黑色素瘤免疫治疗作用机制研究进展.pdf

生物技术进展生物技术进展 2023 年 第 13 卷 第 6 期 900 906Current Biotechnology ISSN 20952341进展评述进展评述Reviews黑色素瘤免疫治疗作用机制研究进展张鹏晓1，胡念2*1.上海理工大学健康科学与工程学院，上海 200093；2.上海健康医学院附属第六人民医院南院，上海 201499摘 要：皮肤癌是临床中皮肤科常见的恶性肿瘤，以皮肤恶性黑色素瘤（cutaneous malignant melanoma,CM）侵袭性最强。随着人们生活习惯的改变，黑色素瘤的发病率逐渐升高，其发病主要与紫外线辐射引起黑色素细胞突变有关，具有极强的免疫原性，研究CM的发生发展机制对于疾病的治疗至关重要。对皮肤恶性黑色素瘤的免疫治疗及其相关作用机制的研究进行了综述，以期为黑色素瘤的治疗提供新的思路。关键词：黑色素瘤；靶向治疗；免疫检查点抑制剂；肿瘤微环境DOI：10.19586/j.20952341.2023.0094 中图分类号：Q939.91，R739.5 文献标志码：AThe Research Progress on Action Mechanism of Melanoma ImmunotherapyZHANG Pengxiao1，HU Nian2*1.School of Health Science and Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China；2.Shanghai University of Medicine&Health Sciences Affiliated Sixth People s Hospital South Campus，Shanghai 201499，ChinaAbstract：Skin cancer is a common malignant tumor in dermatology in clinical practice，and among which cutaneous malignant melanoma（CM）is the most aggressive one.With the change of peoples lifestyle，the incidence of melanoma is gradually increasing，and its development is mainly related to the mutation of melanocytes caused by ultraviolet radiation，which is extremely immunogenicity，and the study of the mechanism of CM development is crucial for the treatment of the disease.This article reviewed the research on immunotherapy of cutaneous malignant melanoma and its related mechanisms of action，with the aim of providing a new way of thinking about the treatment of melanoma.Key words：melanoma；targeted therapy；immune checkpoint inhibitors；tumor microenvironment恶性黑色素瘤（cutaneous malignant melanoma，CM）是最具有转移性的人类癌症之一，在人类生活方式改变和全球气候变化的双重影响下，皮肤黑色素瘤的发病率逐渐升高1。