背景：
靶向免疫疗法改善了头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)患者的生存，但只有不到20%的患者对这些治疗产生持久应答。因此，考虑到复杂的HNSCC肿瘤微环境(TME)的所有关键因素的新型免疫疗法对于进一步增强患者的肿瘤特异性T细胞应答是必要的。HNSCC是评估免疫和非免疫细胞差异的理想肿瘤类型，因为两种不同的TME病因(人乳头瘤病毒(HPV)阳性和HPV阴性疾病)，肿瘤生长的多个解剖部位，以及局部晚期疾病和复发和/或转移疾病患者之间的明确区别。最近的技术和科学进步提供了在这一复杂的TME内所有细胞成分的更完整的画面，并评估了HNSCC内免疫和非免疫细胞的相互作用。
简介：
2022年12月1日，来自美国匹兹堡大学UPMC希尔曼癌症中心的Tullia C. Bruno教授课题组在Nat Rev Cancer（IF: 69.8）杂志上发表题为“Improving head and neck cancer therapies by immunomodulation of the tumour microenvironment”的文章[1]。在本文中，作者利用丰富的数据资源(如癌症基因组图谱)和尖端技术(如单细胞RNA测序、高维流式细胞术和空间多光谱成像)对HNSCC TME的完整生态系统进行了全面分析，以制定针对这一多样化疾病的改进治疗策略。
主要结果：
研究HNSCC的细胞生态系统。
癌症基因组图谱(TCGA)揭示了HNSCC患者之间重要的微环境差异。具体而言，TCGA中的HNSCC队列(97例HPV阳性疾病患者和423例HPV阴性疾病患者)包含从HNSCC不同部位切除的肿瘤标本收集的批量RNA测序数据。这一丰富的资源提高了我们对这两个TME的免疫基因组格局的理解，以及这些格局是如何受到临床特征(包括HPV状态、肿瘤分期、突变负荷以及烟草和酒精使用)影响的。一些报告使用基因集富集分析和无监督聚类来通过免疫标签对HNSCC患者进行去volute和识别细胞类型:冷(无免疫浸润)，淋巴细胞(富集CD4+ T细胞，CD8+ T细胞，B细胞和浆细胞)和髓样树突状细胞(DC)(富集中性粒细胞，巨噬细胞，单核细胞，DC, T调节(Treg)细胞和嗜酸性粒细胞)。仅根据免疫浸润对患者肿瘤进行分类在评估细胞邻近区域(即三级淋巴结构;TLS)将为HNSCC患者(无论HPV状态如何)中多种细胞类型的动态相互作用提供关键见解。将这一进一步指标添加到免疫高和免疫低的HNSCC肿瘤中可能对于预测成人肉瘤对免疫治疗的反应具有重要意义。此外，由于存在成熟TLS(即具有生发中心的TLS;GC)与生存率增加相关，无论HPV状态如何，但HPV阳性肿瘤患者的生存率进一步提高。
比较TCGA-HNSCC队列中个体差异表达的免疫相关基因(IRGs)发现，共有65个IRGs与预后相关，其中56个与HPV阴性HNSCC患者的总生存率显著相关。在IRG预后模型中，SEMA3G、GNRH1、TNFRSF4和ZAP70与总生存期呈正相关,PLAU、SH2D1A、CCL26、DKK1、GAST、PDGFA和STC1与总生存期呈负相关。负相关基因阳性表达的患者5年生存率为31.2%，正相关基因阳性表达的患者5年生存率为66.8%。本研究集中于hpv阴性的HNSCC肿瘤，这些肿瘤的浸润程度低。事实上，专注于这两个TME的TCGA分析已经揭示了其他几种免疫通路的显著差异。
图1：新技术已经开始阐明HNSCC TME的复杂性
最大化细胞和体液免疫。
功能性CD8+ T细胞是HPV阳性和HPV阴性疾病中强大免疫应答的关键。
CD8+ T细胞可识别肿瘤细胞提呈的抗原，并通过释放促炎细胞因子和细胞溶解颗粒直接杀伤肿瘤细胞。虽然在HPV阴性HNSCC患者中，CD8+ T细胞的总体丰度显著降低，但在CD8+ T细胞比例与HPV阳性肿瘤患者比例相当的患者中，往往有相似的良好结局。例如，组织驻留CD8+ T细胞(CD103+)数量与HPV阳性OPSCC患者相当的HPV阴性OPSCC患者显示了相似的结局，这提示组织驻留CD8+ T细胞在HNSCC抗肿瘤免疫中发挥关键作用，而不考虑HPV状态。
利用传统CD4+ T细胞改善HNSCC TME中的帮助。
