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前言

癌癥免疫治療的發(fā)展，特別是免疫檢查點阻斷療法，在癌癥治療方面取得了重大突破。然而，僅有不到三分之一的癌癥患者能夠通過癌癥免疫治療獲得顯著而持久的治療效果。

在過去的幾十年里，我們了解到，慢性炎癥的腫瘤微環(huán)境（TME）在腫瘤免疫抑制中起主要作用。而腫瘤相關細胞外基質（ECM）作為TME的核心成員，成為近年來的研究熱點。越來越多的研究表明，腫瘤相關ECM是獲得更成功的癌癥免疫治療病例的主要障礙之一。

ECM是一種非細胞三維大分子網絡，由膠原蛋白、蛋白多糖（PGs）／糖胺聚糖（GAG）、彈性蛋白、纖維連接蛋白（FN）、層粘連蛋白和其他幾種糖蛋白組成。無論是在正常組織還是在腫瘤中，基質成分和細胞粘附受體相互結合，形成了一個復雜的網絡，其中存在著多種細胞。

多年來，ECM一直被認為是一種惰性的細胞支架，只為細胞提供結構。然而在過去二十年中，人們發(fā)現了更多影響細胞生物化學和生物物理過程的功能，ECM被視為生物活性分子的儲存庫和結合位點。細胞表面受體將信號從ECM傳輸到細胞，以調節(jié)多種細胞功能，如生存、生長、遷移、分化和免疫，這對維持正常內環(huán)境平衡至關重要。

大量研究表明，腫瘤相關ECM參與促進腫瘤細胞的生長、侵襲、轉移和血管生成，而且抵抗細胞死亡和藥物擴散。因此，深入了解ECM與腫瘤免疫反應之間的關系，將有助于發(fā)揮靶向腫瘤相關ECM改善癌癥免疫治療的潛力。

細胞外基質與腫瘤

細胞外基質是細胞外分泌的大分子（如膠原蛋白、酶和糖蛋白）的復雜網絡，其主要功能涉及細胞和組織的結構支架和生化支持。一般而言，ECM可分為基底膜（BM）和間質基質（IM），分別支持上皮／內皮細胞，以及底層基質室和細胞周膜。周圍ECM的降解是浸潤性癌生長的重要組成部分，更重要的是，ECM的降解伴隨著不同腫瘤特異性ECM的沉積，導致密度和硬度的增加。

基底膜由膠原、層粘連蛋白、PGs和FN組成，位于薄壁組織和結締組織之間的界面，為薄壁細胞提供錨定片狀層，以便將其固定在一起，防止其撕裂。在上皮癌中，BM作為癌細胞侵襲、浸潤和外滲的結構屏障。在癌癥的進展過程中，經常觀察到BM的變化，通常癌細胞通過產生ECM重塑酶（如基質金屬蛋白酶）、利用BM中的天然孔隙或強行通過這些孔隙侵入BM。

在生理條件下，IM是一種松散的ECM，由膠原蛋白I和III、彈性蛋白纖維和糖蛋白組成，深入BM。成纖維細胞、常駐免疫細胞、血管系統(tǒng)和淋巴管都嵌入其中。然而，在一些腫瘤中，由于膠原纖維沉積增加，IM中的膠原纖維更厚、更有組織、更致密。隨著癌癥的發(fā)展，基質膠原纖維變得越來越整齊，尤其是在腫瘤邊緣，從而促進癌細胞的侵襲。

此外，賴氨酰氧化酶（LOX）家族催化膠原交聯的形成。在腫瘤中，LOX表達增加導致膠原過度交聯，同時，膠原沉積增加，導致硬度增加，從而引起腫瘤中的固體應力。除膠原改變外，ECM中還有各種糖蛋白的病理表達，所有這些都形成一個生態(tài)位，促進細胞遷移、粘附和轉移。

細胞外基質的主要成分

膠原

膠原蛋白是ECM的主要成分之一，與FN、層粘連蛋白、彈性蛋白和versican等基質糖蛋白一起參與癌癥纖維化和實體癌的結構形成。膠原的生物合成始終由成纖維細胞、癌細胞和其他基質細胞（如巨噬細胞）通過多種方式進行調節(jié)。ECM中的其他物質，如FN、透明質酸（HA）、層粘連蛋白和基質金屬蛋白酶（MMPs），通過整合素、盤狀結構域受體（DDR）、酪氨酸激酶受體和一些信號通路與膠原相互作用，從而影響癌細胞的行為和活性。癌癥內部基質成分的變化最終形成一個相互反饋回路，影響癌癥的預后、復發(fā)和治療抵抗力。