恶性黑色素瘤可以由良性皮肤黑色素痣恶变而来，也可以由紫外线辐射、家族遗传等多种因素诱发，其分型包括浅表扩散型黑色素瘤、结节型黑色素瘤、肢端型黑色素瘤、黏膜型黑色素瘤、恶性雀斑样痣黑色素瘤、纤维增生型黑色素瘤和眼部黑色素瘤。皮肤黑色素瘤具有显著的代谢可塑性，其致癌基因激活和能量代谢之间的联系对于肿瘤细胞的生长发展具有重要作用，CM的治疗策略主要为手术切除和化疗，随着对CM的发生发展因素及其机制研究的深入，发现免疫疗法的研究对于提高 CM患者的总生存率具有良好的促进作用。目前关于皮肤黑色素瘤的免疫治疗研究主要针对免疫检查点抑制剂、肿瘤微环境和机体免疫系统能量代谢等方面，本文主要介绍了几种皮肤黑色素瘤免疫疗法的研究进展及其作用机制，旨在了解免疫治疗对皮肤黑色素瘤治疗疗效的影响，以期促进黑色素瘤免疫治疗策略的研究与发展。收稿日期：20230728；接受日期：20230829基金项目：上海市生物医药科技支撑专项（21S11902000）。联系方式：张鹏晓E-mail:；*通信作者 胡念 E-mail:张鹏晓，等：黑色素瘤免疫治疗作用机制研究进展1黑色素瘤的影响因素黑色素瘤的影响因素主要包括家族遗传史、多个皮肤黑色素痣、皮肤白皙和紫外线辐射等2，其中紫外线辐射被认为是黑色素瘤发病的主要环境因素3。紫外线辐射可以诱导DNA的突变，诱导突变主要有两种机制，分别为聚性突变和氧化突变，进而导致黑色素瘤的发生。皮肤恶性黑色素瘤的高度免疫原性是由其高突变负荷所导致的4。尽管目前针对黑色素瘤的治疗已经取得了良好的进展，但是由于黑色素瘤的原发性和获得性耐药导致临床中黑色素瘤患者对治疗的预后较差或者很难痊愈，因此，针对黑色素瘤的个性化免疫治疗的发展对于提高患者的生存率至关重要。2黑色素瘤的免疫疗法根据肿瘤的位置、发病原因和肿瘤分期等特征，黑色素瘤的治疗包括手术、化疗、放疗以及光动力疗法等治疗策略5。此外，已有研究人员提出了免疫靶向治疗或使用治疗性单克隆抗体来提高黑色素瘤治疗的效率6。黑色素瘤的标志是丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinases，MAPK）通路激活致癌突变和肿瘤微环境（tumor micro-environment，TME）内的免疫抑制7。免疫系统在对抗肿瘤分子发展的过程中发挥着重要的作用，它可以抑制肿瘤的生长，在黑色素瘤的免疫机制中适应性免疫占据主导地位8，因此深入探索引起免疫系统和黑色素瘤之间抗肿瘤反应的因素，对于开发有效、个性化程度高和毒性较小的治疗方法至关重要9。在抗黑色素瘤的治疗中，免疫系统作为机体的第一道防线发挥着至关重要的作用，可为皮肤黑色素瘤免疫治疗的有效性提供了细胞和分子基础5。黑色素瘤的免疫作用主要是由适应性免疫细胞介导的10，主要表现为特异性T淋巴细胞接受抗原刺激后会发生一系列增殖、分化，产生的效应T细胞可以与机体内的靶细胞进行特异性结合并使其裂解死亡，从而达到抗肿瘤的目的。随着黑色素瘤发病率的逐渐提高，针对恶性黑色素瘤不同发病原因的免疫治疗可能为黑色素瘤的治疗提供新的方案，为患者带来新的治疗希望。2.1肿瘤微环境肿瘤细胞会采用多种策略来创造耐受性微环境，如产生免疫抑制细胞因子、竞争营养物质和表达抑制性配体等，这些机制可能发挥协同作用以抑制免疫细胞的活性，特别是会导致肿瘤所必需的CD8T细胞6，11-12衰竭。肿瘤微环境是指肿瘤细胞产生和生存的内环境，是由肿瘤细胞和周围的成纤维细胞、免疫细胞、炎性细胞、胶质细胞，以及细胞外基质（extracellular matrix，ECM）、微血管以及浸润在其中的生物信号分子等组成的复杂网络机制13，对肿瘤的发展具有重要的作用。肿瘤发展的一个标志是肿瘤细胞逃避免疫系统的监视，具体表现为肿瘤细胞的免疫逃逸能力增强和免疫浸润细胞抗肿瘤能力受损13。在肿瘤微环境中，T细胞活化不足导致CD8+T细胞功能失调，例如，有研究发现在许多动物模型和患有癌症或者慢性病毒感染的人群中观察到具有衰竭特征的CD8+T细胞14。