的表達程度還與其它幾個重要的臨床參數相關，如肺腫瘤表皮生長因子受體的突變狀態。這項研究的研究結果表明，并不是所有的腫瘤浸潤T細胞都對腫瘤抗原特異，并表明測量CD39表達可能是量化或分離旁觀者T細胞的直接方法。
3. 后院起火：衰竭性CD8+ T的角色反轉
如果上面兩種腫瘤細胞針對腫瘤特異性T細胞的手段大家或多或少有所耳聞，那2023年最近剛發表的兩項研究則是更令我們大開眼界。其中第一篇要介紹的就是今年發表在Nature Immunology雜志上名為：T cell egress via lymphatic vessels is tuned by antigen encounter and limits tumor control的研究。通過相關實驗，作者發現缺氧可以增強終末耗竭T細胞上CD39的表達，從而制造出一種免疫抑制微環境，來抑制其他腫瘤特異性T細胞的功能。這一發現拓展了我們對耗竭性T細胞的認知，并可能為腫瘤免疫治療帶來新的思路。
通過閱讀本文的第一個章節，我們可以知道腫瘤浸潤Treg細胞主要發揮著免疫抑制功能。而這項研究則發現隨著CD8+ T細胞走向終末耗竭（tTex），tTex細胞會傾向于上調Treg細胞相關的基因。為了確定腫瘤中的tTex細胞是否確實具有抑制功能，研究人員將B16-F10黑色素瘤小鼠的Treg細胞以及耗竭性T細胞分選出來，與其他T細胞進行共培養。結果發現，tTex和Treg細胞對共同培養的T細胞有著類似的抑制作用，而前體衰竭性T細胞（pTex）則沒有表現出抑制能力。
圖5：
但是與Treg細胞不同的是，CD8+tTex細胞雖然會高表達CD39，但并不會同時高表達CD73。因此，研究人員推測tTex細胞上表達的CD39，可能和周圍其他細胞上表達的CD73一起產生腺苷，從而制造免疫抑制的微環境。為了證明這一猜測，研究人員從CD73敲除小鼠中分離出T細胞和抗原呈遞細胞，并與野生型tTex細胞共培養，結果發現tTex細胞的抑制能力顯著降低。此外，敲除T細胞的CD39可以使tTex細胞的抑制功能完全喪失，并可以減緩腫瘤生長。在效應T細胞中過表達CD39可以抑制自身和鄰近T細胞的功能。基于這些發現，研究人員又進一步探究了靶向CD39在腫瘤治療中的作用。他們發現，CD8 T細胞中CD39的缺失本身可以在一定程度上減緩腫瘤進展。
更有意思的是，在CD39缺失的情況下，免疫檢查點抑制劑的治療效果得到顯著增強，腫瘤浸潤T細胞的效應功能也得到顯著提高。這提示靶向抑制CD39介導的免疫抑制通路可以重新激活抗腫瘤免疫反應，并可增強腫瘤免疫治療的效果。
圖6：
此外，這項研究的作者之前也發表過一項研究，他們發現阿昔替尼和二甲雙胍可以使缺氧腫瘤對免疫檢查點抑制劑變得敏感。因此在本研究中，他們進一步發現阿昔替尼和二甲雙胍可以降低腫瘤缺氧程度，并可降低tTex細胞上CD39的表達水平，進而降低tTex細胞的免疫抑制功能。這些結果提示，改善腫瘤的缺氧環境，也可能成為增強腫瘤免疫反應的潛在新策略。總的來說，這項研究發現腫瘤中終末耗竭的T細胞不僅表現出功能障礙，還會表現出免疫抑制的作用。腫瘤的缺氧環境可以誘導tTex細胞上CD39的表達，進而參與腺苷代謝來制造免疫抑制微環境。通過靶向腫瘤缺氧或CD39的活性，可以減弱tTex細胞的抑制功能，這一發現可能為腫瘤免疫治療帶來新的思路。
4. 趕出家門：腫瘤通過淋巴管外排T細胞
通過前面的介紹，想必很多小伙伴都會對抗腫瘤T細胞的處境深感同情，但這都不是腫瘤細胞最狠的手段，因為起碼還讓抗腫瘤T細胞呆在里面，最后這一種手段則是直接將它們拒之門外。這項研究獨出心裁，從臨床現象出發進而落腳到具體生物學機制，相應的研究也是在今年發表在Nature Immunology雜志上，篇名為：T cell egress via lymphatic vessels is tuned by antigen encounter and limits tumor control。在這項研究中，作者通過實驗證明了，在腫瘤細胞的影響下，腫瘤相關淋巴管內皮細胞會產生趨化因子CXCL12，T細胞（主要表達干性標志物TCF1）表面的受體CXCR4結合并識別CXCL12后，就會順著淋巴管離開腫瘤內部，排出后分布在腫瘤的周圍。
