2023-08-01 14:49·
邱志远大夫生信李清照
“冷”肿瘤对免疫检查点抑制剂反应不佳是行业共识，这里的“冷”指的是肿瘤微环境中富集免疫抑制细胞，如Treg、MDSC、M1等。其它一些肿瘤免疫分型，如免疫炎症、免疫沙漠、免疫排斥，同样是根据肿瘤微环境中不同类别免疫细胞相对占比来定义。肿瘤微环境中不仅仅关注免疫细胞富集程度，其它组成成分和功能差异对癌症发生发展也有着重大影响。
今天给大家分享一篇2023年3月13日发表在Cancer Cell（IF=38.585）杂志上的综述性文章。本文全面且深入的阐述了肿瘤微环境基本构成和功能调节因素，以及随着癌症发展肿瘤微环境的演变过程。接下来我们正式开始吧！
一、肿瘤微环境构成及影响因素
肿瘤代表着复杂的生态系统，其中包括肿瘤细胞、免疫细胞、癌症相关成纤维细胞（CAF）、内皮细胞（EC）、壁细胞、附加的组织驻留细胞以及以上细胞嵌入的动态、血管化的细胞外基质。不同肿瘤类别、肿瘤内在特征、肿瘤分期、病人状态相关的肿瘤微环境组成和功能状态可能存在巨大差异，了解肿瘤细胞内在、细胞外在和疾病进展的全身介质之间复杂的相互作用对于合理开发有效的抗癌治疗至关重要。
肿瘤微环境包括细胞和非细胞成分，如CD8+T、CD4+T、Tregs、B细胞等适应性免疫细胞，巨噬细胞、中性粒细胞、单核细胞、树突状细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞、髓系来源骨髓抑制细胞（MDSC）、血小板等髓系免疫细胞，NK、iNKT、γδT、先天淋巴样细胞（ILCs）等先天免疫和适应性免疫交界免疫细胞，CAF、脂肪细胞、细胞外基质（ECM）、神经元和神经纤维等肿瘤间质细胞和基质成分，血管内皮细胞（ECs）、淋巴管内皮细胞（LECs）、壁细胞等血管细胞，大部分免疫细胞具有抗肿瘤和促肿瘤的双重作用。
肿瘤微环境的复杂还体现在细胞之间的相互作用、病人本身状态、癌症类型以及肿瘤细胞内在固有特征等内容。细胞互作主要通过直接接触和旁分泌的形式进行，接触依赖的细胞互作由粘附分子介导，包括整合素、钙粘附素、选择素和免疫球蛋白超家族成员，也通过gap连接和隧道纳米管，典型例子PD1/PDL1介导的作用机制。旁分泌通过肿瘤内在特征和细胞压力引发以及其他多种细胞类型释放的细胞因子、趋化因子、生长因子和蛋白水解酶等促进TME中细胞间交流，细胞外囊泡是另一种旁分泌机制可以改变TME，甚至影响原发位置的远端。改变的代谢需求和伴随的代谢物分泌，在创造支持性TME中的重要性也越来越被认识到。蛋白水解酶对ECM重塑释放束缚分子，产生局部高浓度释放的介质。此外，癌症和TME细胞通过包括整合素和CD44在内的受体直接与周围的ECM交流，参与了癌症中复杂的信号网络功能。
同种癌症不同病人之间TME存在差异，病人年龄、性别、生活方式、BMI、体内微生物群等都可能影响TME的形成。不同癌症类型中也存在不同的TME，如脑胶质瘤起源于大脑，与起源于颅外肿瘤的脑转移瘤具有不同的免疫景观。不同肿瘤组织中通常具有不同类型的组织驻留免疫和基质细胞，如驻留肺或肝脏的巨噬细胞具有不同功能。这种组织器官特异性转录可能在它们到达组织时由局部提示激发，或者可能已经在组织发育过程中被表观遗传印记，就像长寿的成纤维细胞一样。
肿瘤细胞的内在特征，包括遗传改变、表观遗传改变、代谢重编程和信号释放，是肿瘤塑造其微环境的关键决定因素。如癌细胞中TP53突变或缺失导致富集骨髓聚集的免疫抑制微环境。癌细胞的内在特征变化会改变分泌物质，改变细胞表面受体或配体，影响EV的载货量和丰度，并改变营养物质的使用，从而导致肿瘤免疫环境的广泛变化和ICB反应受损。
总之，需要从整体上理解癌症并在治疗时考虑多个层面的复杂性。包括肿瘤细胞的内在和外在因素，以及疾病进展的系统介质，如潜在的感染、炎症和慢性病理。环境因素也正在成为癌症进展的重要调节因素，包括污染和其他致癌物。治疗干预，包括手术和化疗、放射治疗和免疫治疗，可能会影响TME，反过来，也会受到TME和患者全身变化的影响。有效针对这众多因素的合理组合对于发展有效的、长期的疾病控制至关重要。
图1. 多种细胞内源性和全身性因素影响患者和TME
二、癌症发展过程中TME演变概览
