背景：
癌症相关成纤维细胞(CAFs)是免疫抑制细胞的理论在过去十年中一直盛行。然而，最近的高通量、高分辨率间充质导向单细胞研究利用计算技术的进展来表征细胞状态，突出了免疫刺激CAFs的存在。作者的团队和其他团队已经在体外和体内实验中发现并证实了肿瘤抗原提呈CAFs在T细胞免疫中的关键功能，驳斥了CAFs阻碍肿瘤适应性免疫排斥的传统假设。
简介：
2023年2月17日，来自希腊“亚历山大弗莱明”生物医学科学研究中心的Maria Tsoumakidou教授课题组在Nat Rev Cancer（IF: 69.8）杂志上发表题为“The advent of immune stimulating CAFs in cancer”的文章[1]。在这篇文章中，作者将肿瘤的滤泡和非滤泡，非内皮间质统一在“外周适应性免疫间充质”框架下，并将CAFs亚群定位为适应性免疫系统的直接正调节因子。基于CAFs对癌症抗原呈递的理解和第二接触假说(第二接触假说假设完全T细胞极化需要与抗原驻留的非淋巴组织中的抗原呈递细胞相互作用)，重新设计了“癌症免疫周期”，以纳入肿瘤内特异性CD4+ T细胞的活化。最后，作者提出了利用免疫刺激CAF状态进行治疗的路线图。
主要结果：
免疫间充质相互作用。
细胞系统的功能分析需要了解体内组织结构。适应性免疫系统的功能单位是中枢和外周淋巴器官。中央淋巴器官是B细胞和T细胞淋巴造血的场所，外周淋巴器官是启动初始B细胞和T细胞，促进B细胞和T细胞增殖、分化和成熟为分泌抗体的浆细胞和效应T细胞的场所。初始T细胞的启动依赖同源抗原(信号1)和共刺激分子(信号2)，通过同源抗原单独提呈于未成熟APCs刺激初始T细胞，导致T细胞无能。T细胞的完全激活和分化需要二次共刺激分子，如细胞因子和黏附分子。此外，包括肿瘤在内的慢性炎症组织会形成有组织的淋巴滤泡，称为三级淋巴器官(TLOs)，初始B细胞也可能在此成熟和分化。在中枢和外周淋巴器官中，免疫细胞和间充质细胞直接接触。我将使用淋巴器官的间充质作为概念证明，间充质细胞与适应性免疫细胞在抗原呈递的范围内或以外参与(图1)。
癌症中的免疫间充质。
癌症中的外周适应性免疫间充质包括肿瘤引流淋巴结(dLNs)中发现的经典FRCs、肿瘤相关TLOs (CaTLOs)中发现的肿瘤内滤泡性FRCs以及非滤泡性、非淋系组织CAFs。后者在起源和表型方面具有高度异质性，但这两个因素如何决定CAFs的功能尚不清楚。真正间充质来源的CAFs与上皮、间皮或内皮细胞来源的CAFs之间可能存在内在的功能差异。例如，肺CAFs的抗原提呈能力可能是由于其可能起源于表达MHCⅱ类的II型肺泡上皮细胞(AT-II)。与适应性免疫系统相互作用的CAFs在表型上更接近iCAFs，而不是myCAFs，因为它们的细胞因子高，ECM低。然而，iCAFs参与固有免疫的相互作用并具有免疫抑制作用，因此在功能上不同于最近发现的可刺激适应性免疫系统的CAFs亚群。
癌症相关TLOs中的成纤维细胞。
与肿瘤dLNs形成鲜明对比的是，肿瘤浸润的TLOs被认为可以保护和抵抗肿瘤诱导的免疫抑制，而肿瘤dLNs在癌症中产生有效免疫应答的能力存在很大争议。CaTLOs的数量和成熟度与多种癌症患者的生存和免疫治疗反应密切相关。成熟TLOs提供了B细胞成熟为抗肿瘤产生的浆细胞所需的分子和细胞特化。它们也与肿瘤浸润T细胞的克隆型应答相关。成纤维细胞通常在CaTLOs和非结构淋巴样聚集物中被识别。在慢性炎症的非癌组织中，成纤维细胞分化为LTO样细胞，之后分化为产生细胞因子和趋化因子的FRC样细胞，这对TLO的形成是必需的。
