腫瘍形成とそれに続く転移の間に、悪性細胞は徐々に多様化し、より不均一になります。 その結果、サイトカイン/ケモカイン環境、細胞傷害活性、免疫抑制因子などのさまざまな免疫関連成分が腫瘍に浸潤する可能性があります。 この免疫の不均一性は、ほぼすべての固形腫瘍に蔓延しており、腫瘍の進行や治療介入に応じて空間的または時間的に変化します。 抗腫瘍免疫の不均一性は、特に免疫療法の分野において、疾患の進行および治療反応性に密接に関連しています。
したがって、腫瘍免疫の不均一性を正確に理解することは、効果的な治療法の開発にとって重要です。 最近の研究では、多領域および組織学的シークエンシング、単一細胞シークエンシング、縦断的リキッドバイオプシーアプローチを利用して、腫瘍免疫の不均一性の複雑さと免疫療法におけるその臨床的関連性を調査できる可能性を示しています。 腫瘍の免疫微小環境の不均一性の根底にあるメカニズムを探ることは、腫瘍の不均一性の臨床評価に役立ち、より効果的な個別化療法の開発を促進します。
腫瘍免疫微小環境における不均一性の起源
遺伝的不安定性
ハイスループットシークエンシング法は、腫瘍細胞の突然変異プロファイルと進化の軌跡を特徴付けるために長年使用されてきました。これらの研究では、ヘテロ接合性の一塩基突然変異、挿入、欠失、そしてコピー数の変異。 腫瘍の進行中に、遺伝的不安定性によりこれらの変化がランダムに発生します。
原発腫瘍では、通常、ドライバー遺伝子の変異により生存率が向上します。 したがって、これらの細胞は成長に有利な位置を占め、優勢なクローン集団に発達する可能性が高くなります。 対照的に、パッセンジャー変異は腫瘍の進化中に顕著な増殖上の利点をもたらさず、サブクローン腫瘍細胞の主な供給源であると考えられています。 したがって、クローンおよびサブクローン腫瘍細胞に由来する遺伝的不安定性は、腫瘍の進化および時空間的不均一性の基礎を形成します。 同時に、この遺伝的不均一性は腫瘍の抗原プロファイルを形成し、最終的には腫瘍免疫微小環境の不均一性に寄与します。
エピジェネティックな修飾
腫瘍細胞のエピジェネティックなリモデリングも不均一な腫瘍免疫微小環境の形成に関与しているという証拠が増えています。 このような調節機構は主に、DNA修飾の変化、クロマチンへのアクセス性の変化、またはノンコーディングRNA干渉などの転写後レベルでの遺伝子発現の調節に起因すると考えられています。 これらのエピジェネティック修飾は腫瘍細胞の悪性進行を促進し、腫瘍免疫微小環境の形成に寄与します。
メチル化に加えて、さまざまなクロマチンおよびエピジェネティックなリモデリング機構が、周囲の環境に適応する際に腫瘍細胞に利点をもたらします。 通常、エピジェネティックな修飾は条件付きで可逆的です。 腫瘍細胞では、これらの修飾はその子孫に受け継がれる可能性があるため、これらの細胞は空間的および縦方向の次元で顕著な不均一性を示します。
微環境摂動の適応
腫瘍細胞は細胞外微小環境の摂動に継続的にさらされています。 細胞内適応が、DNA損傷応答、折り畳まれていないタンパク質応答、ミトコンドリアストレスシグナル伝達などの外部ストレスによって誘導される可能性があることを示唆する証拠が増えている。 腫瘍は、組織学および血管構造において顕著な不均一性を示します。
腫瘍内の血管系の近位または遠位領域は、異なる酸素供給にさらされる可能性があります。 したがって、免疫構成要素は、酸素分圧、グルコースの利用可能性、または酸化経路に基づいて、時空間的に不均一な方法で外部刺激に適応することができます。 免疫成分が低酸素条件下でうまく適応するかどうかに関係なく、ほとんどすべての低酸素反応は腫瘍免疫微小環境の再プログラミングと密接に関連しており、これは主に細胞の解糖代謝の局所的なスイッチ、グルコース消費の増加、ピルビン酸と乳酸の産生の増加によって特徴付けられます。そして酸性化。
抗腫瘍療法への反応
治療中、腫瘍細胞および微小環境のすべての免疫成分は、放射線療法などで攻撃されるか、継続的に抗腫瘍薬に曝露されます。 これらのストレス因子に応答して、腫瘍と免疫細胞の適応メカニズムが活性化され、内部環境に新たな恒常性が確立されます。