癌症起始阶段，恶性细胞生长开始失控，被天然免疫和适应性免疫系统识别到，各种B、T细胞、髓系免疫细胞开始富集在肿瘤细胞部位，随着癌症进展，T细胞出现功能耗竭状态，Treg等免疫抑制细胞被招募到肿瘤部位，另外癌细胞通过重塑脉管系统和细胞外基质(ECM)来协调肿瘤支持环境，新血管形成，肿瘤不断扩大，开始侵袭周围正常组织，脱离上皮细胞粘附，发生上皮间质转化（EMT），穿越内皮层，内渗入血管和淋巴管，沿着血管腔面迁移。通过旁分泌等机制提前在远端形成转移前生态位，为癌细胞转移打下环境基础。进入循环系统的肿瘤细胞大部分被杀死，小部分被中性粒细胞和血小板保护的CTC，进一步外渗到继发器官，如骨、肝脏、肺和大脑。最终播散性肿瘤细胞DTC经历肿瘤休眠和生长的复杂相互作用后在继发部位定植，实现癌症转移。
图1.癌症发生、进展、侵袭、转移过程中肿瘤微环境代表性细胞类型
三、癌症发生：组织内稳态被破坏
癌症的发生是一个长期积累的过程，正常细胞发生突变转变为恶性细胞，而恶性细胞必须克服更多障碍才能形成肿瘤，包括逃避免疫攻击，将周围基质转化为支持肿瘤的TME，获得足够的氧气和营养供应以满足其高代谢需求。
免疫监视是机体的一种保护机制，免疫系统借此识别并消除威胁生命的病原体、伤口愈合和清除受损细胞，先天免疫和适应性免疫是其主要的作用机制，高T细胞密度和T细胞激活特征通常与各种癌症的生存率提高相关。利用单细胞技术和空间多组学技术研究肺癌进化表明，最初的低级别病变的特征是幼稚T细胞的涌入，表明免疫系统在最早的阶段就感觉到了转化。随着病变的进展，观察到向激活的T细胞和髓样细胞的积累以及参与免疫抑制的基因的上调的转变。早期肿瘤病变被适应性和先天免疫系统感知到，并且随着这些病变的进展，向免疫抑制的TME过渡。
临床前肿瘤模型的研究进一步支持肿瘤进展过程中免疫逃避的早期发生。在转基因乳腺癌模型中，BRCA1和P53功能缺失驱动的乳腺肿瘤在发生前进行单细胞转录组分析，研究揭示一个潜在的免疫抑制微环境的早期建立，其特征是Treg和组织驻留巨噬细胞的积累。值得注意的是，肿瘤起始过程中免疫逃逸的时间和机制可能取决于组织环境、肿瘤起始基因改变和宿主特征。
慢性炎症也会导致肿瘤发生，众所周知的炎症导致肿瘤发生的例子包括慢性炎症性肠病，它容易导致结直肠癌；导致肝癌的慢性肝炎和非酒精性脂肪肝；以及石棉引起的炎症，可导致间皮瘤。慢性炎症组织通常以Th2型免疫反应和骨髓细胞向免疫抑制功能状态极化积累为特征，分泌活性氧(ROS)、促炎细胞因子、趋化因子、生长因子和促血管生成介质。这些可能导致组织损伤、上皮突变、内皮功能障碍和血管生成、免疫抑制和基质重塑，最终导致肿瘤的发生和发展。
四、癌症进展：炎症催化
癌症相关炎症跟伤口愈合时的炎症有所不同，伤口愈合是适应性免疫细胞和先天免疫细胞之间精心安排的动态相互作用，导致炎症消退和组织内稳态恢复，但对于发展中的肿瘤，炎症的特点是破坏适应性-先天免疫细胞串扰，且这种破坏作用无法消除。在长时间的炎症信号、低氧、低pH和代谢物水平改变的影响下，这种炎症变得慢性和破坏性的。
随着肿瘤的生长，TME发生显著变化。细胞毒性CD8+ T细胞和NK细胞的逐渐减少，功能失调的CD8+ T细胞、免疫抑制性CD4+ FOXP3+ Tregs和调节性B细胞增加，而CD4+ T细胞倾向于促炎Th2表型，DC表现出成熟和功能缺陷，它们使自己的表型适应局部的炎症信号。肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)和中性粒细胞(TANs)通常是不同TMEs中最丰富的骨髓细胞，具有巨大的多样性和可塑性，其丰度跟患者预后不良显著相关。单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析显示，在单个肿瘤中存在多个巨噬细胞和中性粒细胞亚群，揭示TAM同时共同表达典型的M1和M2标记基因。另外，组织驻留巨噬细胞跟募集的单核细胞来源巨噬细胞功能也不同。驱动这些细胞动员和激活的关键肿瘤源性介质包括巨噬细胞的CSF-1、CCL2、VEGFA、TNF-a和信号素3A，以及中性粒细胞的G-CSF、GM-CSF、IL-6、CXCL1、CXCL2、IL-1b和IL-8，它们在肿瘤中的存在通常与较差的预后和较差的治疗反应相关。值得注意的是，不同的机制可能共存于同一肿瘤中，可能局限于肿瘤内的特定空间区域，或者可能随着癌症的进展而顺序激活。
