以PD-1/PD-L1单抗为代表的免疫检查点抑制剂（ , ICI）是近年来临床上最具突破性的肿瘤治疗药物；现在谈及肿瘤治疗方面的内容基本都绕不开PD-1/PD-L1这个新贵。

免疫检查点抑制剂和传统放化疗的主要区别在于，它主要的作用靶点不在于肿瘤细胞本身，而在于肿瘤微环境中的免疫细胞。

因此，这一系列专题我们将把肿瘤治疗的主战场------肿瘤微环境一一展现给大家。

图1 肿瘤免疫微环境概览

01

肿瘤微环境概述

谈及肿瘤微环境，首先想到的是“穷山恶水出刁民”这一句话。传统上我们认为肿瘤是正常细胞发生突变，不断自我繁殖疯长形成的肿块。因此在治疗方面，强调针对肿瘤细胞本身的治疗。

但如同种子需要土壤一样，肿瘤形成不仅仅是肿瘤细胞的自我繁殖堆积，它实质上是肿瘤细胞与周围的免疫细胞、基质细胞、细胞外基质等共同作用的结果，所有这些肿瘤形成参与者构成了肿瘤微环境。它是一个错综复杂且动态变化的生态系统。

如果把人体看作一个国家，肿瘤细胞便是这个国家“穷山恶水”之地滋生出来的暴民；这种“穷山恶水”之地有几个共同特征：生活贫穷闭塞（缺氧及低PH）、社会动荡不安（炎症环境）、戾气重（免疫抑制状态）；也就是肿瘤微环境的三大特征。

如同“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳”，在一个健康法制的社会，即使有一两个刁民也难以形成暴动，而在一个动荡不安的社会，这几个刁民很有可能掀起一场暴乱。

下面我们介绍一下“穷山恶水”社会中的众生相。

02

肿瘤微环境中的法制体系——免疫细胞

免疫细胞是免疫系统的主要组成部分，作为人体的卫士，负责清除外来病原体（细菌、病毒）和体内变异细胞（肿瘤细胞、衰老细胞），维持机体健康。

但处于肿瘤微环境中免疫细胞，由于缺乏足够的营养来维持其健康状态，且受肿瘤细胞教化，毫无斗志，基本上处于怠工状态。

这个也很好理解，高薪才能养廉，在一个维持温饱都有困难的社会里，很难要求这些免疫细胞保持高亢昂扬的状态。

CD8 T细胞

它的角色类似于经过特训的精英部队，可一眼识刁民；主要负责杀伤肿瘤细胞，是肿瘤微环境中产生抗肿瘤免疫应答的主要力量。

但肿瘤微环境中，由于肿瘤细胞的不断贿赂腐化，使得CD8 T细胞处于耗竭或失能状态。徒有其表，已经丧失了正常杀伤肿瘤的能力。

CD4 T细胞

CD4 T细胞家族比较庞大，包括 Th1、Th2、Th17、Tfh等亚群，在抗肿瘤免疫应答中发挥着特定的功能。

其中，在CD4 T细胞家族中，还有一个异类-----调节性T细胞（Tregs），它更像一个双面间谍；一方面Tregs可分泌抑制性细胞因子，对免疫反应起到负调节作用；另一方面通过抑制过于活跃的免疫应答，避免免疫系统反应过度。

NK细胞

它的作用和CD8 T细胞很相似，不同点在于NK细胞不需要经过特训，天然具有直接杀伤肿瘤细胞的能力。

肿瘤相关巨噬细胞(TAM)

它是免疫微环境中数量最多的亚群，约占肿瘤微环境中免疫细胞的50%以上。

TAM主要分两种表型：M1型（抑瘤型）具有抗原呈递功能，能够免疫活化因子，有利于抗肿瘤免疫应答。

M2型（促瘤型）可抑制炎症反应，屏蔽肿瘤免疫监视，促进肿瘤生长与转移。

髓源性抑制细胞(MDSCs)

这是一群效忠于肿瘤并意图建立一个无序社会的细胞群体。它们是具有高度多样化及异质性的群体，主要包括未成熟的骨髓祖细胞、未成熟单核/巨噬细胞、未成熟粒细胞等髓源细胞。

虽说是一群乌合之众，能力不可小觑，可以抑制各类的免疫反应并帮助肿瘤逃避免疫监控。

树突状细胞(DC)

它相当于免疫系统的间谍部队，冲在前线收集敌军信息。

成熟DC通过摄取递呈肿瘤抗原，活化CD8 T和CD4 T细胞，是启动、促进免疫应答的重要组成。

肿瘤相关性中性粒细胞(TAN)

