目前，肿瘤免疫疗法越来越体现出它的优越性，其中以靶向PD-1/L1和CTLA 4等的免疫检查点治疗（ICT）最具代表性。这种治疗策略可重新激活细胞毒性T细胞的杀伤功能，从而起到抑制肿瘤生长的作用，目前已有多款相应的免疫检查点抑制剂产品上市，并且其获批适应症还在不断增加。
但是这种肿瘤免疫疗法却并非对所有癌症患者都有效果，仍有一部分患者对这种药物的反应率很低或没有反应。为探寻免疫检查点抑制剂在治疗肿瘤时被抑制的机理及如何去除这种抑制，世界各地学者纷纷着手进行研究。随着技术的进步，人们逐渐了解到肿瘤微环境的免疫环境的复杂性和多样性以及它对免疫治疗的重要影响。通过进一步分析和了解肿瘤免疫微环境将有助于免疫治疗反应性的改善。
近日，美国德州大学安德森癌症研究中心的Padmanee Sharma博士团队的研究发现，处于不同微环境中的肿瘤，对ICT会产生不同的应答；前列腺癌扩散到骨骼会破坏骨组织，进而阻碍免疫检查点抑制剂的有效性，解释了为什么免疫疗法在治疗前列腺癌骨转移方面一直不太成功。而通过阻断TGF-β扩增CD8+T细胞，可以有效促进去势抵抗性前列腺癌（CRPC）骨转移的ICT治疗效果，并且指出了一种潜在的组合可以逆转这种耐药性。该研究于2019年11月14日发表在《Cell》杂志上。
肿瘤微环境之TGF-β
除癌细胞外，肿瘤由多种不同的细胞类型组成，它们共同构成肿瘤微环境。这些包括基质细胞、成纤维细胞、构成肿瘤内血管的内皮细胞、细胞外基质以及目前研究人员最感兴趣的许多不同的免疫细胞。肿瘤通过分泌生长因子、免疫抑制分子和其他信号分子来影响它们的微环境，这些分子为肿瘤的繁殖提供了完美的环境。
TGF-β在肿瘤发生和发展中都扮演着非常重要的作用，它在肿瘤早期可以抑制肿瘤生长，而在后期则转变成一个肿瘤促进因子，具有多种生物学功能，对细胞的生长增殖、分化、凋亡、迁移和免疫都有重要的调节作用。
▲ TGF-β在抑制肿瘤适应性免疫中扮演重要角色
2017年12月8日，罗氏旗下基因泰克发表一份研究性文章，其在一项Tecentriq治疗膀胱癌的临床中发现，TGF-β蛋白的存在会帮助癌细胞免于免疫细胞的锁定，同时在小鼠模型中TGF-β抑制剂与免疫检查点抑制剂组合使用可增加T细胞对肿瘤的杀伤效果。
目前，已有TGF-β靶向药物被开发，并在临床试验中主要和PD-1/PD-L1联合试验，进展最快的是德国默克/葛兰素史克的M7824 PD-L1/TGF-βTrap融合蛋白，已经进入临床II期；礼来、赛诺菲、诺华以及辉瑞等公司的TGF-β靶向药物还处于临床I期阶段。
▲ TGF-β药物研究进展
随着TGF-β的作用机制逐渐清晰，越来越多的国内外企业靶向TGF-β药物研发，这给肿瘤治疗带来了新的希望。
2019年2月，葛兰素史克（GSK）和德国默克（Merck KGaA）双方达成总价值37亿欧元全球合作协议，共同开发和推广M7824（bintrafusp alfa）。M7824是一款将TGF-β陷阱（TGF-β trap）和抗PD-L1机制结合在一起的双功能融合蛋白。表现出比抗PD-L1抗体或者抗PD-L1抗体与TGF-β陷阱联用更好的抗癌活性。
这款第一个进入临床研究的靶向PD-L1和TGF-β的融合蛋白已经在1期试验中用于对接近700名患者进行治疗，包含了超过10种肿瘤类型；在治疗包括晚期非小细胞肺癌（NSCLC）、人乳头瘤病毒（HPV）相关癌症、胆管癌（BTC）和胃癌等难治性癌症方面显示出临床抗癌活性；目前，它在2期临床试验中作为一线疗法治疗表达PD-L1的晚期NSCLC患者。截止今年8月，M7824已在国内获得三项临床试验默示许可，发分针对非小细胞肺癌和胆管癌。
国内方面，恒瑞医药的在研双特异性抗体SHR-1701可同时靶向于PD-L1和TGF-β两个靶点，机制与M7824类似，目前处于Ⅰ期临床研究阶段（CTR20181823），用于治疗晚期恶性实体瘤患者，这是首家进入临床阶段的国产“2代PD1”，在国外已经进行到了II期研究。
以不同的角度看待转移性癌症
在此次发表的研究中，研究者们的发现强调了以不同的角度看待转移性癌症的必要性。Sharma博士表示：“我们倾向于认为，第4期（已转移的）癌症具有其一致性，但又并不是完全一样的。我们需要对不同转移区域的免疫微环境进行更深入的思考，以便在开发治疗方案时考虑这些微环境中不同的免疫反应。”
前列腺癌是男性人群高发的肿瘤种类之一。其中，相当一部分病人病情会恶化至转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC），这几乎都是致命的。而骨骼则是最为常见的转移部位，占到70%到80%。Sharma和他的同事们最近的研究表明，抗CTLA-4 (ipilimumab)和抗PD-1 (nivolumab)检查点抑制剂的组合可以帮助一些mCRPC的患者，但它在针对骨转移的mCRPC方面却基本失败。