癌症进展过程中也伴随有CAF组成和功能改变以及ECM重塑。CAF是某些肿瘤的主要组成部分，其异常活化、表型和功能多样性也会导致癌症发生，如肝癌、胰腺癌等。CAF起源仍有争议，在早期肿瘤中，局部组织驻留成纤维细胞的扩张可能是一个来源，而其它一些研究表明不同组织拥有不同的成纤维细胞谱系，这可能导致不同的细胞状态或功能不同的CAF亚群，CAFs也可能由其他细胞类型转化而来，包括肌成纤维细胞、BM来源的间充质干细胞(MSCs)、星状细胞和脂肪细胞来源的CAFs。CAFs对来自TME的动态变化线索也表现出可塑性，最近研究表明CAFs由多种亚型组成，这些亚型在肿瘤进展过程中发生变化，并在空间层面被调节。在胰腺癌中，三种不同的CAF亚型共存：肌成纤维细胞(myCAFs)、炎性CAFs (iCAFs)和抗原呈递CAFs (apCAFs)，它们具有不同的功能特性和转录组可塑性。在TME中，CAFs被多种机制激活，包括暴露于炎症介质、ECM硬度和组成的变化以及代谢物的改变，关键的可溶性激活剂包括TGFb、IL-1、IL-6和TNFa。CAFs主要负责TME内ECM的沉积和重塑，如TME的纤维化导致组织僵硬，这与胰腺癌和乳腺癌患者的低生存率显著相关。CAFs在TME中同样发挥着多效性和功能相反的功能, 在不同的TMEs中存在功能相反的CAF亚群。CAFs可以通过几种机制帮助肿瘤逃避免疫控制，如CAFs与T细胞功能障碍和排斥有关；MHC-II类表达的CAFs表现出与CD4+ T细胞相似的抗原呈递能力，但缺乏共刺激分子，这可能导致T细胞活化缺陷；CAF通过分泌IL-6、IL-1β、VEGF、CSF-1、CCL2等促进Treg的富集和免疫抑制；CAFs还直接影响癌细胞，在人类乳腺和肺部肿瘤样本中，CD10+ GPR77+ CAF亚群通过IL-6和IL-8的分泌为癌症干细胞提供了生存生态位，从而促进了肿瘤的形成和化疗耐药。总之，CAF的功能是高度多样化的，并且依赖于上下文。
新生血管对肿瘤发生发展至关重要，一旦肿瘤生长达到1-2mm，它就需要建立运送氧气和营养物质的血管系统。在健康组织中，血管系统是稳定的，血管的主要组成部分内皮细胞不活跃地分裂。相比之下，在肿瘤起始时血管生成的开始，也称为血管生成开，是一个复杂的过程，涉及内皮细胞、周细胞、壁细胞、癌细胞、肿瘤相关免疫细胞和内皮细胞之间的广泛串扰。肿瘤诱导的血管生成有助于免疫抑制和免疫逃避，癌细胞可以沿着宿主血管的腔面迁移，这些血管可能被纳入正在发展的肿瘤。血管拟态（vascularmimicry）是进展中的肿瘤进入血液循环的另一种策略，在黑色素瘤和胶质母细胞瘤中已有报道。缺氧，即组织中缺氧，是血管生成的主要诱因，VEGF及其下游信号通路是主要的驱动因素，高肿瘤内和全身VEGF水平与各种癌症类型的不良疾病结局相关。FGF2、PIGF、炎症介质TNF、BV8、G-CSF同样可以促进血管生成。肿瘤相关骨髓细胞通过促血管生成介质促进肿瘤血管生成，增加血管通透性，包括VEGF-A、FGF2、PIGF、TNF和BV8，这些细胞也产生蛋白酶，如MMPs和组织蛋白酶，它们分解ECM并释放隔离的促血管生成分子。肿瘤淋巴管也具有重要的免疫调节特性，通过多种机制抑制T细胞反应，包括免疫检查点分子的表达和缺乏共刺激分子的抗原呈递，VEGF-C是淋巴管生成的主要驱动因子，高水平的VEGF-C与转移增加和生存率降低有关。CAFs也是肿瘤血管生成的关键协调者，CAFs产生几种促血管生成介质，包括VEGF-A、FGF2和CXCL12等；在TME中招募和激活具有促血管生成能力的EC祖细胞和髓样细胞，CAFs间接促进肿瘤血管生成；CAF介导的结缔组织增生反应影响肿瘤的血管化。
五、癌症转移扩散前的准备工作
癌细胞的侵袭（invasion）和转移（migration）
