În timpul tumorigenezei și metastazelor ulterioare, celulele maligne se diversifică progresiv și devin mai eterogene. Ca rezultat, tumorile pot fi infiltrate de o varietate de componente legate de imunitate, inclusiv mediul citokină/chemokină, activitatea citotoxică sau factori imunosupresori. Această eterogenitate imunitară este predominantă în aproape toate tumorile solide și se modifică spațial sau temporal odată cu progresia tumorii, precum și cu intervențiile terapeutice. Eterogenitatea imunității antitumorale este strâns asociată cu progresia bolii și cu capacitatea de răspuns la tratament, în special în domeniul imunoterapiei.
Prin urmare, o înțelegere precisă a eterogenității imune tumorale este critică pentru dezvoltarea terapiilor eficiente. Cu ajutorul secvențierii multiregionale și histologice, secvențierii unicelulare și biopsiei lichide longitudinale, studii recente au arătat potențialul de a investiga complexitatea eterogenității imune tumorale și relevanța sa clinică în imunoterapie. Explorarea mecanismelor care stau la baza eterogenității micromediului imunitar tumoral ne va ajuta în evaluarea clinică a eterogenității tumorii și, astfel, va facilita dezvoltarea unor terapii personalizate mai eficiente.
Originea eterogenității în micromediul imunitar tumoral
Instabilitatea genetică
Metodele de secvențiere cu randament ridicat au fost folosite de multă vreme pentru a caracteriza profilele mutaționale și traiectorii evoluționari ale celulelor tumorale, iar aceste studii au descris o gamă largă de eterogenitate genetică a tumorii în dimensiuni spațiale și temporale, inclusiv mutații heterozigote cu un singur nucleotid, inserții, deleții, și copiați mutațiile numărului. În timpul progresiei tumorii, instabilitatea genetică duce la generarea aleatorie a acestor modificări.
În tumorile primare, mutațiile în genele conducătoare determină de obicei un avantaj de supraviețuire; prin urmare, este mai probabil ca aceste celule să ocupe poziții avantajoase din punct de vedere al creșterii și să se dezvolte într-o populație clonală dominantă. În schimb, mutațiile pasagerilor nu conferă un avantaj semnificativ de creștere în timpul evoluției tumorii și se consideră că ele sunt sursa primară de celule tumorale subclonale. Astfel, instabilitatea genetică care are originea în celulele tumorale clonale și subclonale formează baza evoluției tumorii și a eterogenității spațio-temporale. În același timp, această eterogenitate genetică modelează profilul antigenic al tumorilor și în cele din urmă contribuie la eterogenitatea micromediului imunitar tumoral.
Modificări epigenetice
Există tot mai multe dovezi că remodelarea epigenetică a celulelor tumorale este, de asemenea, implicată în formarea unui micromediu imunitar tumoral heterogen. Astfel de mecanisme de reglare sunt atribuite în principal modificărilor modificărilor ADN-ului, modificărilor accesibilității cromatinei sau reglării expresiei genelor la nivel post-transcripțional, cum ar fi interferența ARN necodante. Aceste modificări epigenetice promovează progresia malignă a celulelor tumorale și contribuie la formarea micromediului imunitar tumoral.
Pe lângă metilare, diferitele mecanisme de remodelare a cromatinei și epigenetice conferă avantaje celulelor tumorale în adaptarea la mediul înconjurător. De obicei, modificările epigenetice sunt reversibile condiționat. În celulele tumorale, aceste modificări pot fi moștenite de descendenții lor și, astfel, aceste celule prezintă o eterogenitate semnificativă în dimensiunile spațiale și longitudinale.
Adaptarea la perturbarea micromediului
Celulele tumorale sunt expuse continuu la perturbații extracelulare ale micromediului. Creșterea dovezilor sugerează că adaptările intracelulare pot fi induse de stresul extern, inclusiv răspunsurile la deteriorarea ADN-ului, răspunsurile proteice desfășurate și semnalizarea stresului mitocondrial. Tumorile prezintă o eterogenitate semnificativă în histologie și arhitectură vasculară.