它和TAM类似，分为N1和N2两种表型：

N2型能够诱导肿瘤细胞聚集，促进肿瘤细胞分泌血管内皮生长因子，协助肿瘤细胞增殖与扩散。

图2 肿瘤微环境中关键的免疫细胞

03

肿瘤微环境中的平民百姓——基质细胞

肿瘤微环境中的基质细胞其实就相当于这个社会中的人民群众，它不仅是肿瘤实体形成、进展的重要组份真人百家家乐app，同时也影响抗肿瘤治疗的疗效。

基质细胞包括了肿瘤相关成纤维细胞(CAF)、血管内皮细胞、脂肪细胞等多种细胞。

其中，CAF是肿瘤微环境中最主要的基质细胞，并且作为肿瘤细胞最坚定的盟友，在肿瘤发生、发展及转移过程中发挥关键作用。

首先它可以重塑外基质环境，让肿瘤细胞有一个合适的土壤进行生长扩增；其次疏通血管淋巴网络，为肿瘤细胞转移到远处组织提供最佳路径；最后还作为肿瘤细胞的保护伞，阻止免疫细胞及药物渗透到肿瘤组织中。

上述我们主要简述肿瘤微环境中众生相，后续文章我们将继续对微环境中主角进行详细介绍。

参考文献：

1. R. , , , The tumor at a , J Cell Sci, 2012. (图片)

2. Hui, Ye Chen, Tumor : of the devil, Lett, 2015

M, EW, K, the tumor (TIME) for . Nat Med 2018

— END—

撰文 丨奇诺

审核丨小Q老师

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免疫微环境 肿瘤微环境的类器官模型，助力耐药肿瘤的治疗

长久以来，肿瘤被认为是孤立的肿块，独立存在于器官特定的部位。在过去的数十年中，通过使用靶向治疗和联合用药方案，肿瘤治疗领域取得了前所未有的进步。但这些治疗方案中的绝大多数患者最终都无法完全治愈，甚至有些患者在用药初期疗效显著，最终却复发为耐药肿瘤。这是由于肿瘤组织还包括多种类型的基质细胞（成纤维细胞、淋巴细胞、巨噬细胞和内皮细胞）、免疫细胞（T和B淋巴细胞等）和细胞外成分（细胞因子、生长因子、激素、细胞外基质ECM等），它们围绕着肿瘤细胞，并由血管系统滋养，构成了肿瘤微环境（tumor , TME)【1】。肿瘤微环境 (TME)为肿瘤提供良好的生长环境及营养物质，促进肿瘤的进展和转移，这些特征导致了个体患者中许多常规治疗的失败。

肿瘤类器官是一种可以在体外模拟病人肿瘤微组织的模型，其样本来源是原代肿瘤组织。类器官结构包含多种特异性细胞类型，空间结构与其对应肿瘤组织相似。目前已有多种类型肿瘤建立了类器官培养方案，如：胃癌、肝癌、胰腺癌、结肠癌、卵巢癌等类器官培养方案已日趋成熟。随着生理学上建模方式的精确和完善，类器官培养技术可以与体外肿瘤微环境（TME）技术相结合，并维持其多样化的细胞群体。

用于模拟肿瘤免疫微环境的类器官培养系统

模拟肿瘤免疫微环境的肿瘤类器官培养可以通过三种途径实现：

将肿瘤组织经过物理或酶解分离后，在细胞外基质（或BME）中进行类器官培养；同时分离外源性免疫细胞（通常来源于自体外周血或肿瘤组织），随后与生长的类器官进行共培养。这种将类器官完全浸没的培养方式适用于富集上皮类型肿瘤细胞，但不能保留间质细胞，因此需要外源性添加免疫细胞来构建肿瘤微环境【2】；

II

将肿瘤消化后形成的球状组织与胶原蛋白混合，并接种到微流体培养装置中，即肿瘤细胞与样本中的固有免疫微环境共同培养，形成天然TME模型。这种装置的中心部分是用来培养肿瘤微球体的3D凝胶，培养基由两侧的孔隙进行流通，可以实时地、持续地调节肿瘤类器官所处的液体环境，并且也可以模拟在体内依靠血液自然流动的药物递送方式【3】；