一旦肿瘤成功地在血管生成、炎症和纤维化之间建立起相互加强的联系，它们就可以进入疾病进展的下一个阶段：局部侵袭。侵袭性生长是癌症的关键标志之一，并为转移性扩散奠定了基础。侵袭是一个复杂的、多步骤的过程，包括癌细胞彼此分离，从原发肿瘤块移开，并侵入周围的基质。癌细胞可以单细胞侵入，也可以成束或成簇侵入在侵袭过程中，癌细胞暴露于不断变化的TME细胞和分子成分中，并且必须转换表型来完成这一过程。为了与邻近的癌细胞分离，上皮细胞间粘附蛋白E-钙粘蛋白的缺失是这一过程的核心，通常伴随着上皮到间充质(EMT)转化样的过渡状态，癌细胞失去了上皮细胞的特征，获得了促进干细胞样特性和迁移的间质特征。但并非所有肿瘤在转移传播过程中都经历了EMT，有研究表明，CAFs通过其重塑特性和施加物理拉力在ECM中产生物理轨迹，从而使癌细胞集体侵袭。其他TME细胞也能促进癌细胞侵袭，如神经周围浸润(PNI)是癌细胞沿神经局部延伸的过程，在几种实体癌类型中观察到，并与不良预后相关。另一方面癌细胞要侵入正常组织，需要打破基底膜在上皮细胞和间质细胞之间建立的物理屏障，癌细胞做到这一点的能力取决于多种因素的组合，包括它们的内部编程、ECM的结构和来自TME的信号提示。CAFs是重塑基底膜和ECM网络的关键角色，通过分泌蛋白酶，也通过施加收缩力在基底膜上产生间隙，然后癌细胞可以利用这些间隙穿过基底膜。
进入血管（内渗，intravasation）
转移级联的下一反应是癌细胞内渗进入血液或淋巴循环，癌细胞穿越内皮层进入循环的机制是复杂的，依赖于环境，并受到癌细胞内在特征、ECM的物理特性和脉管系统类型、微环境线索和缺氧程度的影响。肿瘤中血管系统的完整性经常受损。血管基底膜和内皮屏障可能被破坏，从而增加血管渗漏，促进癌细胞的内渗。位于血管近端分泌CXCL12的CAFs可以将TAM和伴随的癌细胞吸引到血管周围区域，在那里发生内渗；TIE2+血管周围TAM诱导的VEGF-A信号导致血管连接处的局部丧失，导致血管通透性的短暂增加，促进了癌细胞的内渗；巨噬细胞耗竭可降低血管通透性和循环肿瘤细胞(CTCs)的数量；除了创建进入脉管系统的通道外，TAM还直接对癌细胞进行重编程，使其经历内渗过程，TAM通过Notch-Jagged信号传导促进癌细胞的癌症干细胞编程，从而导致缓慢迁移、富含入侵的癌细胞表型，从而增强其体内浸润；含有表达血管内皮生长因子VEGF的TIE2+巨噬细胞、癌细胞和内皮细胞的三方结构，也被称为转移的TME(TMEM)“门口”，以一种接触依赖的方式促进血管内扩散。
淋巴管内渗是癌细胞传播的另一途径，目前对其潜在机制尚不完全清楚。肿瘤内淋巴管经常被压缩，其结构与血管不同，可能需要不同的内渗方式。
总之，在肿瘤发生的最初阶段，癌细胞可能成为免疫系统破坏的目标。成纤维细胞和巨噬细胞最初也可以帮助抑制肿瘤生长，但它们最终可能受到癌症发展的影响而获得促肿瘤功能。例如，肿瘤相关巨噬细胞(tam)可以通过分泌生长因子、细胞因子和蛋白酶来支持血管生成和侵袭。CAFs可以被激活分泌ECM蛋白和血管生成因子，包括VEGF-A，从而进一步促进复杂交织的原发性TME。在内渗过程中，巨噬细胞定位于血管周围生态位，在那里它们可以帮助癌细胞穿过血管屏障，通过转移性肿瘤(TMEM)通道。
图2.癌症发生到进展及TME内复杂的相互作用
六、原发肿瘤的远距离传播：转移前生态位（niche）的形成
发展中的肿瘤对宿主的影响并不局限于局部TME，通过旁分泌效应，原发肿瘤触发一系列事件，在转移扩散发生之前，它们在远处器官中产生有利于癌细胞的微环境。原发肿瘤为未来播散性癌细胞的到来提前准备的远超肿瘤边界的远距离部位，称为转移前生态位。转移前生态位的存在最初是在使用肺和B16黑色素瘤肿瘤模型的研究中报道，这些原发肿瘤可触发远处肺内皮细胞和巨噬细胞中VEGF和PIGF介导的MMP9诱导，促进肺转移形成。触发一系列系统性变化导致转移前生态位生成的初始信号包括肿瘤来源的可溶性介质，最显著的是G-CSF、VEGF-A、PLGF、TGFb、S100蛋白和TNF，以及装载肿瘤货物的EV，这些货物可以转移到BM细胞和远处器官的驻留细胞。原发性肿瘤使宿主为转移性疾病做好准备的另一个机制是通过诱导肿瘤诱导的全身性炎症和免疫抑制，有利于播散性癌细胞的免疫逃逸。虽然确切的旁分泌介质、细胞参与者和转移前生态位形成的级联事件可能因肿瘤类型而异，但在远处器官中产生的许可生态位的关键特征包括血管通透性增加、ECM 重塑、成纤维细胞和上皮细胞等常驻细胞改变、骨髓来源免疫细胞的调动和免疫抑制。
七、CTC及其在循环系统中的生存之战