整合素是膠原的主要受體，廣泛表達并促進細胞遷移，可能是腫瘤血管生成、化療抵抗和轉移的關鍵途徑。整合素α11β1是一種基質細胞特異性的原纖維膠原受體，在癌相關成纖維細胞（CAF）中過度表達。膠原交聯與基質α11表達相關，腫瘤基質α11表達的缺失會引起膠原的重組和硬度降低。β1整合素的強制表達顯著刺激Src和細胞外信號調節(jié)激酶（ERK）磷酸化，增加細胞硬度并加速細胞運動，導致癌細胞彈性低，轉移能力高。整合素還控制ECM和細胞表面TGF－β的局部激活。

此外，非整合素膠原受體DDRs（DDR1和DDR2）在腫瘤細胞表面表達，屬于受體酪氨酸激酶（RTK）家族。DDR在與膠原相互作用時表現出延遲和持續(xù)的激活，DDR膠原信號在癌癥增殖和進展中起著重要作用。

除了上述膠原的作用外，在抗腫瘤免疫中，膠原與腫瘤相關巨噬細胞（TAM）之間的關系也不容低估。TAMs被認為是癌癥免疫治療效果的主要限制因素，而高密度膠原可以引導巨噬細胞獲得免疫抑制表型。

蛋白多糖

蛋白聚糖作為ECM的組成部分，在提供協調癌癥免疫調節(jié)關鍵事件所需的內在信號方面發(fā)揮著關鍵作用。PGs與癌癥相關炎癥過程密切相關，并分別調節(jié)先天免疫和適應性免疫的關鍵事件。

Versican是大型硫酸軟骨素PGs（CSPG）的hyalectan家族成員，已被證明在許多癌癥中過表達。VCAN可通過結合TSG－6和IαI，從循環(huán)中釋放炎癥細胞。此外，VCAN通過HA間接或直接通過CD44、PSGL－1和TLR等受體與炎性細胞相互作用，并激活信號通路以促進炎性細胞因子的合成和分泌，如TNF－α、IL－6和NFκB。

Biglycan（BGN）是小的富含亮氨酸的PGs（SLRPG）的成員，在多種癌癥中過表達和分泌，與免疫反應的調節(jié)有關。然而，其致癌或抑瘤的潛力尚不清楚。

除VCAN和BGN外，硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPG）在炎癥中也發(fā)揮多功能作用，例如調節(jié)白細胞募集級聯反應的多個步驟，激活淋巴細胞，以及誘導小鼠未成熟樹突狀細胞（DC）的表型成熟。

糖胺聚糖

透明質酸是一種簡單的線性非硫酸化GAG，由N－乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）和葡萄糖醛酸（GlcUA）的重復單元組成，在多種人類實體瘤中集聚。HA的生物活性取決于其分子量和與其相互作用的受體，包括CD44、淋巴內皮受體（LYVE－1）和HA內吞受體（HARE），在正常組織中維持內環(huán)境穩(wěn)定并抑制細胞增殖和遷移。高分子量HA可通過透明質酸酶和自由基裂解成7至200kDa的低分子量（LMW）聚合物，這些LMW－HA可促進炎癥、免疫細胞募集和上皮細胞遷移。

上面提到的組分只是數千個ECM組件中的一小部分。它們不僅執(zhí)行各自的功能，還相互作用，參與ECM和免疫應答的動態(tài)變化。

細胞外基質調節(jié)腫瘤免疫的作用機制

越來越多的研究表明，ECM的重塑在形成腫瘤的炎癥和免疫環(huán)境中起著重要作用。ECM細胞骨架的重塑、結構可塑性和機械力是免疫突觸運輸、激活和形成的關鍵因素。

剛性細胞外基質抑制癌細胞死亡并減少抗原的釋放

腫瘤細胞外基質的硬度約為周圍正常組織的1．5倍，通過在宿主組織上硬化的ECM施加物理力，腫瘤可以增強細胞ECM粘附并打破細胞間接觸，從而導致其生長和存活。剛性ECM中可誘導膠原交聯，這增強了磷脂酰肌醇3－激酶（PI3K）活性，從而提高癌細胞的生存能力。癌細胞的存活也受到細胞釋放MMPs的影響，MMPs可降解ECM的多種成分并與整合素相互作用，從而促進細胞內信號STAT3的活化。此外，ECM還間接參與ERK通路的激活，ERK通路有助于癌細胞的增殖。