在黑色素瘤的发展过程中，肿瘤细胞可以发生免疫逃逸，进而在机体内快速生长，而免疫逃逸受肿瘤细胞和TME之间相互作用的影响。因此，研究肿瘤细胞与TME的相互作用及影响因素有助于在黑色素瘤的发展初期抑制肿瘤的生长。综上所述，TME 和肿瘤存在一种相对的关系，即TME和肿瘤细胞相互依存，相互促进，同时又可以相互斗争，相互拮抗。研究TME和肿瘤细胞之间关系的作用机制以及其相互作用的影响因素对于开拓黑色素瘤治疗的新方案具有十分重要的作用。2.2靶向治疗在癌症患者的靶向治疗中，靶向药物的设计研发是根据肿瘤细胞特定的分子进行的15，靶向药物是通过体内具有特殊亲和力分子的某些细胞或者其他生物材料作为载体输送至靶器官而发挥作用。在80%的黑色素瘤患者中，硫酸软骨素蛋白多糖 4（chondroitin sulfate protein polysaccharide 4，CSPG4）存在过表达16-17。CSPG4主要被硫酸软骨素-4（chondroitin sulfate 4，CS4）修饰，与其他跨膜核心蛋白聚糖（如多配体蛋白聚糖）和细胞表面粘附受体（如整合素）相类似，这些细胞表面蛋白聚糖在参与信号转导时，既可以作为与内源性受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）活901生物技术进展生物技术进展 Current Biotechnology性受体合作的共受体，也可以作为直接和间接与聚合黏附激酶（focal adhesion kinase，FAK）和细胞外调节蛋白激酶1，2（extracellular regulated protein kinases，ERK）等细胞质激酶结合的结果。CSPG4可以参与激活两种信号通路：通过MAPK级联的RTK信号传导和通过FAK激活的整合素信号传导，而这些被激活的通路可以诱发肿瘤的细胞功能发生变化，其中包括细胞骨架重组、粘附、迁移、上皮-间叶细胞转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）、生长、存活和化疗耐药性。CSPG4与整合素的相互作用诱导下游相关粘附信号通路的激活，从而导致恶性肿瘤的进展18，这一作用结果表明，CSGP4可以作为治疗黑色素瘤的潜在靶点。目前，针对CSGP4的抗体有双特异性T细胞衔接子（bispecific T cell engagers，BiTE）抗体和抗-CSGP4单链抗体。其中，BiTE抗体既可以结合黑色素瘤细胞上的 CSGP4，又可以结合CD8+T细胞CD3的双特异性抗体，而抗-CSGP4单链抗体是连接在 TNF相关凋亡诱导配体的单链抗体，其可以抑制CSGP4的下游信号通路，以达到抗肿瘤的目的19。然而，在基于CSPG4的黑色素瘤的治疗中，CSPG4发挥作用的途径以及影响因素仍然需要深入的研究。尽管靶向治疗研究已经取得了良好的进展，但黑色素瘤患者的发病原因具有个体差异性，因此，在靶向治疗黑色素瘤时，需要根据患者个体情况进行个性化治疗，以达到理想的治疗效果和较小的毒性危害。2.3免疫检查点抑制剂 免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors，ICIs）在癌症的免疫治疗方法中具有极其重要的作用。目前，获得美国食品药品监督管理局批准的ICIs主要包括抗细胞毒性T淋巴细胞相关抗原 4（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4）、程 序 性 死 亡 受 体 1（programmed death-1，PD-1）和程序性死亡受体-配体 1（PD-Ligand 1，PD-L1），可用于治疗多种癌症类型。在黑色素瘤的治疗中，基于CTLA-4和PD-1的单抗治疗改变了癌症免疫治疗领域，并且可以提高晚期恶性黑色素瘤患者的生存率20。