经过一个漫长的进化和适应过程，肿瘤细胞逐渐在原发部位形成TME，一旦肿瘤细胞内渗进入循环(血液或淋巴)，它们就会立即在这种外来微环境中受到一系列不同的损害和挑战。由细胞分离引起的失巢凋亡（anoikis）、血液循环中的高剪切力（血流与血管内皮间的摩擦所用于血管壁单位面积的力）和免疫介导的攻击，共同导致大多数CTC死亡。根据肿瘤类型的不同，每天每克肿瘤组织中有2万~7万个CTC从实体瘤肿瘤组织中脱离，小鼠模型研究表明，这些内源性、自然脱落CTC的半衰期只有几分钟，最近有研究表明，CTC的释放有昼夜规律性。经历循环后生存下来的小部分CTC通过多种机制避免被破坏，包括CTC聚类，它通过粒细胞和血小板等特定免疫细胞诱导NANOG、SOX2和OCT42来促进干性；逃避包括NK细胞在内的其他类型的细胞毒性免疫细胞的作用。循环中中性粒细胞与淋巴细胞的高比率与多种癌症的不良预后相关。血小板被认为是CTC存活的关键促进因子，其机制包括增强CTC的粘附和聚集，导致CTCs周围有一层“血小板保护罩”，可以保护它们免受身体压力和免疫系统的监视。抵消中性粒细胞和血小板的CTC保护作用是NK细胞、细胞毒性T细胞、DC和其他细胞免疫监视的破坏性力量，通过液体活检对患者CTC进行询问可以作为一种微创手段来跟踪疾病的演变，包括治疗反应和适应性耐药性的出现。
八、 器官趋向性（tropism）和外渗（extravasation）
通过循环存活的小部分CTC，下一步骤是外渗到继发器官，这在一定程度上是由每一种原发癌症的潜在器官趋向性（organ tropism）决定的，经典代表学说的是Paget在19世纪80年代首次提出的“种子和土壤”假说。这种转移倾向性可以是高度典型的，如乳腺癌主要扩散到肺、肝、骨和脑，前列腺癌显示出高度扩散到骨的倾向。这种器官倾向性受多种机制的影响，包括趋化因子、代谢物和EV等因素的信号传导，有助于CTC定向迁移到特定器官。另外，CTC的特定循环途径以及癌细胞为了进入特定器官而必须跨越的不同血管屏障的范围进一步影响了它们的最终目的地。
对于外渗本身，肿瘤细胞必须首先滞留并附着在内皮细胞的管腔（lumen）上，同时不断受到周围快速流动的血流的高剪切力，这一步骤是由肿瘤细胞和内皮细胞表达的细胞粘附分子及其配体、整合素和ECM成分促进的，与血液白细胞滚动、粘附和外渗的分子机制有一些相似之处。血小板和中性粒细胞可仍与CTC一起移动，它们可以分别通过选择素或GPCR或通过产生中性粒细胞胞外陷阱(NETs)进一步增强肿瘤细胞对脉管系统的粘附。粘附后，CTC接着穿过EC连接处，也可能穿过额外的血管细胞层(如周细胞、平滑肌细胞)和ECM，进入器官实质部位。这通常需要活性蛋白水解和/或降解细胞粘附分子，包括连接粘附分子，钙粘蛋白等，特别是多细胞CTC簇穿过脉管系统。另外，癌细胞还可以通过产生NETs来触发非癌细胞(包括血小板、单核细胞和中性粒细胞)释放这些酶，通过 “免疫模仿”产生通常富集于免疫细胞中的因子，包括趋化因子、蛋白酶和细胞粘附分子。如肺IVM所示，未来转移部位的常驻免疫细胞可以进一步促进CTC通过门道外渗。CTC还可以通过非蛋白水解机制外渗，这涉及机械变形，一次挤压一个细胞通过EC连接处，这种外渗模式在从淋巴管进入淋巴结的CTC中也更为典型。最近的一项研究发现，淋巴结的转移性定植本身并不能作为转移性克隆随后进化的枢纽，而是导致由免疫抑制性 Treg 介导的全身性肿瘤特异性免疫耐受。外渗后，CTC通常停留在血管附近，这是决定其命运的关键。
九、继发部位转移性播种以及肿瘤休眠和生长之间的复杂相互作用
在渗入继发部位后，播散性肿瘤细胞（DTC，disseminated）面临着来自外来组织环境的一系列新的挑战，并且绝大多数肿瘤细胞再次被宿主防御机制杀死，包括免疫监视。少数存活下来种植在新器官的播散性肿瘤细胞通常停留在血管系统附近，表明它们接受来自血管的调节信号。事实上，来自PVN（血管周围生态位）的分子信号，以及组织特异性的生态位，如骨骼中的骨内生态位，最初似乎使DTC处于休眠（dormant）状态，这可能保护它们免受免疫系统的识别和杀伤。在转移的级联过程中，休眠代表着最不为人所知的阶段，部分原因是研究这些稀有细胞的内在挑战，这些细胞停止增殖，可以在静止状态下存活，有时会持续几年到几十年。然而，最近的研究，包括那些利用活体成像的力量，开始揭示控制休眠开始的机制，它在潜伏期的维持，以及它从休眠中重新出现以及与微环境的关键相互作用等精细的器官特异性转移调节。
骨头