ECM除了促進癌細胞的存活外，ECM的硬度也是藥物有效攝取或向腫瘤內區(qū)域輸送的障礙。腫瘤細胞生存潛力的增強這也減少了細胞死亡和癌細胞抗原的釋放，作為啟動抗癌免疫的第一步和關鍵步驟，癌細胞抗原釋放的減少將削弱癌癥免疫。

細胞外基質干擾腫瘤抗原提呈

ICIs反應的功能基礎是腫瘤的免疫原性，主要由腫瘤抗原性和抗原呈遞效率決定。APC，包括巨噬細胞、DC和B細胞，通過不同機制負責呈遞抗原和觸發(fā)免疫。DC是免疫系統(tǒng)的前哨APC，然而，只有成熟的DC細胞能夠誘導抗腫瘤免疫，而未成熟DC細胞呈遞的抗原可能導致免疫耐受，并且不能誘導T細胞反應。

值得注意的是，DC功能的最終命運是由微環(huán)境的信號決定的，而ECM成分可能誘導具有低免疫原性的DC表型。小鼠髓樣DC與層粘連蛋白相互作用的研究表明，小鼠卵巢腫瘤產生多種層粘連蛋白，在這些層粘連蛋白上培養(yǎng)的DC上調AKT和MEK信號通路并降低免疫能力，導致腫瘤生長。

除HS外，HA還可以通過TLR4依賴性方式調節(jié)DC的成熟。研究發(fā)現，DC暴露于HA片段可增加MHC II、CD80、CD86和CD40等活化標記物的表達，并促進DC活化。此外，HA可以利用VACN形成臨時矩陣。HA－VACN相互作用對于炎癥細胞的募集非常重要。

細胞外基質影響效應T細胞的啟動和激活

一般來說，原始T細胞位于淋巴結（LN）內，與抗原負載的DC相遇并被激活。在LNs中，各種基質細胞亞群形成密集的3D細胞網絡，這為幼稚T細胞與DC呈遞的抗原相互作用提供了機會，從而引發(fā)免疫反應。

在LNs中，免疫或耐受誘導可影響所有基質細胞（SC）中層粘連蛋白α4和α5的表達。在免疫和炎癥反應中，層粘連蛋白α5上調；相反，α4在耐受誘導中增加。在功能上，層粘連蛋白411和層粘連蛋白511分別作為CD4＋T細胞的共抑制和共刺激配體，層粘連蛋白411抑制CD4＋T細胞的激活和Th1、Th2和Th17的極化，但促進Treg極化的誘導。層粘連蛋白511通過α6整合素和α－dystroglycan被CD4＋T細胞識別，以抑制T細胞活化、增殖和分化。

細胞外基質調節(jié)T細胞的遷移

從LNs到腫瘤部位的效應T細胞對于腫瘤浸潤T細胞的密度和多樣性至關重要，這與癌癥免疫治療的預后和療效密切相關。T細胞轉運過程是高度動態(tài)的，由一系列復雜的機制控制，涉及T細胞和內皮細胞（ECs）之間的復雜相互作用。

T細胞的運輸也高度依賴于微環(huán)境。T細胞利用多孔三維ECM作為整合素依賴性和受體非依賴性阿米巴運動的支架。層粘連蛋白可以作為配體結合免疫細胞膜受體（主要是整合素）并啟動整合素介導的信號傳導。

剛性ECM可能作為T細胞浸潤腫瘤的物理屏障，并影響T細胞的優(yōu)先定位。例如，在胰腺導管腺癌（PDAC）和肺癌模型中，基質密度和結構誘導T細胞定位和遷移到腫瘤間質而不是腫瘤細胞巢。

除了剛性外，某些ECM成分也可以在調節(jié)T細胞的運動中發(fā)揮作用。密集的富含膠原蛋白的ECM對T細胞的浸潤和功能有直接和間接的影響。富含膠原纖維的ECM中，CD8＋T細胞移動更快、更持久。

細胞外基質干擾T細胞識別和殺死癌細胞

在各種癌癥中，膠原纖維比腫瘤間質更厚、更緊密地包裹在癌細胞巢周圍。僵硬的ECM可作為腫瘤細胞周圍的空間屏障，限制CD8＋T細胞的可接近性，從而干擾識別。

癌癥的空間分析表明，ECM過度沉積的癌癥對免疫檢查點抑制具有抵抗力。膠原密度降低腫瘤浸潤性T細胞的增殖和殺瘤活性。3D培養(yǎng)T細胞的全轉錄組分析顯示，高密度基質誘導細胞毒性活性標記物（CD101）的下調和Treg標記物（CIP2A）的上調。