ICIs是通过抑制T细胞表面的负性免疫调节分子21，进而增强T细胞的免疫应答作用来实现的，针对CTLA-4和PD-1的靶点治疗已经对多种患有恶性肿瘤的患者产生了显著疗效22-24。尽管在癌症的治疗中化疗和放疗仍然是主要的治疗方法，但随着文中ICIs治疗研究的进一步深入，ICIs治疗逐渐成为辅助肿瘤治疗的主要生物治疗手段。ICIs治疗的关键是T细胞，其被激活后能够表达一些抑制T细胞功能且带有负调控信号的因子（如CTLA-4和PD-1），经过ICIs治疗后，药物会与这些信号因子相互作用从而破坏其功能，使T细胞存活时间延长并且可以继续增殖以增强抗癌能力25。目前，ICIs治疗的主要问题是只有一小部分患者对治疗产生反应，而这种低应答率的主要原因之一是免疫激活不足。已有研究提出采用免疫检查点抑制剂联合使用来提高应答率，如ICIs的联合使用在黑色素瘤中的治疗是显著有效的，但存在不良安全事件26。综上所述，ICIs作为一种新的肿瘤治疗策略，研究患者对该治疗策略的应答率仍然需要更多的试验证明。此外，在ICIs的治疗中，如何选择合适的ICIs进行联合使用对于肿瘤的治疗至关重要。2.3.1PD-1/PD-L1PD-1 在肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte，TILs）表面表达并与肿瘤细胞和其他免疫细胞上的 PD-L1 相互作用，已有研究证明这种相互作用是TME中主要的免疫抑制机制19。PD-L1主要在T细胞活化的效应期发挥作用27，其表达水平可以用来预测PD-1/PD-L1单抗的疗效28，在肿瘤细胞中 PD-L1的表达水平与肿瘤细胞通过 PD-1/PD-L1信号通路发生免疫逃逸的可能性呈正相关。在黑色素瘤的发展中，肿瘤细胞通过伪装与PD-1结合而导致T细胞分解调亡，肿瘤细胞躲避了T细胞的杀伤而进行增殖，进而引起黑色素瘤的发展29。PD-1 和PD-L1结合可以作为介导T细胞活化的共抑制信号，抑制T细胞的杀伤能力，对人体免疫系统的应答起负调控作用。因此，使用PD-1抑制剂可以减少肿瘤细胞发生免疫逃逸，诱导T细胞发挥杀伤作用，进而消除肿瘤细胞。TIL是存在于TME中的免疫细胞，它们对肿瘤细胞先天具有强烈的识别作用，可以精准作用于肿瘤细胞所在位置，进而消除肿瘤细胞。有研究证明，在血糖较低和组织缺氧的条件下，CD8+TILs可以增强过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator activated receptor-，PPAR-）信号和脂肪酸（fatty acids，FAs）的分解902张鹏晓，等：黑色素瘤免疫治疗作用机制研究进展代谢，从而使CD8+TILs的功能可以保留并在抗肿瘤免疫中发挥作用29。此外，在体外扩增TIL后回输到患者体内可以促进肿瘤细胞的消退，TIL疗法可以通过多个靶点激发对癌细胞的细胞毒性反应，而免疫检查点抑制剂可以解除免疫抑制，使回输的TIL更加有效地杀死癌细胞，因此TIL与免疫检查点抑制剂联合用于黑色素瘤可能获得理想的治疗效果。在进行黑色素瘤的治疗时，免疫检查点抑制剂与靶向治疗或者其他黑色素瘤治疗的方案进行联合使用与单一治疗方案相比可能会增强肿瘤的治疗效果，然而方案联合使用的结果以及其对肿瘤细胞的作用和对患者的生存率的影响仍需要进一步研究探索。2.3.2CTLA-4CTLA-4是一种主要由 T细胞表达的抑制性受体，CTLA-4不仅可以抑制T细胞活性，并且在T细胞活化时能够上调25。目前，CTLA-4发挥抑制作用的机制包括细胞内源性调控和细胞外源性调控两类。在内源性调控中，CTLA-4可以为T细胞受体（T-cell receptors，TCR）募集磷酸酶，从而抑制与T细胞活性相关的转录因子和泛素连接酶的激活，进而减弱信号。