骨是DTC生物学研究最多的器官之一，部分原因是该部位发现有很大比例的患者存在微转移，尤其是乳腺癌和前列腺癌。骨微环境中存在大量不同类型的细胞，包括组织驻留的成骨细胞、破骨细胞和骨细胞，以及脂肪细胞、丰富的血管和免疫细胞，以及丰富的骨髓和ECM。在DTC定植的早期阶段，这些细胞可以在骨骼中占据不同的生态位，大多数DTC位于BM，通常在诊断为明显转移之前很久就存在。
肺
DTC的播散、休眠和生长也在肺部进行了研究，肺部是转移性传播的主要部位。事实上，考虑到肺的广泛血管化和大表面积，这对正常肺功能至关重要，CTC有很多机会停止、外渗和定植在这个器官上。通过IVM揭示了这一过程的关键见解，表明肿瘤细胞已经在原发部位获得了由转录调节因子NR2F1控制的增殖和休眠表型，并在巨噬细胞附近进一步富集，这种状态最初在DTC到达肺部后维持，随后在生长过程中消失。与其他器官类似，来自PVN的信号在决定DTC的命运中是至关重要的，包括III型胶原蛋白和tenascin C在内的ECM分子起着重要作用。在衰老背景下的临床前研究中，间质调节对肺DTC休眠的重要性也很明显。持续的炎症，例如吸烟引起的炎症，会诱发形成NETs，它充满蛋白酶，包括MMP9和中性粒细胞弹性蛋白酶。这些蛋白酶的释放重塑了肺中的层粘连蛋白，导致休眠癌细胞以整合素a3b1依赖的方式增殖。
肝脏
肝脏是一个非常频繁发生转移的器官，部分原因是肝脏血管广泛分布，有肝门静脉和肝动脉的双重血液供应，也因为肝血管高度开窗，从而促进了CTC的外渗漏。与上述器官一样，间质和ECM的改变在调节肝脏转移性生长方面也很重要。另一种肝脏细胞亚群，肝星状细胞，也在调节乳腺癌细胞在该器官中的命运中发挥重要作用。
脑转移
在大脑中，组织驻留星形胶质细胞是血脑屏障(BBB-blood-brain barrier)的关键组成部分，已发现静止的DTC驻留在被星形细胞末端包围的PVN中。
总的来说，独特的组织驻留细胞类型和募集的免疫细胞组成的不同器官微环境对DTC命运调节很重要。考虑到DTC可以休眠数年至数十年，而它们的激活是一个重大的临床挑战，充分了解潜在的机制将是必要的，因为这一关键阶段仍然代表着癌症领域的“黑箱”。同样，与原发肿瘤相比，针对休眠DTC的治疗努力本身就具有挑战性，而TME的操作可能是成功的关键。
图3.骨、肺、肝脏和脑等组织环境中转移细胞DTC的生存调节
总结
TME组成和功能在癌症发展过程中也在发生动态改变，通过本综述我们认识到TME的巨大复杂性和相互关联性，以及它在不同器官和患者中的多样性。TME中的细胞、生物学过程和信号通路的靶向治疗被视为一种有前途的策略，原则上可以推广到所有癌症类型。在 TME 中发现的大量协同免疫和基质细胞在遗传上是稳定的，因此与基因组不稳定的癌细胞相比更容易被靶向。例如包括化疗和放疗在内的标准治疗会引起TME的变化，从而以癌细胞外在的方式调节其治疗效果，增强或干扰应答。值得注意的是适应性和内在耐药性可能是TME定向治疗的障碍。尽管有这些挑战，但在扩大以TME为靶点的治疗策略方面也有很大的希望，其中包括耗尽或“重编程”TME中促癌宿主细胞；修改ECM、基质成分和EVs的干预措施；基于细胞的治疗和疫苗；以及免疫检查点抑制剂。与一次研究一种癌症类型的TME相比，整合多模型数据和先进计算分析，包括人工智能，有希望在该领域采用一种全面的系统级方法，分析和整合TME的所有复杂性，以识别和治疗关键节点。另外生物工程方面的重大进展将为大规模测试提供平台，例如准确概括器官特异性TMEs的离体类器官和组织切片。
附录.TME中不同细胞和基质成分的功能详述
CD8+T细胞：强大的效应细胞，通过TCR与pMHC结合激活后，释放颗粒酶和穿孔素让肿瘤细胞凋亡，或者通过FASL-FAS介导细胞死亡。具有不同的细胞状态，如失活或耗竭T细胞，ICI作用机制就是解除T细胞该耗竭状态，重新激活CD8+ T细胞功能。
CD4+T细胞：辅助T细胞影响和调节其它免疫细胞，具有抗肿瘤和促肿瘤双重作用。Th1型有助于CD8+T细胞和B细胞以及通过分泌IFNγ和TNFa直接杀死肿瘤细胞，而Th2型通过分泌抗炎介质促进肿瘤生长，CD4+T细胞在ICI的疗效中发挥重要作用。