CD4+ T细胞在抗原刺激下分化为不同的效应细胞亚型并分泌不同的细胞因子，在诱导抗肿瘤免疫应答中也是必不可少的。TH1 CD4+ T细胞产生促炎细胞因子，特别是IFNγ和TNF，诱导TME中主要组织相容性复合体(MHC)ⅰ类和ⅱ类的表达，增强其他免疫细胞对肿瘤抗原的识别，从而增加对肿瘤细胞的杀伤。TH17细胞产生IL-17、IL-2、IL-8和TNF，在病原体保护中具有重要作用。TH17在小鼠和人类肿瘤中的促肿瘤和抗肿瘤作用已被描述，但在人类肿瘤中的研究有限。在HPV阳性的HNSCC中观察到的TH1 CD4+ T细胞数量高于HPV阴性的HNSCC。
提高Treg靶向性以减少TME中的免疫抑制。
Treg细胞是由表达转录因子Foxp3(叉头框蛋白3)和CD25定义的CD4+ T细胞亚群，它们抑制免疫效应细胞，促进肿瘤进展。Treg细胞通过分泌IL-10、IL-35和TGFβ等抑制性细胞因子，上调抑制性受体，通过CD39和CD73破坏代谢，通过高表达CD25剥夺局部IL-2的TME，在肿瘤中发挥免疫抑制功能。Treg细胞存在于HNSCC患者的外周血和肿瘤中。与HPV阴性HNSCC患者相比，HPV阳性HNSCC患者的瘤内调节性T细胞频率较高，但最近的scRNA测序分析表明，Treg细胞在HPV阳性和HPV阴性HNSCC中共享转录组学特征。有趣的是，Treg细胞表现出独特的转录细胞状态，其特征是干扰素应答基因或TNF受体(TNFR)家族基因的富集。
图2：HNSCC TME中的新的T细胞靶点
HNSCC TME中的固有免疫细胞。
NK细胞可以提高HNSCC患者的肿瘤细胞杀伤能力。
NK细胞是固有免疫系统中具有高度可塑性的效应细胞，受激活性和抑制性表面受体的复杂相互作用调节，这些表面受体可仔细观察潜在靶细胞上的MHCⅰ类分子表达和应激诱导配体。
NK细胞通常分为两大亚群:CD56brightCD16−和CD56dimCD16+。CD56brightCD16-细胞主要以其细胞因子产生能力而闻名，而CD56dimCD16+细胞则以其细胞毒性能力而闻名。越来越多的证据表明，CD56dimCD16−NK细胞可能是第三个主要亚群。CD56dimCD16 - NK细胞主要因在应对肿瘤挑战时高效产生IFNγ而闻名，并显示三个亚群(CCR2+CCR3+ CCR4+CCR5+CCR7+CXCR1+CXCR3+)最多样化的趋化因子受体谱，使它们具有高度的化学吸引能力。现有的研究表明，CD56dimCD16-亚群可能是HNSCC中最常见的肿瘤浸润的NK细胞亚群，但很少知道疾病病因如何影响NK细胞亚群分布。这一观察结果非常重要，因为西妥昔单抗是一种用于治疗EGFR表达肿瘤的人源化IgG1单抗，被认为部分通过促进CD16/FcγRIII+ NK细胞介导的针对EGFR+肿瘤的ADCC来介导肿瘤消除。
传统DCs在HNSCC TME中桥接固有和适应性免疫。
传统树突状细胞被称为专职抗原提呈细胞，对肿瘤抗原特异性免疫的启动和极化至关重要。通过在MHCⅰ类和ⅱ类分子的背景下提呈肿瘤抗原衍生的肽，它们可以分别有效地启动和极化初始CD4+和CD8+ T细胞。成熟后，DCs还可以有效地招募NK细胞(通过释放CXCL8(也称为IL-8)， CXCL10(也称为IP-10)和CX3CL1(也称为fractalkine))并激活它们(通过分泌IL-12p70和跨膜TNF和反式呈递IL-15的细胞-细胞接触)，从而导致这两种细胞类型之间的相互交流和激活。
在HNSCC中，DC浸润与T细胞和NK细胞浸润增加、肿瘤播散率降低和患者生存率提高直接相关。HPV状态对DC浸润和功能的影响仍不明确。现有研究表明，HPV阳性的肿瘤可能比HPV阴性的肿瘤有更高的肿瘤浸润DCs的频率;然而，DC浸润的增加仅与HPV阴性患者的预后改善呈正相关。DC浸润与MIP3α/CCL20表达直接相关。
图3：在HNSCC TME中增加与三级淋巴结构的细胞相互作用以获得最大的体液和细胞免疫
基质组织调控HNSCC TME。
在设计新的治疗方法时，考虑非免疫基质细胞的贡献是重要的，因为这些细胞可以影响免疫细胞的表型和功能，并控制TME的营养和结构支持。在这里，主要关注肿瘤基质细胞，包括成纤维细胞和间充质基质细胞，以及它们在HNSCC TME中与恶性细胞和免疫细胞的相互作用。
CAFs在HNSCC TME中具有巨大的功能差异。