外源性调控中，未接触抗原刺激前处于相对静止的T细胞称为初始T细胞，在接触抗原时为了激活初始T细胞需要通过TCR的刺激以及T细胞上的CD28与抗原呈递细胞（antigen-presenting cell，APCs）上的 B7.1/CD80或 B7.2/CD86结合时传递的共刺激信号，诱导TCR信号传递后，细胞内的CTLA-4分子就会被输送至细胞表面并与CD28相同的配体竞争结合，但CTLA-4分子具有更大的亲和力，从而达到抑制共刺激的目的，然后抑制信号使T细胞进入静息状态。2010年，在一项转移性黑色素瘤患者的期临床试验中发现，抗CTLA-4抗体Ipilimumab将患者的总生存期延长了3个月，表明了CTLA-4是一种可以用于治疗黑色素瘤的潜在靶点30。尽管抗CTLA-4抗体作为单一疗法在肿瘤治疗中疗效不及其他治疗方法，但有研究证明CTLA-4与PD-L1联用可以提高治疗疗效25，其与其他疗法联合使用对于治疗黑色素瘤的作用需要深入研究进行验证。虽然目前黑色素瘤治疗的方案中，免疫检查点阻断疗法可以增强CM的CD8+T细胞免疫31，且在接受ICI疗法后许多癌症类型的患者预后有所改善，但是只有少数患者获得了持久的免疫应答和有效的疾病控制。因此，ICIs治疗后有效且安全的抗肿瘤免疫反应的应用条件仍然需要进一步的试验验证。此外，可以将ICIs和其他疗法或药物联合使用，以实现更广泛更持久的疗效。2.4基于树突状细胞的靶向治疗树突状细胞是机体内的抗原呈递细胞，其具有较高的摄取、加工、处理和呈递抗原的效率，可以增强机体的免疫应答。肿瘤的免疫逃逸是指肿瘤细胞可以通过各种机制逃避机体免疫系统的攻击，以达到在机体内生存和增殖的目的。然而，有研究表明，在肿瘤微环境中，局部树突状细胞（dendritic cell，DC）的耐受性可以促进肿瘤的免疫 逃 逸，如 经 典 型 树 突 状 细 胞（classical DC，CDC），其通过交叉呈递抗原和促进CTL活性，可以更有效检测到MHC 分子表达下调的肿瘤细胞，但是在其功能失调或者产生免疫耐受时会促进肿瘤的生长。在黑色素瘤患者的肿瘤微环境中，DC通过旁分泌Wnt5-连环素过氧化物酶激活其受体-（PPAR-），使Wnt5a促进吲哚胺 2，3 双 加 氧 酶-1（indoleamine 2，3-dioxygenase 1，IDO1）的转录表达，而IDO1的过度表达可导致微环境中L-色氨酸耗竭和T细胞功能衰竭，从而导致肿瘤细胞建立免疫逃逸机制。在DC中以CPT1A为基因靶标可以有效地使抗 Wnt5 诱导的 T 细胞发育，同时提高刺激 CD8+T细胞的增殖能力，在黑色素瘤的动物模型中，用FAO抑制剂处理DC的过继转移会显著抑制黑色素瘤的发展32，癌症相关的 DC中脂质摄取能力较高，因此表现出更高的脂质含量，而脂质含量高会损害 DC的抗原加工和呈递，这一结果表明，Wnt5-catenin-FAO可能会增强免疫检查点抑制剂的治疗，其发挥作用与否仍然需要更加深入的试验进行验证。此外，其与ICIs的联合使用可能会为黑色素瘤的治疗带来新的进展。2.5基于B细胞的免疫疗法B细胞在免疫反应中主要负责呈递抗原和产生抗体以及分泌细胞内因子并参与免疫调节，已经有研究表明调节性B细胞（bregs）在肿瘤免疫中的作用。在对 B 细胞免疫功能的研究中发现，B1 bregs 细胞通过产生IL-10抑制抗黑色素瘤免疫，而活化的B细胞在增强抗黑色素瘤免疫中发903生物技术进展生物技术进展 Current Biotechnology挥重要作用。此外，B细胞可以在辅助T细胞的作用下发生增殖、分化，最终为合成和分泌免疫球蛋白的浆细胞，这种相互作用在自身免疫33-34中的重要性表明，B细胞可能在产生抗肿瘤 CD8+T细胞免疫中起作用。在基于B细胞抗肿瘤的研究中，通过抗CD20单抗清除B细胞后，黑色素瘤的增长反而增强16，这说明B细胞可以增强机体抗黑色素瘤免疫。在肿瘤浸润的B1 bregs细胞中，抑制黑色素瘤的免疫是通过产生IL-10和肿瘤浸润性CD8+T细胞产生IFN-和TNF-来实现的35。