Treg：高度免疫抑制CD4+T亚群，机体免疫稳态的守门人。可进一步细分为胸腺来源Treg和外周血诱导Treg，通过不同的机制来抑制肿瘤免疫反应，依赖于上下文相关线索，如癌症类型、基因组变异、所处肿瘤微环境等。鉴于Treg在预防自身免疫中的关键作用，靶向Treg治疗具有挑战性。
B细胞：体液免疫的关键介质，同时具有抗肿瘤和促肿瘤功能。通过抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和补体活化（CA）发挥抗肿瘤作用。TLS中的驻留B细胞通过抗原呈递促进T细胞活化，B细胞还可以通过分泌抗炎和促血管生成介质、免疫复合物和补体激活来促进炎症和免疫抑制，从而支持肿瘤生长。免疫抑制B细胞的一个亚群，Bregs，参与免疫耐受。
巨噬细胞：一种高度可塑性的免疫细胞群，具有促肿瘤和抗肿瘤功能。TAM包括来自不同来源的多个亚群(卵黄囊来源的组织常驻巨噬细胞或骨髓来源的浸润性巨噬细胞)。此外，多个TAM亚群在肿瘤中共存。TAM的促肿瘤功能包括促进血管生成、免疫抑制、转移形成和治疗抵抗，同时TAM还可以通过直接吞噬癌细胞或激活抗肿瘤免疫反应来对抗癌症进展。
粒细胞：中性粒细胞是血液中最丰富的免疫细胞。除了向原发肿瘤募集外，中性粒细胞还经常积聚在肿瘤宿主的血液和远端器官中。根据TME的提示和它们的成熟状态，中性粒细胞可以发挥抗或促肿瘤功能。它们的系统性积累有助于远处器官的免疫抑制和细胞外基质(ECM)重塑，从而促进(预)转移性生态位的形成。中性粒细胞在肿瘤中的多样性和可塑性是一个研究热点。
单核细胞：单核细胞在血液中循环并迁移到组织中，在那里它们分化成巨噬细胞和树突状细胞(DC)。存在几种亚型的单核细胞，包括经典、非经典和中间类型的单核细胞。最近的单细胞RNA测序研究证实了额外的单核细胞亚群。在癌症中，单核细胞发挥促肿瘤和抗肿瘤的功能。单核细胞可以产生杀肿瘤介质和刺激自然杀伤(NK)细胞。然而，在TME中，它们有助于免疫抑制、ECM重塑、血管生成和癌细胞内渗，分化为肿瘤支持TAM。
树突状细胞：树突状细胞是一组多样化的抗原呈递细胞，对启动和调节适应性免疫反应至关重要。通过整合来自TME的信息并将其传递给其他免疫细胞，尤其是T细胞，DC具有形成抗肿瘤免疫的潜力。然而，肿瘤反过来采用各种策略来限制和操纵DC活性以逃避免疫控制。利用DC的力量来改善免疫治疗反应和开发基于DC的疫苗是癌症研究的一个活跃领域。
肥大细胞：肥大细胞是一种粒细胞，通过快速脱颗粒组胺、细胞因子和趋化因子介导宿主防御和维持体内平衡。众所周知，它们在过敏和自身免疫中的作用，但它们也可以浸润肿瘤。肥大细胞在微环境刺激下发挥促肿瘤活性和抗肿瘤活性。它们可以直接靶向肿瘤细胞，但主要调控其他免疫群体和内皮细胞的募集和活性。
嗜酸性粒细胞：嗜酸性粒细胞因其在过敏性疾病和寄生虫感染中的作用而闻名。最近，它们在TME中的作用越来越明显。嗜酸性粒细胞具有通过释放细胞毒性分子直接杀死肿瘤细胞的能力，但嗜酸性粒细胞也可以调节肿瘤血管系统和调节TME的免疫组成，因此，它们可以根据接收到的激活信号具有促肿瘤和抗肿瘤的功能。此外，人们对嗜酸性粒细胞在促进免疫治疗反应中的作用越来越感兴趣。
MDSC：骨髓来源免疫抑制细胞(MDSCs)是一种异质性的骨髓细胞群，由(未成熟的)单核细胞和嗜中性细胞组成，具有强大的免疫抑制能力。这些细胞在癌症患者和小鼠癌症肿瘤模型中扩增，它们在TME中的存在与不良临床结果相关。MDSCs通过旁分泌和细胞-细胞接触机制抑制T细胞、NK细胞、B细胞和DC细胞。
血小板：血小板，是骨髓中巨核细胞产生的细胞质碎片。血小板没有细胞核，在血液中含量丰富，对凝血至关重要。血小板通过一系列不同的机制促进肿瘤的进展和转移。它们与循环肿瘤细胞(CTC)结合，通过保护CTC免受物理压力和免疫攻击来促进CTC的存活。血小板也释放促血管生成和抗血管生成介质，它们与内皮细胞结合，通过内皮细胞调节血管生成和血管完整性。血小板通过激活髓细胞参与肿瘤相关炎症和免疫逃避。
NK：NK细胞是具有细胞毒性的先天淋巴样细胞。它们识别并杀死缺乏MHC I类表达的应激细胞。循环和肿瘤内NK细胞水平可预测癌症患者生存率的提高。NK细胞具有强大的抗癌能力;然而，进展性肿瘤通过几种机制逃避NK细胞的消除，如抑制受体的上调，降低NK细胞的细胞毒性，动员免疫抑制性骨髓细胞和Tregs。通过内源性NK细胞或基于NK细胞的细胞疗法，在下一代免疫治疗方式中利用NK细胞的兴趣越来越大。