图1：中央和外周适应性免疫间质
肿瘤引流淋巴结中的FRCs。
肿瘤dLNs是两个关键决定发生的部位:通过传入淋巴管的癌细胞是否会被允许全身扩散，以及针对被引流的癌细胞抗原(可溶性或负载在迁移的树突状细胞上)的适应性免疫是否会被激发或抑制。Lund及其同事提出了“二次打击方案”，即未受干扰的淋巴结具有免疫刺激作用，但随着癌症的进展而变得具有免疫抑制作用。研究表明，早期肿瘤的dLNs中驻留有记忆性CD8+ T细胞，从而防止转移。然而，晚期肿瘤dLNs表现出免疫抑制的细胞和分子特征，因此被认为是肿瘤免疫逃逸的部位。然而，外科淋巴结切除并未显示出对抗肿瘤免疫和临床结局的明显益处。各种FRC类型如何在肿瘤dLNs中改变，以及这如何影响抗肿瘤免疫，在很大程度上是未知的。
非滤泡性适应性免疫刺激CAFs。
绝大多数CAFs位于CaTLOs之外，它们大体上分为myCAFs和iCAFs，并通过吸引和激活固有免疫细胞以及排斥和抑制适应性免疫细胞而被认为具有免疫抑制作用。它们与免疫治疗抵抗相关，因此被视为治疗靶点。然而，我们现在发现了各种免疫刺激CAF状态(图2)。许多证据表明，CAF的免疫功能可能并不总是促肿瘤的。首先，几项临床研究发现特定CAF表型与生存呈正相关。同样，靶向或删除体内CAFs的亚群并不一定能增强抗肿瘤免疫，这可能解释了靶向CAFs的治疗药物在临床试验中失败的原因。Kalluri及其同事的早期工作报告了胰腺癌中myCAF缺失所诱导的癌症侵袭性增强，以及从效应细胞和细胞毒性T细胞向免疫抑制性Treg细胞的转变。同一研究小组的进一步研究表明，myCAF来源的I型胶原改变了胰腺癌细胞的趋化因子谱，从而阻止髓源性抑制细胞的募集，并允许抗肿瘤B细胞和T细胞免疫。
图2：免疫刺激性癌症相关成纤维细胞
抗原递呈CAFs。
虽然所有细胞都普遍表达MHCⅰ类，但MHCⅱ类主要由向T细胞提呈抗原的细胞表达。长期以来，在类风湿关节炎和健康结肠中检测到MHCⅱ类阳性成纤维细胞。它们可以在体外将抗原提呈给T细胞，从而激活效应T细胞(对于关节炎滑膜成纤维细胞)，或者诱导初始T细胞分化为Treg细胞(对于正常结肠肌成纤维细胞)。Tuveson及其同事首先在胰腺癌中发现了表达MHCⅱ类的CAFs，并将其命名为apCAFs。其他研究小组随后的工作证实了它们在胰腺癌、乳腺癌和肺癌中的存在。apCAFs随后在scRNA-seq数据集中被识别为其他CAF亚型的一个关键原因是它们的频率较低，这阻碍了它们的无偏聚类。作者使用荧光激活细胞分选(FACS)分析来量化肺肿瘤中apCAF的数量，发现它们占所有CAFs的不到10%。此外，富集CAFs的FACS策略可能无意中排除了apCAFs。因此，迄今最大的非小细胞肺癌CAF数据集缺乏apCAFs，这可能是因为CD29被用作FACS的正向选择标志物，而我的团队未发表的观察结果提示，肺apCAFs是CD29-。
第二种接触假说被重新审视。