CD8+T效应细胞发挥细胞毒性作用是通过释放穿孔素诱导黑色素瘤细胞的衰竭来实现的13。随着对B细胞在黑色素瘤治疗作用的发现，其不同的细胞群体对于黑色素瘤细胞的作用及作用机制也需要深入研究，以便根据其相应的作用通路为黑色素瘤的治疗提供新的思路。2.6肿瘤疫苗肿瘤疫苗是将肿瘤抗原通过肿瘤相关蛋白或表达肿瘤抗原的基因导入到患者体内，根据主要组织相容性复合物（major histocompatibility complex，MHC-I）分子呈递的抗原诱导特异性 CD8+T细胞产生，激活机体的免疫系统，从而达到抗肿瘤的目的。此外，有研究表明肿瘤疫苗可以增强识别肿瘤相关抗原的T细胞活性36，但相关作用机制仍需要进一步的探索研究。虽然肿瘤疫苗给肿瘤的治疗策略带来了新的思路，但其临床治疗效果并不显著，肿瘤疫苗与免疫检查点抑制剂的联合使用可能发挥理想的治疗效果，这一策略需要深层次的研究以及相关安全性的验证。2.7IL-6靶向细胞因子免疫检查点抑制剂的应用显著提高了患者的生存率，但是有很多患者对免疫疗法没有反应或者逐渐发展为耐药体质，导致这种现象的原因之一是髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSC）的产生，它在免疫抑制性的肿瘤微环境中发挥主要作用。MDSC是在机体炎性环境下产生的，还可以产生炎性细胞因子、生长因子和趋化因子37，其发挥免疫抑制作用的途径和机制有多种，从而间接抑制机体的免疫应答。IL-6属于趋化因子的一种细胞因子，它可以刺激活化B细胞增殖，分泌抗体，还可以刺激T细胞增殖。据报道，IL-6可以促进癌细胞的存活、增殖和侵袭38。IL-6上调MDSC中CCR5和精氨酸酶1的表达是通过STAT3依赖机制实现的，在IL-6存在下分化的MDSC具有强烈抑制CD8+T细胞的功能。抑制IL-6信号可以在自身免疫性疾病或器官移植中诱导免疫耐受39。此外，研究发现IL-6受体缺乏会导致患者的免疫缺陷和异常炎症反应40。也有研究表明，在使用IL-6抗体阻断剂后的个体中，黑色素瘤的发展显著加快37。因此，IL-6细胞因子可以作为针对黑色素瘤免疫治疗的靶标。目前靶向治疗的主要障碍是技术，如何利用现有的生物材料及时准确鉴定新抗原以及如何将靶向药物精准投递到靶部位17需要进一步的研究。靶向治疗可以精准作用于癌细胞的靶部位，不仅可以杀伤癌细胞，对机体其他正常细胞的毒害作用也较小，而且可以提高肿瘤患者的治疗作用并增强患者治疗的依从性，其与其他治疗方案的联合使用可能有助于提高患者治疗疗效，使患者的受益达到最大。3展望尽管针对黑色素瘤的治疗已经开发了多种治疗策略41，但是关于黑色素瘤的发病机制仍然需要更加深入的研究。首先，需要对CM的影响因素和生物学影响展开深入的了解，以预防或减缓CM的转移。其次，转移性黑色素瘤患者中的突变可能预示出现了新的治疗靶点，这也说明导致DNA损伤或突变负荷增加的方案是可行的。最后，关于原发性或转移性黑色素瘤患者的基因信息有助于开发患者的个性化治疗方案。在今后针对CM的治疗方案的开发中，需要深入研究肿瘤微环境，明确与肿瘤发生相关的免疫细胞和肿瘤发生免疫逃逸的机制42，以确定有效的治疗策略，同时需要不断探索可能的潜在靶点，逐渐克服目前治疗效果差的现状。已有的治疗策略在黑色素瘤患者治疗中的作用仍然缺乏深入的研究，新发现的免疫检查点抑制剂在临床中的应用效果尚未进行验证，因此需要对这些策略开展更多研究。此外，还需要进一步研究阐明哪一种治疗策略更为有效，希望更多的学者对于黑色素瘤的治疗策略提供有效的建议，以针对患者发病的个性化原因研发不同的精904张鹏晓，等：黑色素瘤免疫治疗作用机制研究进展准治疗策略，从而提高患者的生存率。参考文献 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