iNKT: 不变NKT (iNKT)细胞是一种CD1限制性脂质特异性T淋巴细胞，可介导先天免疫和适应性免疫，并可根据组织分布介导多种免疫功能。在一些实验模型中，iNKT细胞通过直接杀死肿瘤细胞或通过协调促肿瘤或抗肿瘤免疫细胞的活性来发挥癌症免疫监视作用。癌症相关的免疫抑制可以使iNKT细胞的活性向更多的调节功能倾斜。
γδT：γδT系胞形成一种非常规的T细胞群，表达γδ TCRs，但不表达aβ TCRs，以不依赖MHC的方式识别靶抗原。根据亚群的不同，γδ T细胞发挥效应或调节功能。在癌症中，γδ T细胞可能通过产生包括IL-17在内的细胞因子来抑制抗肿瘤免疫反应，从而促进疾病进展。抗肿瘤免疫也可以由γδ T细胞通过TCR-或NK受体相互作用或产生效应分子介导的直接细胞毒性诱导。
ILC类先天淋巴细胞：先天样淋巴细胞(ILCs)是一种高度多样化的免疫细胞群，存在于组织中，在适应性免疫和先天免疫的交叉点起作用。除NK细胞外，ILCs还包括ILC1s、ILC2s和ILC3s。ILC缺乏抗原特异性受体，并通过分泌多种细胞因子和其他炎症介质发挥其免疫调节功能。在癌症中，白细胞介素起着相反的作用。根据肿瘤类型和来自TME的线索，可以在人类肿瘤中发现不同的ILC亚群组成和激活表型。我们对不同ILC亚型在癌症中的作用的理解仍然非常有限。
CAF：癌症相关成纤维细胞(CAFs)是肿瘤基质的重要组成部分。CAFs由多种功能不同的亚型组成，表现出巨大的可塑性。CAFs在TME中发挥着多效性和相反的功能。CAFs合成并改造了ECM，改变了ECM的力学性质，改变了癌细胞和免疫细胞的行为。CAFs影响血管生成，具有很强的免疫调节能力，有助于癌症的免疫逃避。
ECM：ECM是TME的非细胞结构成分，由纤维蛋白网络组成，如胶原蛋白、糖蛋白和蛋白聚糖。ECM是一种动态结构，由TME中各种细胞产生的蛋白酶不断重塑。ECM中基质蛋白的组成因肿瘤类型和分期而异。ECM通过作为隔离分泌分子的储存库和作为细胞粘附和迁移的底物，促进TME中的细胞间通信。蛋白酶对ECM的重塑会释放束缚分子，从而产生局部高浓度的释放介质。癌症和TME细胞通过包括整合素和CD44在内的受体直接与周围的ECM接触，这些受体构成了癌症中激活的多种信号网络的一部分。
脂肪细胞：脂肪细胞存在于许多组织中，它们专门以脂肪的形式储存能量。肥胖是多种癌症的关键风险因素。癌症相关脂肪细胞是癌症类型的关键因素。它们释放游离脂肪酸、激素、细胞因子、脂肪因子和生长因子，影响癌细胞和TME中的宿主细胞。脂肪细胞和癌细胞之间存在着代谢物和氨基酸的活跃交换。癌症相关脂肪细胞具有很强的免疫调节能力。它们通过产生骨髓细胞的化学引诱剂，促进致瘤性低度慢性炎症。
神经元和神经纤维：神经元和神经纤维存在于TME中。越来越多的证据表明，神经元有助于肿瘤的发生。神经周围浸润(PNI)是癌细胞沿神经局部延伸的过程，在几种实体癌类型中观察到，并与不良预后相关。此外，在TME中，神经元和癌细胞之间通过相互的旁分泌信号存在活跃的串扰。神经元释放神经递质、神经营养因子和趋化因子，刺激肿瘤发生、抵抗细胞凋亡和增强细胞增殖。此外，神经调节TME、中枢神经系统和颅外器官的炎症和免疫反应，是癌症研究的一个活跃领域。
血管内皮细胞：血管内皮细胞内皮细胞(ECs)形成覆盖所有血管的单一细胞层。肿瘤内皮细胞表现出显著的异质性和可塑性，它们控制着蛋白质、细胞、氧气和液体进入周围组织的通道。排列在肿瘤血管上的内皮细胞不同于正常的内皮细胞。肿瘤上皮细胞表达较低水平的粘附分子，这导致屏障功能受损，而它们表达较高水平的抑制性免疫检查点分子，这有助于免疫抑制。
淋巴管内皮细胞：淋巴内皮细胞(LECs)形成淋巴管的壁。在TME中，淋巴管为癌细胞提供了除血管外的传播途径。LECs最近也被认为是抗肿瘤免疫和免疫治疗反应的直接调节因子。LECs可以呈递肿瘤抗原，也可以呈递免疫检查点分子。
壁细胞：周细胞，也称为壁细胞，围绕血管，嵌入血管基底膜，毗邻内皮细胞。它们支持血管的成熟和通透性。在肿瘤中，周细胞和内皮细胞之间的相互作用受损导致肿瘤血管渗漏和功能失调。周细胞还通过旁分泌机制与其他基质细胞和癌细胞相互作用，导致TME的调节。特别是，人们对周细胞的免疫调节活性越来越感兴趣。