III

将含有免疫细胞的肿瘤组织物理切割成组织碎片真人百家家乐app，在包被胶原蛋白凝胶的小室中进行培养。凝胶的顶部暴露在空气中，同时外皿中的培养基通过可渗透的扩散到内皿中，形成气-液交互界面（air– , ALI）。与普通的凝胶培养方式不同，ALI法不仅保留了原始肿瘤的基本特征，还保留了TME复杂的细胞组成和结构【4】。目前黑色素瘤、肾细胞癌（RCC）、非小细胞肺癌（NSCLC）都已经实现ALI法构建肿瘤类器官-TME。

图1. 用于模拟肿瘤免疫微环境的类器官培养系统【5】

肿瘤类器官-TME在研究中的应用

1、用于评估免疫检查点抑制剂的效果

通过对肿瘤患者的临床研究表明，免疫检查点受体信号抑制剂（ ，ICI）对于治疗肿瘤有一定的协同作用。通过对其安全性和有效性的综合考量，目前有七种单克隆抗体包括一种阻断细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4 （CTLA-4），六种阻断程序性细胞死亡蛋白1 （PD-1）或其配体（PD-L1）已被FDA批准用于治疗包括黑色素瘤、皮肤鳞状细胞癌、头颈癌在内的多种晚期癌症，许多其他抗体也在临床测试中【6】。

2、扩大免疫疗法的治疗范围

迄今为止，研究人员寄希望于多种免疫疗法，但绝大部分效果被其内源性或获得性耐药机制抵消了；此外，一些肿瘤组织似乎对ICI不敏感。肿瘤类器官-TME作为一种潜在的免疫研究模型，可以用于优化现有免疫疗法的疗效，并且对新方法进行功能评估。

临床免疫治疗越来越多地探索联合用药方法，即利用多个免疫检查点（如PD-1、CTLA-4、LAG-3、TIM-3、VISTA）的抑制剂与免疫抑制细胞群（如Treg、MDSC）的独特生物学特性进行联合治疗，免疫检查点和TME内局部作用的旁分泌途径（如TGFβ）或趋化因子受体（如CCR4和CXCR4）共同阻断的研究正在进行中。免疫治疗组合的其他潜在靶点（包括JAK-STAT、MAPK、Wnt/β-、NF-κB信号通路等）都可以使用肿瘤类器官-TME模型来进行效果验证。

3、精准医学与免疫治疗效果预测

与TME相结合的患者来源肿瘤类器官（- , PDO）可以通过记录不同治疗方法（包括化疗和免疫疗法，以及小分子或蛋白质治疗）的抗肿瘤效果，实现在体外预测病人治疗后的反应。在保留肿瘤细胞和自体免疫成分的微流控培养PDO-T体系中，通过监测T细胞对肿瘤的细胞毒性，有助于预测或评估患者对ICI治疗的反应【7】；或者通过流式细胞术、免疫荧光染色的检测方式，由ALI-PDO中多种内源性免疫元件来模拟体内肿瘤对ICI的反应【8】。这些预测方法都需要具有前期大量相关的临床结果支持，但通过我们对免疫疗法效果的筛选，为临床转化治疗提供了方向。

尽管已经建立了许多类型的肿瘤类器官-TME体系，但仍然需要为罕见的肿瘤建立模型以扩大其适用性。体外肿瘤类器官-TME的培养通常需要添加不同于生理条件的细胞因子，如：肾癌类器官培养体系中需要添加R- 1、EGF、FGF-10；而乳腺癌类器官则需要额外添加 1、FGF-7、。这些添加在培养基中的生长因子水平异常，可能会导致类器官中不准确的生长曲线和异常的药物反应【9】。

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Human Wnt3a V2

参考文献

【1】MAO, , et al. - and cells in the tumor : new and . , 2021, 20.1: 1-30.

【2】SATO, , et al. Lgr5 stem cells build crypt- in vitro a niche., 2009, 459.7244: 262-265

【3】AREF, Amir R., et al. 3D ex vivo of tumor to model .Lab on a Chip, 2018, 18.20: 3129-3143.

【4】NEAL, James T., et al. of the tumor . Cell, 2018, 175.7: 1972-1988. e16.

【5】YUKI, , et al. of tumor . in , 2020, 41.8: 652-664.

【6】, Raju K., et al. of of FDA- per NCCN with the level of ., 2020, 12.3: 738.

【7】, W., et al. Ex vivo of PD-1 using tumor . , 2018, 8.2: 196-215.

【8】KONG, Huei, et al. Tumor- to in .JCO , 2018, 2: 1-15.

【9】LUO, , et al. the tumor into . Drug , 2021, 176: .

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