肿瘤和dLNs之间发生的事件的时空轨迹被称为癌症-免疫周期。简言之，肿瘤抗原由专门的APCs从肿瘤携带到肿瘤dLN，并部分转移到dLN驻留的树突状细胞。在肿瘤dLNs中，树突状细胞向初始CD4+和CD8+ T细胞呈递MHC-肽复合物。这些细胞将分别分化为效应T细胞和细胞毒性T细胞，然后迁移到肿瘤。在这里，CD8+ T细胞直接识别并杀伤MHC i类提呈的癌细胞，依赖CD4+ T细胞发挥效应功能，然后向记忆T细胞转化。根据这一经典模型，效应性CD4+ T细胞不需要识别肿瘤内的MHCⅱ类癌症抗原来发挥功能。有几条证据可以用来反驳这一假设:CD4+ T细胞对表达MHCⅱ类的癌细胞具有直接的细胞毒性活性;CD4+ T细胞受体(TCR)库由局部肿瘤新抗原区域塑造;肿瘤内干细胞样CD8+ T细胞驻留在密集的MHCⅱ类细胞壁龛中;与左侧肿瘤不同的是，右侧肿瘤由MHCⅱ类新抗原浸润，浸润的CD4+ T细胞数量较多，这些细胞对这种新抗原具有特异性。有趣的是，虽然肿瘤dLNs是初始T细胞启动和免疫检查点抑制活性的关键部位，但它们似乎在肿瘤进展的早期时间点发挥更重要的作用。在晚期肿瘤中，dLN启动的T细胞的新克隆的到达似乎部分是多余的，因为肿瘤可能维持CaTLOs中的局部效应T细胞和细胞毒性T细胞或初始T细胞库。我的团队对肺apCAFs的研究表明，这些CD4+效应T细胞的肿瘤内信号可由apCAFs19提供(图3)。
图3：癌症免疫周期中二次接触假说的重制模型
结论和展望：
由于各种癌症类型的免疫治疗应答率低，且治疗后复发率增加，因此人们对开发针对替代靶点(包括非造血免疫相互作用的基质细胞)的疗法越来越感兴趣。因此，CAFs已成为改善抗肿瘤治疗的靶点。目前的研究目标是删除具有免疫抑制作用的CAFs，将其重新编程到正常状态，或者靶向CAFs衍生的免疫抑制因子。
在我们实施这些策略之前，还有很多东西需要学习。高通量、高分辨率的时空分析工具将有助于完成这一列表并识别新的免疫治疗靶点。为了成功地对CAF进行重编程，我们需要更深入地了解它们的基因调控网络和在多维生物空间中的实验扰动。针对人apCAFs靶向递送MHCⅱ类肿瘤抗原，可以开发靶向CAFs的载癌抗原纳米粒子。有趣的是，在CAFs中装载用于呈递的癌症抗原并不一定是apCAF特异性的，因为在所有CAFs中，只有apCAF部分有能力通过MHCⅱ类分子呈递癌症抗原。对于MHC i类分子驱动的免疫，纳米粒可以装载编码癌症抗原的mRNA转录本，或者可以设计病毒载体，在成纤维细胞特异性启动子的控制下表达癌症抗原。
不幸的是，癌症小鼠模型的MHCⅱ类组库小，突变负荷低，因此新抗原低，免疫原性差，因此不适用于研究apCAF导向疗法。对癌细胞进行遗传编辑，使其表达模型癌症抗原(如卵清蛋白)，并将针对这些抗原的特异性TCR转基因T细胞转移到小鼠体内，这些可能会增加研究结果在小鼠和人类之间的可翻译性。作为原理证明，在CCL19阳性肺成纤维细胞中注射驱动模型抗原β-半乳糖苷酶表达的腺病毒载体的小鼠可产生抗原特异性CD8+记忆T细胞。因此，尽管存在暂时的障碍，但仔细的研究设计和最新生物技术的使用可能很快将免疫刺激和apCAF状态推向癌症免疫治疗的前沿。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41568-023-00549-7
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