Regiunile proximale sau distale ale sistemului vascular din cadrul tumorii pot fi expuse la diferite surse de oxigen. Astfel, componentele imune sunt capabile să se adapteze la stimuli externi pe baza tensiunii oxigenului, disponibilității glucozei sau căilor oxidative într-o manieră eterogenă spațiotemporal. Indiferent dacă componenta imună se adaptează bine în condiții hipoxice, aproape toate răspunsurile hipoxice sunt strâns asociate cu reprogramarea micromediului imunitar tumoral, care se caracterizează în primul rând printr-o schimbare locală a metabolismului glicolitic celular, consum crescut de glucoză, producție crescută de piruvat și lactat, si acidificare.
Răspunsul la terapia antitumorală
În timpul tratamentului, celulele tumorale și toate componentele imune ale micromediului sunt fie lovite (de exemplu, radioterapie) fie expuse continuu la medicamente antitumorale. Ca răspuns la acești factori de stres, mecanismele adaptative ale celulelor tumorale și imune sunt activate pentru a stabili o nouă homeostazie în mediul intern.
Datorită eterogenității intrinseci a mutațiilor driverului sau semnăturilor moleculare, celulele tumorale diferă semnificativ în ceea ce privește răspunsul la terapie. Condițiile citotoxice determină celulele tumorale și imune să sufere modificări fenotipice, senescența celulară și chiar moartea celulelor. Clonele tumorale localizate care nu supraviețuiesc tratamentului eliberează cantități mari de ATP prin moartea celulară mediată de autofagie. Aceste ATP pot promova chemotaxia și pot genera un răspuns inflamator în tumoră. În schimb, în prezența nucleotidazelor extracelulare, ATP-urile pot fi convertite rapid în adenozină în matricea extracelulară, rezultând un micromediu imunitar supresor.
Pentru celulele imune, fenotipurile celulelor T se modifică semnificativ ca răspuns la ICI, însoțite de diferite compoziții de subseturi de celule T și producție de citokine. Interacțiunile complexe și dinamice dintre agenții terapeutici, celulele tumorale și celulele imune contribuie în mod semnificativ la formarea unui micromediu imunitar eterogen spațiotemporal.
Eterogenitatea micromediului imunitar tumoral
Eterogenitatea spațială
Caracteristicile micromediului imunitar tumoral sunt determinate în principal de componentele tumorale și non-tumorale. Localizarea sau abundența/activitatea lor este distinctă spațial, incluzând expresia de suprafață a punctelor de control imun inhibitor (de exemplu, PD-L1), secreția de citokine imunosupresoare sau proinflamatorii, infiltrarea celulelor imunosupresoare sau efectoare, starea sistemului vascular, distanțele spațiale până la regiunile marginale. și distribuția nutrienților metabolici. Aceste variante spațiale pot avea, de asemenea, efecte profunde asupra prognosticului clinic și a răspunsului la terapie.
Fenotipul celulelor T din tumori prezintă o eterogenitate semnificativă. Celulele t au de obicei clonalitate, potențial proliferativ, stadiu de diferențiere, polarizare funcțională, profiluri de secreție de citokine sau medii metabolice diferite. În ceea ce privește înclinația pool-ului de celule T, receptorii de celule T expandați/proliferativi (TCR) pot fi clasificați în continuare ca clone TCR comune (detectate în toate regiunile din cadrul tumorii) sau clone regionale (distribuite eterogen). Numărul de clone TCR comune și regionale a fost corelat pozitiv cu încărcătura de mutații comune și regionale nesinonime, indicând proliferarea celulelor T eterogenă la nivel regional, condusă de antigen. În plus, este de remarcat faptul că celulele T reglatoare (Treg) au prezentat, de asemenea, o heterogenitate spațială și o orientare funcțională semnificativă intra-tumorală.