圖7：
這項研究的靈感來源于一個臨床現象：就是近年來，臨床研究者已經注意到，淋巴管的存在與免疫抑制有關。在臨床前模型中，也有研究者注意到CD4或CD8陽性T細胞會通過淋巴管離開腫瘤微環境。不過這種現象背后的機制，一直還無人知曉。因此這項研究的作者推測，淋巴管介導了效應CD8陽性T細胞的外排，進而限制了具有廣泛功能的T細胞在腫瘤微環境中的積累。他們以黑色素瘤為研究對象，驗證了上述推測。與其他研究一樣，他們也在黑色素瘤小鼠模型中觀察到了免疫排斥現象：腫瘤周圍的淋巴管附近聚集了大量的CD8陽性T細胞，而腫瘤中T細胞卻非常少。
通過后續的研究結果表明，腫瘤相關淋巴管內皮細胞會產生趨化因子CXCL12，CXCL12與T細胞表面的受體CXCR4結合后，會促進T細胞順著淋巴管離開腫瘤，被封存在腫瘤的外圍。而阻斷CXCL12-CXCR4信號通路，就可以將T細胞留在腫瘤內。
圖8：
除了上面的發現之外，作者還驚奇發現CXCR4的表達水平取決于TCR的親和力，TCR與抗原的親和力越強，CXCR4的水平越低，T細胞留在腫瘤內的可能性就越大。TCR與抗原的親和力越低，CXCR4的水平越高，T細胞留在腫瘤內的可能性就越小。因此，這這項研究結果中我們可以得出腫瘤微環境中的抗原極其多樣，而這種多樣性及親和力的差異，會導致腫瘤內效應T細胞的異質性較強。
綜上所述，作者首先基于小鼠的研究發現CXCR4抑制劑確實能提高PD-L1抑制劑的治療效果，甚至特異性消除淋巴管的CXCL12就可以顯著抑制腫瘤的生長。隨后，這個研究的作者闡明了腫瘤相關淋巴管外排T細胞的機制，以及被外排的T細胞類型和特點，讓我們對癌癥免疫治療有了新的認知。因此，CXCL12-CXCR4信號通路是提高免疫治療效果的關鍵所在。更重要的是，他們還找到了改善免疫治療效果的潛在方法。更重要的是，未來的相關研究可以圍繞腫瘤相關淋巴管展開更深入的探索，尋找更多延長T細胞在腫瘤內停留時間的方法。
5.說在最后
正是因為腫瘤免疫學的復雜性和重要性，使得全世界的科學家都無比關注這個領域的發展。只要是稍微關注這兩方面疾病的科研工作者，都會發現每年都產生了許多重磅的研究發現，而且其中很多發現都是推翻或者部分推翻以往的認知，這導致很多舊版本教材中的知識現在都在面臨著巨大的挑戰。比如說，就拿大家比較熟知的PD-1,LAG3和TIM3三陽性CD8+ T細胞來說，毫無疑問，過去十幾年大家都會認為它是一種衰竭性T細胞。但是這兩年最新的研究則是從多個方面證實了這群三陽性CD8 T細胞卻具有很強的抗腫瘤功能，而且還和免疫治療的良好預后密切相關。再比如以往認為腫瘤浸潤更多比例的CD8+T細胞會直接預示著患者會有更好的生存，而本文第二部分說到的旁觀者T細胞則是支持這些對腫瘤沒有殺傷作用的T細胞，在很多情況下會不利于機體免疫系統發揮抗腫瘤作用。
可能對很多小伙伴來說，自己已經掌握的知識被不斷挑戰是很痛苦的，但是Immugent不這樣認為，反而覺得這樣才會更有趣。大家不妨想一下，如果很容易做成一件事，只能說這件事本身沒有多大難度，或者說做成這件事的意義沒那么重大，因為很多人都能做成。還有小伙伴會問腫瘤免疫學發展的這種推陳翻新現象究竟是好事還是壞事，小編認為這對腫瘤免疫學的發展是十分正向且積極的。我們只有拿出刮骨療毒的勇氣，才能真正去更深入的了解腫瘤這個“老賴”。因為過去幾百年的醫學歷史也向我們表明，使用常規的手段是無法治療更不用說去治愈腫瘤的。
其實我們也不用奢求將腫瘤治愈，只需要控制其進展以達到類似于高血壓這種慢性病程度即可。而要想實現這個目標我們迫切需要更全面的認識人體免疫系統，因為就像神經系統一樣，免疫系統的功能十分強大，其可以通過協調各種免疫分子的細胞來達到動態監控腫瘤的作用。在最后，Immugent希望在這條路上，全球所有的免疫學者均能堅守初心，協同奮進。
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