肿瘤免疫微环境

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肿瘤免疫微环境(Tumor Immune Microenvironment, TIME)是指肿瘤细胞生存的复杂生态系统,不仅包含恶性增殖的肿瘤细胞,还包括浸润的免疫细胞肿瘤相关成纤维细胞 (CAFs)、内皮细胞以及它们分泌的细胞因子和细胞外基质 (ECM)。TIME 不是静止的旁观者,而是与肿瘤细胞发生持续的“共进化” (Co-evolution)。根据CD8+ T细胞的浸润程度和空间分布,TIME 被临床划分为三种主要亚型:免疫炎症型 (Hot)、免疫排斥型 (Excluded) 和免疫荒漠型 (Desert)。这一分类系统目前是预测 ICIs (免疫检查点抑制剂) 疗效和制定联合治疗策略的核心依据。

肿瘤免疫微环境
Acronym: TIME (点击展开)
复杂的细胞生态系统
核心组成 免疫细胞, 基质细胞, 细胞因子
主要抗肿瘤细胞 CD8+ T细胞, NK细胞, M1型巨噬细胞
主要促肿瘤细胞 Tregs, MDSCs, M2型巨噬细胞
关键检查点 PD-1 / PD-L1, CTLA-4
代谢特征 缺氧, 酸性, 葡萄糖匮乏
临床评估 免疫评分 (Immunoscore)
经典分型 Inflamed / Excluded / Desert

TIME 的细胞图谱:善恶对决

肿瘤微环境是一个高度动态的战场,其中不同类型的细胞扮演着截然相反的角色,决定了肿瘤是发展还是被清除。

🛡️ 抗肿瘤免疫 (Effector)

  • CD8+ T细胞 杀伤肿瘤的主力军,识别 MHC-I 呈递的抗原。
  • NK细胞 自然杀伤细胞,识别 MHC 缺失的肿瘤细胞。
  • DC细胞 (cDC1): 关键的抗原呈递者,负责激活 T 细胞 (Priming)。
  • M1型巨噬细胞 分泌促炎因子,直接吞噬或辅助杀伤。

🦠 促肿瘤免疫 (Suppressor)

  • Tregs 调节性 T 细胞,通过分泌 IL-10/TGF-β 抑制效应 T 细胞。
  • MDSCs 髓源性抑制细胞,消耗精氨酸,抑制 T 细胞增殖。
  • M2型巨噬细胞 (TAMs): 促进血管生成 (VEGF) 和基质重塑。
  • CAFs 肿瘤相关成纤维细胞,构建物理屏障。

免疫表型分类与临床策略

TIME 的空间异质性

2017年,Daniel Chen 和 Ira Mellman 提出的三分法是目前最通用的分类标准。准确分型是实现“精准免疫治疗”的前提。

表型 典型代表癌种 免疫特征 治疗策略
免疫炎症型
(Hot)
黑色素瘤
非小细胞肺癌 (高TMB)
MSI-H结直肠癌
TILs 浸润实质,PD-L1 高表达,T细胞呈现“耗竭”状态。 单药 PD-1抑制剂 疗效佳。
免疫排斥型
(Excluded)
微卫星稳定结直肠癌 (MSS)
肝细胞癌 (HCC)
卵巢癌
T 细胞被基质或异常血管阻挡在侵袭边缘,无法进入。 联合抗 VEGFTGF-β + ICIs。
免疫荒漠型
(Desert)
前列腺癌
胶质母细胞瘤
小细胞肺癌 (SCLC)
缺乏 T 细胞浸润,TMB 低,免疫忽视 (Ignorance)。 癌症疫苗CAR-TBiTE 引燃。

重点探讨:三种类型是否都可以使用肿瘤疫苗?

答案是肯定的,但应用目的和联合策略截然不同。
肿瘤疫苗(如mRNA疫苗多肽疫苗)的核心机制是向免疫系统呈递抗原,激活特异性 T 细胞。在 TIME 的不同分型中,疫苗解决的痛点各不相同。

分型 适用性与必要性 疫苗的战略角色 必须的联合手段
免疫荒漠型
(Desert)
极高必要性
(雪中送炭)
“从头启动” (De novo Priming):
由于患者体内完全缺乏抗肿瘤 T 细胞,疫苗是打破“免疫忽视”、制造第一批特种部队的唯一非细胞治疗手段。
强效佐剂 (如 agonist CD40) + ICIs。单用疫苗可能不足以克服外周耐受。
免疫排斥型
(Excluded)
中等必要性
(单用无效)
“扩充兵力” + “引导迁移”:
虽然已有 T 细胞,但疫苗可以增加 T 细胞的密度和多样性。但关键在于让它们进入肿瘤。
必须联合破障药物:
如抗血管生成药 (贝伐珠单抗) 或 TGF-β 抑制剂,否则疫苗诱导出的 T 细胞仍会卡在门外。
免疫炎症型
(Hot)
辅助增强性
(锦上添花)
“表位扩展” (Epitope Spreading):
利用疫苗靶向新的抗原(尤其是新抗原),防止肿瘤通过丢失单一抗原而逃逸,并增强免疫反应的深度。
PD-1抑制剂
因为 T 细胞已经浸润且往往处于耗竭前状态,必须解锁刹车,否则疫苗诱导的新 T 细胞也会迅速耗竭。
       学术参考文献与权威点评
       

[1] Chen DS, Mellman I. (2017). Elements of cancer immunity and the limits of immunotherapy. Nature. 2017;541(7637):321-330.
[学术点评]:奠基之作。该综述系统提出了肿瘤免疫表型的三分法 (Inflamed/Excluded/Desert),不仅解释了 PD-1/PD-L1 抗体的疗效差异,更为下一代免疫治疗的联合策略指明了方向。

[2] Sahin U, Türeci Ö. (2018). Personalized vaccines for cancer immunotherapy. Science. 2018;359(6382):1355-1360.
[学术点评]:疫苗权威。BioNTech 创始人的综述,详细论证了在不同免疫微环境下(特别是 TMB 低的冷肿瘤中),个性化新抗原疫苗如何通过打破免疫忽视来发挥关键作用。

[3] Galon J, et al. (2006). Type, density, and location of immune cells within human colorectal tumors predict clinical outcome. Science. 2006;313(5795):1960-1964.
[学术点评]:临床转化。该研究首次证明了肿瘤内部免疫细胞的浸润程度(即后来的 免疫评分 Immunoscore)比传统的 TNM 分期能更准确地预测结直肠癌患者的生存期。

[4] Schreiber RD, Old LJ, Smyth MJ. (2011). Cancer immunoediting: integrating immunity's roles in cancer suppression and promotion. Science. 2011;331(6024):1565-1570.
[学术点评]:机制理论。提出了著名的“3E 假说” (Elimination, Equilibrium, Escape),完美解释了免疫系统如何从“抗癌卫士”转变为“肿瘤帮凶”的动态过程。

           肿瘤免疫微环境 (TIME) · 知识图谱
子级分型 免疫炎症型 (Hot) • 免疫排斥型 (Excluded) • 免疫荒漠型 (Desert)
关键细胞 CD8+ T细胞TregsMDSCsTAMsCAFs
评估工具 免疫评分 (Immunoscore) • TMB空间转录组学
核心理论 免疫编辑 (3E假说) • 癌症十大特征共进化