对原发肿瘤和淋巴结转移的未经治疗的HNSCC患者进行的scRNA测序显示，HPV阴性HNSCC患者肿瘤细胞之间存在异质性。观察到与细胞周期、缺氧、上皮基因和部分上皮-间充质转化(pEMT)相关的7种表达模式。值得注意的是，高pEMT的细胞在空间上定位于原发肿瘤的前沿，靠近癌症相关成纤维细胞(CAFs)，并表达与恶性细胞表达的受体相对应的配体，特别是对pEMT转化重要的相互作用。
间充质干细胞可以调节HNSCC TME中的免疫反应。
间充质基质细胞(Mesenchymal stromal cells, MSCs)也被称为间充质干细胞，因为它们具有根据环境条件分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞或肌细胞的潜能。这种能力使得间充质干细胞在组织修复和再生中极为重要。MSCs还可以通过抑制固有和适应性免疫细胞来减轻组织损伤性炎症和免疫反应，并可诱导免疫耐受。该功能通过分泌免疫抑制可溶性因子如PGE2、TGFβ、吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)和sHLA-G，以及表达抑制性和凋亡配体如PDL1、半乳糖凝集素1和9和FasL来介导。在恶性间质中，间充质干细胞促进肿瘤进展和转移。
图4：固有细胞相互作用产生的炎症信号驱动HNSCC患者的结局
目前在靶向TME方面的成功。
正如引言中强调的，HNSCC可以分为生物学和临床的不同疾病。头颈部鳞状细胞癌最常见的原发部位(口腔、喉、下咽、口咽)根据HPV状态进行划分。具体而言，OPSCC通常分为HPV阳性和HPV阴性，所有其他部位(喉、口腔、下咽)均以HPV阴性为主。在根治性治疗的背景下，根据临床分期和吸烟状态可将局部晚期HPV阳性OPSCC进一步细分为预后最佳的低危和中危。例如，根据吸烟状态(≤10包年或10包年)和淋巴结分期，局部晚期低危HPV阳性、中危HPV阳性和HPV阴性OPSCC的3年总生存率分别为90%、70%和30%。对于低危HPV阳性OPSCC，该领域正在通过临床试验评估降阶梯策略，目标是保持这些患者的良好疗效，但降低治疗的毒性，尤其是长期毒性，这可能会对生活质量产生负面影响。临床试验仍在评估降阶梯策略，例如在微创手术后或代替手术后，降低辐射剂量和/或照射野，和/或用免疫治疗替代或不使用顺铂化疗。在HPV阴性组中，局部晚期患者的结局数十年来没有改善。因此，正在进行的试验着眼于将治疗手段升级至现有疗法之外，包括添加免疫疗法或新型放射增敏剂以使放化疗(CRT)标准化。中危HPV阳性OPSCC患者常被纳入升级策略。
图5：HNSCC TME中的免疫和非免疫治疗靶点
结论和展望：
针对CD8+ T细胞的特异性，进一步研究非病毒新抗原特异性CD8+ T细胞如何对HPV阳性和HPV阴性肿瘤患者的治疗应答产生不同影响将具有重要意义。此外，如何通过肿瘤内局部CD4+ T细胞分化来增加CD8+ T细胞应被考虑在下一代免疫治疗中，同时应采用抑制肿瘤Treg细胞活性的特异性疗法来释放对CD8+ T细胞功能的制动。T细胞以外的细胞类型也可能大大增强HNSCC患者的抗肿瘤活性。对于HPV阳性和HPV阴性的HNSCC患者，可能需要不同的B细胞靶向策略，但总体而言，这些策略应侧重于诱导TLS形成和驱动抗原特异性瘤内B细胞成熟。此外，提高对HNSCC患者NK细胞亚群功能的了解对于提高免疫是必要的，特别是增加NK细胞流入TME和改善与髓样细胞如DCs和巨噬细胞的空间相互作用。此外，减少M2极化和减少MDSC相关的免疫抑制可以减轻HPV阳性和HPV阴性TMEs的促肿瘤免疫。最后，未来的研究应该探索CAFs和MSCs在TME中的作用以及在免疫治疗前后的免疫调节。
在这文章中，作者总结了几个新的靶点来进一步研究，它们远远超出了T细胞。不仅要针对一个免疫细胞，还要针对整个免疫细胞和非免疫细胞，这样才能有效改善HPV阳性和HPV阴性HNSCC患者的治疗策略。这些新技术和对TME的稳健分析可以帮助识别生物标志物，更重要的是，可以带来HNSCC患者的个性化治疗。
原文链接：doi: 10.1038/s41568-022-00531-9
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