În plus față de subseturile de celule T, heterogenitatea intra-tumorală a multor alte celule imune a fost, de asemenea, identificată în diferite tipuri de tumori. În cancerul gastric, macrofagele cu fenotip CD{68+CD163+CD{206+ au fost localizate predominant în stromă, iar macrofagele CD{{68+IRF{8+ au fost supraexprimate în miezul comparativ cu zona marginală. În plus față de populațiile de celule imune, celulele stromale (de exemplu, fibroblastele) prezintă un grad ridicat de orientare spațială în tumori.
Profilurile metabolice sunt regulatori importanți ai micromediului imunitar și pot juca un rol prin influențarea potențialului proliferativ și adaptarea celulelor canceroase la mediul lor. Eterogenitatea profilurilor metabolice pare să contribuie la eterogenitatea micromediului imunitar tumoral. Celulele maligne cu activitate glicolitică ridicată pot nu numai să-și transforme căile metabolice în reacții anabolice, ci și să producă un număr mare de mediatori imunosupresori, cum ar fi lactat și adenozina, pentru a atenua supravegherea imună de către celulele citotoxice.
Eterogenitate temporală
Tumorile și celulele imune sunt susceptibile de a fi perturbate de factori genetici sau non-genetici de mediu, determinând astfel progresia bolii și răspunsul la terapia antitumorală, precum și evoluția dinamică a celulelor tumorale în sine. În timpul progresiei bolii de la o leziune neinvazivă la un fenotip agresiv, ARN-Seq la pacienții cu adenocarcinom ductal pancreatic a evidențiat modificări semnificative ale componentelor infiltrației celulelor imune. Aceasta se caracterizează de obicei printr-o reducere a infiltrației celulelor CD8+ T și a celulelor dendritice, precum și o agregare sau expansiune anormală a celulelor imunosupresoare, inclusiv Treg, MDSC sau CAF.
În plus, există o activitate citolitică afectată, extinderea și clonalitatea băncilor de celule limitate și epuizarea progresivă a celulelor T și B în timpul progresiei bolii în mai multe tipuri de tumori. Prezența unor regiuni sau leziuni imunologic nefavorabile la pacienții individuali pare să fie invers asociată cu controlul bolii și cu prognosticul de supraviețuire, consolidând și mai mult importanța eterogenității spațio-temporale asupra rezultatului bolii.
Semnificația clinică a eterogenității micromediului imun tumoral
Aproape toți biomarkerii imunoprognostici sau predictivi pentru pacienții cu cancer au fost stabiliți pe baza analizei probelor individuale de biopsie. Cu toate acestea, eterogenitatea este un obstacol major în calea reproductibilității studiului și îi diminuează utilitatea clinică. În plus, un număr mare de dovezi sugerează că eterogenitatea micromediului tumoral, indiferent dacă este genetică sau imunitară, afectează rezultatul imunoterapiei la pacienții cu tumori solide.
Eterogenitatea expresiei PD-L1
De la primele dovezi care susțin corelația dintre expresia proteinei PD-L1 și eficacitatea terapiilor de blocare a punctelor de control anti-PD-1, nivelurile de PD-L1 au fost utilizate ca diagnostic însoțitor pentru a prezice răspunsul clinic la imunoterapia ICI în diverse tipuri de tumori solide. Cu toate acestea, o eterogenitate semnificativă în expresia PD-L1 există atât la scara intra- sau inter-tumorală, cât și în dimensiunile spațiale și temporale.
După evaluarea expresiei PD-L1 în tumorile primare și metastatice cerebrale de la pacienții cu NSCLC, a putut fi observată o diferență semnificativă în expresia PD-L1 între cele două leziuni. Expresia PD-L1 este puternic indusă de calea de semnalizare IFN, care este reglată eterogen. în subclone care conţin mutaţii JAK1/2 funcţionale aberante. În plus, prezența procesării antigenului și a subclonelor cu deficit de prezentare la pacienții tratați cu ICI a fost asociată cu rezultate clinice slabe în melanom, cancer pulmonar și colorectal. Această potențială eterogenitate ar putea explica de ce un subgrup de pacienți cu tumori PD-L1-pozitive nu au răspuns, în timp ce unii pacienți cu tumori PD-L{1-negative au răspuns bine la imunoterapia ICI.