此外，腫瘤細胞中PD－L1的表達在逃避“殺傷”步驟中起著重要作用。剛性底物通過肌動蛋白依賴機制增強肺癌細胞中PD－L1的表達，這表明剛性作為腫瘤環(huán)境可上調PD－L1的表達，并導致免疫系統(tǒng)逃逸和腫瘤生長。

腫瘤相關細胞外基質的靶向策略

腫瘤相關ECM可通過多種方式進行治療靶向，包括靶向ECM分子、ECM重塑酶、改變基質的結構或物理性質，或調節(jié)成纖維細胞功能。目前，有多項與ICI的聯合研究處于臨床階段。

直接靶向

一些研究表明，PG活性調節(jié)劑可能是癌癥免疫治療領域的一種新方法。如臨床前研究顯示，損傷相關分子模式的VCAN片段versikine，有助于骨髓瘤的免疫感應，并增強T細胞激活免疫療法。非甘氨酸化內聚糖多肽（ESM－1）通過增加體內白細胞浸潤和增強先天免疫反應來抑制腫瘤生長。此外，胎盤生長因子－2（PIGF－2）肝素結合域（HBD）偶聯免疫檢查點抑制劑對多種ECM蛋白表現出極高的親和力。瘤周注射PIGF－2－抗PD－L1可提高腫瘤組織內的滯留率。除了高效性，它還能降低B16F10黑色素瘤模型的全身毒性。

過量HA的積累可導致間質壓力增加，并損害對腫瘤的灌注和化療。在臨床前研究中，聚乙二醇化重組人透明質酸酶α（PEGFH20）已被證明能成功降解腫瘤中的HA并重塑腫瘤基質，從而改善灌注和藥物輸送。因此，最近的II期HALO－202臨床試驗（NCT 01839487）表明，在先前未經治療的轉移性PDAC患者中，使用PEGFH20加吉西他濱和Nab紫杉醇治療可顯著提高PFS。然而，III期試驗表明，在吉西他濱和Nab紫杉醇中添加PEGFH20可增加ORR，但不能改善OS，這不支持PEGFH20在轉移性PDAC中的進一步研究。

透明質酸酶去除HA不僅可以改善化療的效果，還可以提高免疫治療的成功率，動物模型已經證明了這一點。此外，透明質酸酶（HAase）通過分解腫瘤ECM中的HA來增加腫瘤組織的通透性，從而增強納米疫苗誘導的腫瘤特異性T細胞的腫瘤浸潤。在存在透明質酸酶的情況下，納米疫苗和治療性單克隆抗體的輸送都得到了增強。

間接靶向

膠原蛋白是ECM最豐富的成分，主要由成纖維細胞分泌。去除成纖維細胞的研究主要集中在靶向以成纖維細胞激活蛋白（FAP）陽性的成纖維細胞群。在小鼠黑色素瘤模型中，去除表達FAP的CAF可誘導免疫抑制髓系細胞減少。然而，使用小分子抑制劑Talabostat抑制FAP的II期試驗未能證明結直腸癌的臨床療效。

除了去除CAF外，其他方法側重于靶向下游細胞反應以影響ECM。目前，研究的熱點主要是基質結合蛋白、整合素及其下游信號機制，如使用小分子激酶抑制劑靶向ECM調節(jié)的信號通路，如粘附斑激酶（FAK）和Rho相關蛋白激酶（ROCK）。

小結

越來越多的證據表明，細胞外基質在腫瘤免疫中發(fā)揮著極其重要的作用，靶向腫瘤相關ECM具有改善腫瘤免疫治療的潛力。然而，ECM的成分和結構復雜性以及顯著的腫瘤內異質性尚不完全清楚，這可能會限制ECM的靶向治療的應用。幸運的是，諸如多重免疫組織化學、組織脫細胞技術、單細胞測序和質譜等技術的進步正努力解決上述問題。在未來，調控腫瘤相關ECM的策略有望產生新的方法，進一步優(yōu)化腫瘤免疫療法的治療策略并延長癌癥患者的總體生存期。

參考文獻：

1．Tumor－Associated Extracellular Matrix： Howto Be a Potential Aide to Anti－tumor Immunotherapy？ Front Cell Dev Biol． 2021；9： 739161．