综述：免疫疗法驱动的肿瘤免疫微环境重塑：时空异质性与多维动态

肿瘤免疫微环境（TME）的时空异质性及其在免疫检查点阻断（ICB）和过继性细胞疗法（ACT）中的动态重塑机制，通过单细胞测序和空间转录组学技术解析。研究指出TME的细胞组成与功能变化直接影响疗效和免疫相关不良反应（irAEs），需结合多组学整合分析以优化临床策略。

潘俊杰|陈世新|金凌霄|李炳豪

骨科肿瘤学服务，浙江大学医学院第二附属医院骨科，中国杭州310009

摘要

免疫疗法通过激活患者的免疫系统来消除肿瘤，已成为癌症治疗中的革命性策略。在免疫疗法中，免疫检查点阻断（ICB）和过继细胞疗法（ACT）在各种实体瘤和血液系统恶性肿瘤中显示出显著疗效。然而，诸如临床反应率不足、获得性药物耐药性和免疫相关不良反应等问题限制了其广泛应用，这些问题与治疗过程中肿瘤微环境（TME）动态演变形成的免疫抑制网络密切相关。TME不仅是肿瘤的“避难所”，还是调节免疫细胞功能的核心枢纽。最近的研究表明，TME的动态变化在免疫疗法过程中产生了有利或不利的机制，从而影响了免疫疗法的疗效。本综述系统地整合了通过scRNA-seq和空间转录组学等尖端技术揭示的TME动态轨迹，分析了ICB治疗下免疫细胞亚群的时空演变规律。本文旨在详细阐述免疫疗法治疗过程中TME的动态轨迹和表型变化，为癌症免疫疗法提供有意义的见解。

引言

免疫疗法增强了或刺激了患者的抗肿瘤免疫反应，并影响了癌症的进展。与传统放疗、化疗和靶向治疗相比，免疫疗法表现出独特的临床疗效。[1]、[2]涉及ICB、ACT和肿瘤疫苗的治疗方法彻底改变了肿瘤的传统治疗范式。[3]、[4]癌症免疫疗法的细胞基础是免疫细胞。[5]、[6]ICB靶向细胞表面的细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）、程序性细胞死亡-1（PD-1）和程序性细胞死亡配体1（PD-L1），从而逆转肿瘤的免疫抑制。[7]、[8]、[9]ACT涉及输注淋巴细胞以介导抗肿瘤效应。[10]

近年来，癌症免疫疗法领域取得了显著且意想不到的进展。免疫疗法不仅缓解了放疗和化疗引起的免疫功能障碍，还使免疫系统能够有效消除残留的肿瘤细胞。[11]、[12]、[13]尽管在癌症治疗中应用免疫疗法时出现了持久的反应率，但大多数患者仍会出现原发性和获得性耐药性。在乳腺癌、前列腺癌和软骨肉瘤等常见癌症类型中，对免疫疗法的反应率仍然较低。[8]、[14]、[15]、[16]

TME与癌细胞密切相关，是癌症的重要组成部分。[17]、[18]、[19]、[20]TME的亚型与癌症患者的免疫疗法疗效相关。[21]、[22]具体而言，免疫疗法的预后与TME中免疫细胞、成纤维细胞、血管和细胞外基质的功能及动态变化密切相关。[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]TME内的动态细胞组成和异质性在不同类型的肿瘤中存在显著差异，对免疫疗法的反应性和耐药性产生深远影响。[30]、[31]、[32]

近年来，新的证据表明TME内的成分会影响免疫疗法的疗效。[21]、[33]、[34]然而，对于不同免疫疗法如何动态重塑TME，以及TME如何反过来决定治疗结果和不良事件，仍缺乏全面和系统的理解。我们首先将分析ICB作用下TME的时空异质性（图1），然后将其扩展到ACT，最后探讨TME在免疫相关不良事件（irAEs）发病机制中的关键作用。通过整合单细胞和空间组学技术的见解，本综述旨在阐明TME的动态轨迹，为开发合理的联合策略和预测性生物标志物提供理论基础。