Eterogenitatea răspunsurilor la pacienții cu răspunsuri TMB ridicate
Sarcina de mutație este o alternativă destul de apropiată la încărcarea cu neoantigen și a fost utilizată pentru a identifica respondenții favorizați la imunoterapia ICI într-o varietate de tipuri de tumori solide. Cu toate acestea, răspunsul pacienților cu TMB ridicat la terapia ICB este foarte eterogen și o proporție semnificativă a pacienților cu niveluri scăzute de TMB pot beneficia de imunoterapia ICI și invers.
Pentru pacienții cu risc crescut de TMB care nu răspund bine la terapia ICI, se consideră că mecanismele de prezentare a antigenului defecte/dereglate sunt principalul mecanism de rezistență la imunoterapie, în special expresia haplotipurilor și regiunilor HLA, precum și expresia moleculelor B2M. . În plus, analizele filogenetice au arătat că eterogenitatea clonală, indiferent dacă este măsurată prin numărul de clone care cuprind tumora sau prin diferențierea clonală, a avut un impact profund asupra rezultatului de supraviețuire al terapiei ICI.
Eterogenitatea răspunsului la pacienții cu deficiență de MMR
Pacienții care nu au MMR sunt extrem de sensibili la terapia ICI, care este în mare parte atribuită neoantigenelor prezise crescute și unui micromediu tumoral imunogen îmbunătățit. Printre pacienții cu dMMR avansat în numeroase tipuri de tumori solide, pembrolizumab a câștigat o recunoaștere fără precedent ca tratament optim pentru pacienții cu tumori MSI-H. Cu toate acestea, doar o minoritate de pacienți răspund bine la terapia ICI.
Atât genotipul intrinsec al celulelor tumorale, cât și mediul imunitar extrinsec al tumorilor dMMR pot influența eficacitatea acestora, iar gradul de instabilitate genomică a celulelor imune infiltrante pare a fi în mare parte eterogen în tumorile dMMR, conducând la nișe ecologice discrete cu imunogenitate limitată și imunitate insuficientă. -controlul tumorii mediat, ceea ce poate duce la rezistenta la medicamente. În plus, alte variabile care afectează răspunsul tumorilor MSI-H la ICI includ tendința lor de a efectua o editare imună robustă în timpul dezvoltării și conversia lor la un profil glicolitic, care contribuie în mare măsură la evadarea imună.
rezumat
Tumorigeneza este o combinație și o dereglare cumulativă a unei serii de procese genetice și non-genetice. Datorită instabilității genetice inerente a genomului tumoral, majoritatea evenimentelor tumorigene apar inevitabil într-o manieră stocastică în timpul progresiei bolii. Aceste evenimente stocastice creează condițiile necesare dezvoltării unui micromediu imunitar eterogen în dimensiunea spațială sau temporală. În plus, competiția pentru metaboliți și nutrienți, presiunea terapeutică sau evoluția oncogenelor cheie remodelează în mod constant micromediul imunitar. Acest lucru creează în cele din urmă oportunități pentru celulele maligne de a evita supravegherea imună, ducând în cele din urmă la progresia bolii și metastaze.
Această eterogenitate imună explică, de asemenea, performanța slabă a biomarkerilor predictivi bazați pe biopsii individuale, precum și rezistența la imunoterapie. Prin urmare, este necesar să ne concentrăm asupra lecțiilor învățate din modelele tumorale eterogene, având în vedere instabilitatea genomului tumoral și dezvoltarea nesfârșită a eterogenității. Un model complex, controlat, ne permite să înțelegem cu precizie mecanismele care reglează răspunsurile imune anti-tumorale la eterogenitate. La rândul lor, abordările terapeutice ar trebui să ia în considerare nu numai țintele oncogene sau punctele de control imun reprezentative, ci și eterogenitatea și reactivitatea micromediului imunitar. Urmărirea interacțiunilor spațio-temporale dintre celulele tumorale și imune este esențială pentru a ghida un răspuns eficient și durabil la imunoterapie.