ドライバー変異または分子シグネチャーの固有の不均一性により、腫瘍細胞の治療に対する反応性は大きく異なります。 細胞傷害性状態は、腫瘍細胞や免疫細胞に表現型の変化、細胞老化、さらには細胞死を引き起こします。 治療に耐えられなかった局所的な腫瘍クローンは、オートファジー媒介細胞死を通じて大量の ATP を放出します。これらの ATP は走化性を促進し、腫瘍内で炎症反応を引き起こす可能性があります。 対照的に、細胞外ヌクレオチダーゼの存在下では、ATP は細胞外マトリックス内で急速にアデノシンに変換され、抑制的な免疫微小環境が生じます。
免疫細胞の場合、T 細胞の表現型は ICI に応答して大幅に変化し、これに伴い異なる T 細胞サブセット組成とサイトカイン産生が伴います。 治療薬、腫瘍細胞、免疫細胞の間の複雑かつ動的な相互作用は、時空間的に不均一な免疫微小環境の形成に大きく寄与します。
腫瘍免疫微小環境の不均一性
空間的不均一性
腫瘍免疫微小環境の特徴は、主に腫瘍成分と非腫瘍成分によって決まります。 それらの局在または存在量/活性は、抑制性免疫チェックポイント（例、PD-L1）の表面発現、免疫抑制性または炎症誘発性サイトカインの分泌、免疫抑制性またはエフェクター細胞の浸潤、血管系の状態、辺縁領域までの空間距離など、空間的に異なります。 、代謝栄養素の分布。 これらの空間的変異は、臨床予後や治療への反応にも重大な影響を与える可能性があります。
腫瘍内の T 細胞の表現型は、顕著な不均一性を示します。 t細胞は通常、異なるクローン性、増殖能、分化段階、機能的極性化、サイトカイン分泌プロファイル、または代謝環境を持っています。 T 細胞プールの傾向に関して、拡大/増殖性 T 細胞受容体 (TCR) は、共通 TCR クローン (腫瘍内のすべての領域で検出される) または局所クローン (不均一に分布する) としてさらに分類できます。 共通および局所的な TCR クローンの数は、共通および局所的な非同義変異の量と正の相関があり、局所的に不均一な抗原駆動の T 細胞増殖を示しています。 さらに、制御性 T 細胞 (Treg) も腫瘍内で顕著な空間的不均一性と機能的配向性を示したことは注目に値します。
T 細胞サブセットに加えて、他の多くの免疫細胞の腫瘍内不均一性もさまざまな腫瘍タイプで確認されています。 胃がんでは、CD68+CD163+CD206+ 表現型を持つマクロファージは主に間質に存在し、CD68+IRF8+ マクロファージは間質で過剰発現しました。コアとマージナルゾーンの比較。 免疫細胞集団に加えて、間質細胞 (例、線維芽細胞) も腫瘍内で高度な空間的配向を示します。
代謝プロファイルは免疫微小環境の重要な調節因子であり、がん細胞の増殖能や環境への適応に影響を与えることで役割を果たしている可能性があります。 代謝プロファイルの不均一性は、腫瘍免疫微小環境の不均一性に寄与していると考えられます。 高い解糖活性を持つ悪性細胞は、その代謝経路を同化反応に変換するだけでなく、乳酸やアデノシンなどの免疫抑制メディエーターを大量に産生して、細胞傷害性細胞による免疫監視を弱める可能性があります。
時間的不均一性
腫瘍と免疫細胞は、遺伝的または非遺伝的環境要因による破壊を受けやすいため、疾患の進行と抗腫瘍療法に対する反応、さらには腫瘍細胞自体の動的な進化が決まります。 非浸潤性病変から悪性表現型へ疾患が進行する過程で、膵管腺癌患者の RNA-Seq により、免疫細胞浸潤の成分に重大な変化が見られることが明らかになりました。 これは通常、CD8+ T 細胞および樹状細胞の浸潤の減少、ならびに Treg、MDSC、CAF などの免疫抑制細胞の異常な凝集または増殖によって特徴付けられます。
さらに、複数の腫瘍タイプにおいて、細胞溶解活性の低下、細胞バンクの拡大とクローン性の制限、疾患進行中の進行性の T 細胞および B 細胞の枯渇が見られます。 個々の患者における免疫学的に不利な領域または病変の存在は、疾患制御および生存予後と逆相関しているようであり、疾患の転帰に対する時空間的不均一性の重要性がさらに強化されています。
腫瘍免疫微小環境の不均一性の臨床的意義
がん患者のほぼすべての免疫予後または予測バイオマーカーは、個々の生検サンプルの分析に基づいて確立されています。 しかし、不均一性は再現性を研究する上で大きな障害となり、その臨床的有用性を低下させます。 さらに、遺伝的であれ免疫的であれ、腫瘍微小環境の不均一性が固形腫瘍患者における免疫療法の結果に影響を与えることを示唆する大量の証拠が存在する。
PD-L1発現の不均一性
