学术成果 | 肠癌肝转移肿瘤微环境在治疗过程中的演变

肿瘤微环境(TME)严重影响疾病生物学，可能影响对系统治疗的响应，从而影响患者预后。之前研究发现免疫特征可以预测I - III期结肠癌的预后并指导治疗选择。越来越多的证据表明，治疗诱导的TME变化可以促进肿瘤进展、转移和耐药。然而，结肠肝转移(CRLM)治疗中的TME动态变化仍不完全清楚。

近日，南方医科大学南方医院石敏教授团队联合吉因加开展了一项相关研究。研究成果“Evolution of tumor microenvironment in colorectal liver metastases under treatment stress”发表于知名期刊Cancer communications（IF=10.392）。

主要发现

本研究入组15例CRLM患者，共收集37个肿瘤组织，通过RNA测序、T细胞受体测序（TCR-seq）、免疫组化（IHC）染色和免疫荧光化学方法，探索CRLM 患者在治疗状态下 TME 的演变（图1）。研究发现，在治疗应激下，有响应患者的TME被重塑以促进T细胞免疫和血管正常化；而在无响应者肿瘤中，脂质代谢通路激活，中性粒细胞浸润增加（图2）。

图1 研究设计

图2 治疗过程的免疫景观变化

研究结果

1.与治疗响应相关的基因和通路

对治疗前后配对样本的差异表达分析显示，有响应患者（部分缓解，即PR）在治疗期间上调多个与免疫相关的基因，上调基因显著富集在T细胞激活与分化、白细胞迁移等免疫激活通路；而无响应患者（疾病稳定或进展，即SD或PD）肿瘤中多个免疫相关基因显著下调（图3G-I）。基因集富集分析（GSEA）显示，有响应者的干扰素反应和炎症反应通路在治疗期间上调，而无反应组中则下调（图3J）。

图3 差异表达基因和通路与治疗结局的关系

2.治疗期间的肿瘤微环境重塑

单样本基因组富集分析（ssGSEA）表明，在治疗期间，树突状细胞、抗原提呈细胞和T细胞浸润水平在响应组中显著上调，细胞周期和代谢水平下降。相反，在无应答者中，免疫激活相关特征下降，免疫细胞的浸润水平与治疗前相比发生下降或无显著变化。反映血管正常化的GPAGs评分在应答者中升高，而在无应答者中降低（图4A-B）。IHC结果显示，应答者治疗后肿瘤内CD8 T细胞密度显著升高。而在无响应组中，CD8 T细胞密度轻微但不显著下降（图4C）。总之，治疗过程重塑了TME，且与治疗反应相关。

TCR-seq结果表明，在治疗期间，TCR多样性得分随肿瘤缩小而增大，随肿瘤进展而减小（图4D-E）。这些发现证实了响应性肿瘤的免疫重塑，包括T细胞浸润和活性增加，TCR多样性增加，以及抗原递呈的增强。

图4 治疗期间的肿瘤微环境变化

CIBERSORT结果显示在无响应组中，中性粒细胞的比例明显增多(图4F)。TCGA泛癌数据发现中性粒细胞与脂肪酸代谢之间存在显著的正相关，而与T细胞免疫之间存在负相关（图5）。这些结果表明脂肪酸代谢-中性粒细胞串扰在治疗耐药性中起主要作用。

图5 中性粒细胞与其他特征之间的相关性

3.不同治疗方式的差异

通过比较单独化疗和化疗联合抗血管治疗的转录谱，发现VEGF-A抑制剂增加了治疗后肿瘤内T细胞的丰度，并上调了免疫检查点相关基因的表达（图6A）。贝伐单抗联合化疗能显著增强肿瘤的干扰素反应、TNF-α信号通路和T细胞受体信号通路（图6B – C），表明联合治疗促进了肿瘤T细胞浸润和活化。对于接受化疗联合贝伐单抗有响应的患者，VEGF-A抑制剂激活了T细胞，促进白细胞迁移和上调炎症反应（图6D- E）。有响应患者治疗后血管密度降低，正常血管比例增加(图7)。这些结果提示T细胞的浸润与肿瘤血管正常化有关。

图6 贝伐单抗促进TME的免疫调节作用

图7 血管形态学

研究结论

本研究发现，在治疗应激下，TME被重塑以促进有响应患者的T细胞免疫和血管正常化。而在无响应者肿瘤中，脂质代谢通路激活，中性粒细胞浸润增加。本研究的发现基于临床样本的动态分析，更接近临床环境，有助于改善治疗，并为进一步探索耐药、脂质代谢和TME之间的关系提供了有价值的线索。

专家介绍

石敏 教授

主任医师、博士生导师、博士后合作导师

• 南方医科大学南方医院肿瘤内科副主任、消化肿瘤亚专科主任

• 中国临床肿瘤学会（CSCO）胃癌专家委员会委员

• 广东省医师协会肿瘤内科医师分会副主任委员

• 广东省医学教育学会肿瘤学专业副主任委员

• 广东省抗癌协会抗肿瘤药物专业委员会副主任委员

• 广东省预防医学会肿瘤防治专业委员会副主任委员

• 广东省药理学会肿瘤药理专业委员会副主任委员

• 广东省医学会肿瘤学分会常委

• 广东省抗协会肿瘤靶向治疗专业委员会常委

• 广东省抗癌协会肿瘤转移专业委员会常委

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参考文献：

1. Na Huang,Dongqiang Zeng,Wangjun Liao,et al.Evolution of tumor microenvironment in colorectal liver metastases under treatment stress.Cancer communications.2022 Jan 15.doi: 10.1002/cac2.12259.