章节片段

ICB

ICB是一种治疗手段，通过消除患者免疫系统的原始抑制作用，增强免疫细胞的识别和杀伤能力或提高原发肿瘤的可切除性。在TME中，T细胞的活性受到免疫检查点途径的抑制。ICB的核心原理是通过阻断这些免疫检查点途径来恢复或增强免疫功能。[35]、[36]然而，抗CTLA-4和抗PD-1可以增强免疫细胞的抗肿瘤反应。

单细胞和空间组学技术

传统的转录组分析方法（如批量RNA测序）在解决TME内部高度异质性方面存在局限性。相比之下，单细胞RNA测序（scRNA-seq）能够无偏地识别所有细胞类型，揭示与治疗反应或耐药性相关的关键细胞亚群，包括稀有亚群。[41]、[42]空间转录组学的变革性价值在于其能够

肿瘤免疫微环境异质性的空间维度分析

TME并非由同质细胞组成，而是一个分区的复杂生态系统。[63]、[64]细胞的空间定位是免疫疗法成败的基本决定因素之一。

TME中最显著的大规模空间异质性表现为物理屏障的存在。研究表明，肿瘤细胞、SPP1⁺巨噬细胞和XI型COL11A1⁺癌相关成纤维细胞（CAFs）在肿瘤边缘相互作用，共同促进

ICB疗法重塑TME的组成

ICB主要通过重新激活抗肿瘤T细胞反应来发挥其治疗效果。[79]因此，ICB下TME的重塑可以被视为由T细胞的重新激活和表型重塑引发的级联反应。[80]此外，TME的各个组成部分可能会对ICB疗法的疗效产生抑制作用。[81]本节首先探讨T细胞的核心作用，随后阐述其他关键组分的动态变化

通过ICB重建TME的因果关系和网络

ICB的治疗效果源于其对T淋巴细胞的直接作用。然而，最终的临床结果由整个TME中发生的后续级联事件决定。[79]、[80]这一过程可以概括为一个核心因果逻辑链：ICB解除对T细胞的抑制，从而促进它们的重新激活和扩增。随后，Teff分泌的关键信号分子特异性地作用于TME，触发广泛的表型变化

ACT

ACT的原理是在体外收集、扩增并基因改造患者的免疫细胞，然后将改造和扩增后的免疫细胞重新输回患者体内，以靶向特定的病原体或肿瘤细胞。[11]、[210]ACT的自体T细胞免疫疗法包括TIL疗法、T细胞受体工程T细胞（TCR-T）疗法和CAR-T疗法。TCR-T和CAR-T细胞疗法由基因工程改造的T细胞组成，具有改进的抗原特异性

TME在irAEs中的作用

虽然免疫疗法显著改善了癌症治疗的效果，但常常伴随着一系列免疫相关不良事件（irAEs）。[293]TME的免疫状态和组织特异性抗原表达与irAEs的发生和严重程度相关。

ICB通过阻断CTLA-4和PD-1等抑制信号恢复了T细胞的功能，但可能同时破坏了这些信号通路维持的外周组织中的免疫耐受性。[109]

结论与未来展望

本综述综合了目前对癌症免疫疗法如何动态重塑TME的理解。ICB和ACT中的一个共同主题是，治疗效果不仅取决于直接靶向肿瘤或免疫细胞，还受到整个TME生态系统的影响。[8]、[216]

尽管免疫疗法在多种癌症类型的治疗中取得了突破性进展，但低反应率仍然是一个重要的临床问题。[314]

伦理批准和参与同意

本文未使用动物或人类受试者。

资助

部分资金支持来自上海自然科学基金（19ZR1410600，资助人J.Z）和浙江省重点研究基金（2022C03015，资助人J.Z）

作者贡献

所有作者均参与了研究的构思和设计。第一稿由潘俊杰撰写，所有作者对稿件的早期版本进行了评论。所有作者均阅读并批准了最终稿件。

利益冲突声明

作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。

致谢

本研究得到了上海自然科学基金（19ZR1410600，资助人J.Z.）和浙江省重点研究基金（2022C03015，资助人J.Z.）的支持。