缺乏Th1 CD4 T细胞
已有多项动物实验和人类样本证实，免疫检查点阻断增强了Th1 CD4效应细胞水平，从而激活杀伤CD8 T细胞，产生长期记忆细胞。与此一致的是，研究小组在接受免疫检查点抑制剂治疗的患者的软组织中发现了大量的Th1效应细胞，但这些关键细胞在骨转移的mCRPC病人的骨髓中基本不存在，相反，他们在骨骼中发现了大量的Th17细胞。也就是说，对于mCRPC病人，ICT对骨转移患者造成了截然不同的结果。
“这里的重点是Th1细胞的缺失，”Sharma说。细胞因子使辅助细胞极化为不同类型，在骨微环境中产生大量Th17细胞，而Th17细胞的功能尚不清楚。
为了进一步探明和证实这一现象，该团队分别在小鼠的皮下或者骨内注射入前列腺癌细胞开发了两种转移性疾病的小鼠模型——一种是代表原发性前列腺癌或软组织转移的皮下模型，另一种是骨转移模型。
如在人类中的治疗一样，使用ipilimumab和nivolumab联合治疗可以缩小皮下CRPC模型小鼠的肿瘤并延长其生存期，但对骨转移瘤小鼠的肿瘤和生存期影响甚微。作者发现，免疫检查点治疗对软组织和骨中的肿瘤浸润CD4 T细胞都有增加，但却未能抑制骨肿瘤的生长。
T细胞的流式细胞术分析显示了原因：骨肿瘤中CD4 T细胞主要是Th17和调节性T细胞(Treg)，Treg是抑制免疫反应的，且基本没有Th1效应细胞；在皮下CRPC模型中，治疗后Th1细胞显著升高，同时Th17和Tregs下降。
TGF-β抑制Th1的转化
在肿瘤微环境中，各类T细胞水平的变化往往伴随着细胞因子表达和分泌的变化，所以，作者分析了带有肿瘤和不带有肿瘤小鼠的股骨中常见的13种细胞因子的水平，包括IL-2 , IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10, IL-12/p70, IL-17A, IL-21, IL-23, IFN-g, TNF-a和TGF-β1 。发现，带有有肿瘤的股骨骨髓中，TGF-β的含量要远远高于正常股骨。
已知在肿瘤晚期，大多数肿瘤细胞均可分泌TGF-β，一旦TGF-β水平升高便可以阻断未成熟的T细胞向Th1细胞分化，促进其向Th17和 Treg亚群的转化，并抑制树突状细胞的抗原递呈功能，从而导致肿瘤细胞的免疫逃逸。Th17还需要IL-6的存在，如预期的那样，这里IL-6在骨髓中也大量存在。这也就解释了骨骼中高水平的Th17。
TGF-β从何而来
那么，骨转移的mCRPC中高水平的TGF-β从何而来。肿瘤细胞的骨骼转移往往伴随着骨骼内部结构的变化，这些与成骨细胞（osteoblastic）和破骨细胞（osteoclastic）密切相关，而骨组件被称为是TGF-β的主要储集地。研究小组推测，骨基质重塑导致前列腺癌骨转移中的高TGF-β水平。
他们的试验发现，与正常股骨相比，带有肿瘤的股骨中破骨细胞水平明显上升。阻断破骨细胞分化和活化的调控因子NF-κb，发现股骨中的破骨现象显著减弱，而TGF-β水平也显著降低，而其他细胞因子水平没有明显变化。这些结果证明，骨骼中的肿瘤可以激活破骨细胞，导致大量TGF-β的分泌。
为了在人类中验证这个假说，他们比较了健康捐献者和前列腺癌有或没有骨转移患者的骨髓中TGF-β的水平。健康对照组和无骨转移患者之间的TGF-β水平没有区别，而骨转移的患者，其骨骼中显示异常高水平的TGF-β。
▲ 图片来源于：doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.029
最后，作者提出并研究了阻断TGF-β恢复了Th1细胞并促进骨转移mCRPC免疫疗法的策略。用ipilimumab和nivolumab联合治疗骨转移小鼠未能阻止肿瘤生长，但在该免疫治疗组合中添加阻断TGF-β的抗体后阻止了肿瘤的生长，生存率也明显提高。另外， 阻断TGF-β只和ipilimumab组合也能抑制骨转移的肿瘤增长；这种组合也增加了Th1细胞的水平，减少了骨微环境中的Treg。
未来可期
这项研究更加深刻的告诉了我们，即便是同一类型和阶段的癌症，同一治疗手段的效果可能截然不同，更加深入的研究和探索才能开发更加精准有效的治疗方案。肿瘤微环境在癌症免疫治疗中的作用已经得到了研究者们的重视，TGF-β作为一个颇为常见的分子，在免疫治疗中的应用已经展现其临床转化的潜力，我们期待它能助力更多的治疗策略！
参考出处：
1.https://medicalxpress.com/news/2019-11-prostate-cancer-bone-metastases-thwart.html
2.https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.029
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