PD-L1 タンパク質発現と抗 PD-1 チェックポイント阻害療法の有効性との相関関係を支持する最初の証拠が存在して以来、PD-L1 レベルは、さまざまな分野で ICI 免疫療法に対する臨床反応を予測するためのコンパニオン診断として使用されてきました。固形腫瘍の種類。 しかし、PD-L1 発現には、空間的および時間的次元だけでなく、腫瘍内または腫瘍間スケールの両方でも顕著な不均一性が存在します。
NSCLC 患者の原発腫瘍および脳転移腫瘍における PD-L1 発現を評価したところ、2 つの病変間で PD-L1 発現に有意な差が観察される可能性がありました。PD-L1 発現は、不均一に調節されている IFN シグナル伝達経路によって強く誘導されます。異常な機能的 JAK1/2 変異を含むサブクローン。 さらに、ICIで治療された患者における抗原プロセシングおよび提示欠損サブクローンの存在は、黒色腫、肺癌および結腸直腸癌における臨床転帰の不良と関連していた。 この潜在的な不均一性は、PD-L1-陽性腫瘍を有する一部の患者が反応しなかったのに、PD-L1-陰性腫瘍を有する一部の患者が ICI 免疫療法に良好に反応した理由を説明できる可能性があります。
TMB 反応が高い患者における反応の不均一性
変異負荷は、ネオアンチゲン負荷にかなり近い代替手段であり、さまざまな種類の固形腫瘍における ICI 免疫療法に対する良好な応答者を特定するために使用されています。 しかし、高 TMB 患者の ICB 治療に対する反応は非常に不均一であり、かなりの割合の TMB 低レベル患者が ICI 免疫療法から恩恵を受けることができ、またその逆も同様です。
ICI療法に十分反応しないTMBのリスクが高い患者の場合、抗原提示機構の欠陥/調節不全が免疫療法抵抗性の主な機構であると考えられており、特にHLAハプロタイプおよび領域の発現、B2M分子の発現が挙げられます。 。 さらに、系統解析により、クローンの不均一性が、腫瘍を構成するクローンの数によって測定されるか、クローン分化によって測定されるかにかかわらず、ICI 治療の生存結果に重大な影響を与えることが明らかになりました。
MMR欠損患者における反応の不均一性
MMR を欠く患者は ICI 療法に対して非常に感受性が高く、これは主に、予測されるネオアンチゲンの上昇と免疫原性腫瘍微小環境の改善に起因しています。 多くの種類の固形腫瘍における進行性 dMMR 患者の中で、ペムブロリズマブは MSI-H 腫瘍患者に対する最適な治療法として前例のない認識を得ています。 しかし、ICI 療法によく反応する患者は少数です。
腫瘍細胞の内因性遺伝子型と dMMR 腫瘍の外因性免疫環境の両方がその有効性に影響を与える可能性があり、浸潤免疫細胞のゲノム不安定性の程度は dMMR 腫瘍では大きく不均一であると考えられ、免疫原性が限られ免疫力が不十分な個別の生態的ニッチをもたらします。薬剤耐性を引き起こす可能性のある、腫瘍制御を介した腫瘍制御。 さらに、ICI に対する MSI-H 腫瘍の反応に影響を与えるその他の変数には、発生中に強力な免疫編集を行う傾向や、免疫回避に大きく寄与する解糖プロファイルへの変換が含まれます。
まとめ
腫瘍形成は、一連の遺伝的および非遺伝的プロセスの組み合わせおよび累積的な調節不全です。 腫瘍ゲノムには固有の遺伝的不安定性があるため、ほとんどの腫瘍形成事象は疾患の進行中に必然的に確率的に発生します。 これらの確率的事象は、空間的または時間的次元で不均一な免疫微小環境の発達に必要な条件を作り出します。 さらに、代謝物や栄養素をめぐる競争、治療圧力、または主要ながん遺伝子の進化により、免疫微小環境は常に再構築されています。 これは最終的に、悪性細胞が免疫監視を回避する機会を生み出し、最終的には疾患の進行と転移につながります。
この免疫の不均一性は、免疫療法に対する抵抗性だけでなく、個々の生検に基づく予測バイオマーカーのパフォーマンスが低いことも説明します。 したがって、腫瘍ゲノムの不安定性と不均一性の無限の発展を考慮すると、不均一な腫瘍モデルから学んだ教訓に焦点を当てる必要があります。 複雑で制御されたモデルにより、不均一性に対する抗腫瘍免疫応答を制御するメカニズムを正確に理解することができます。 次に、治療アプローチでは、発がん性標的や代表的な免疫チェックポイントだけでなく、免疫微小環境の不均一性や反応性も考慮する必要があります。 腫瘍と免疫細胞の間の時空間的相互作用を追跡することは、免疫療法に対する効果的かつ持続的な反応を導くために不可欠です。