כיצד להבין את ההטרוגניות של המיקרו-סביבה החיסונית של הגידול?

במהלך הגידול והגרורות שלאחר מכן, תאים ממאירים מתגוננים בהדרגה והופכים להטרוגניים יותר. כתוצאה מכך, גידולים עשויים להיות חדורים על ידי מגוון מרכיבים הקשורים למערכת החיסון, לרבות סביבת הציטוקינים/כימוקינים, פעילות ציטוטוקסית או גורמים מדכאים חיסוניים. הטרוגניות חיסונית זו נפוצה כמעט בכל הגידולים המוצקים ומשתנה באופן מרחבי או זמני עם התקדמות הגידול כמו גם התערבויות טיפוליות. הטרוגניות בחסינות נגד גידול קשורה קשר הדוק להתקדמות המחלה ולהיענות לטיפול, במיוחד בתחום האימונותרפיה.

לכן, הבנה מדויקת של ההטרוגניות החיסונית של הגידול היא קריטית לפיתוח טיפולים יעילים. בעזרת גישות ריצוף רב-אזורי והיסטולוגי, ריצוף תא בודד וביופסיה נוזלית אורכית, מחקרים עדכניים הראו את הפוטנציאל לחקור את המורכבות של ההטרוגניות החיסונית של הגידול ואת הרלוונטיות הקלינית שלה באימונותרפיה. חקירת המנגנונים העומדים בבסיס ההטרוגניות של המיקרו-סביבה החיסונית של הגידול תעזור לנו בהערכה הקלינית של ההטרוגניות של הגידול ובכך תקל על פיתוחם של טיפולים מותאמים אישית יעילים יותר.

מקור ההטרוגניות במיקרו-סביבה החיסונית של הגידול

חוסר יציבות גנטית

שיטות ריצוף בתפוקה גבוהה שימשו זה מכבר כדי לאפיין את הפרופילים המוטציוניים והמסלולים האבולוציוניים של תאי הגידול, ומחקרים אלה תיארו מגוון רחב של הטרוגניות גידול גנטית בממדים מרחביים וזמניים, כולל מוטציות הטרוזיגוטיות חד-נוקלאוטידיות, הוספות, מחיקות, ולהעתיק מוטציות מספר. במהלך התקדמות הגידול, אי יציבות גנטית מובילה ליצירה אקראית של שינויים אלה.

בגידולים ראשוניים, מוטציות בגנים המניעים בדרך כלל מביאות ליתרון הישרדותי; לכן, תאים אלה נוטים יותר לתפוס עמדות מועדפות צמיחה ולהתפתח לאוכלוסייה משובטית דומיננטית. לעומת זאת, מוטציות נוסעים אינן מעניקות יתרון צמיחה משמעותי במהלך התפתחות הגידול, והן נחשבות למקור העיקרי לתאי גידול תת-שבטיים. לפיכך, חוסר יציבות גנטית שמקורה בתאי גידול משובטים ותת-שבטיים מהווה את הבסיס לאבולוציה של הגידול ולהטרוגניות מרחבית-זמנית. יחד עם זאת, הטרוגניות גנטית זו מעצבת את הפרופיל האנטיגני של גידולים ובסופו של דבר תורמת להטרוגניות של המיקרו-סביבה החיסונית של הגידול.

שינויים אפיגנטיים

ישנן עדויות הולכות וגדלות לכך ששיפוץ אפיגנטי של תאי גידול מעורב גם ביצירת מיקרו-סביבה חיסונית של גידול הטרוגנית. מנגנוני ויסות כאלה מיוחסים בעיקר לשינויים בשינויים ב-DNA, שינויים בנגישות לכרומטין או ויסות של ביטוי גנים ברמה שלאחר שעתוק, כגון הפרעות RNA שאינן מקודדות. שינויים אפיגנטיים אלה מקדמים התקדמות ממאירה של תאי גידול ותורמים להיווצרות המיקרו-סביבה החיסונית של הגידול.

בנוסף למתילציה, מנגנוני כרומטין שונים ומנגנוני שיפוץ אפיגנטי מעניקים יתרונות לתאי הגידול בהסתגלות לסביבה הסובבת. בדרך כלל, שינויים אפיגנטיים הפיכים על תנאי. בתאי גידול, שינויים אלה יכולים לעבור בתורשה על ידי צאצאיהם, ולפיכך, תאים אלה מציגים הטרוגניות משמעותית בממדים מרחביים ואורכיים.

הסתגלות להפרעות מיקרו-סביבתיות

תאי גידול נחשפים ללא הרף להפרעות מיקרו-סביבתיות חוץ-תאיות. עדויות הולכות וגדלות מצביעות על כך שניתן לגרום להתאמות תוך-תאיות על ידי מתחים חיצוניים, כולל תגובות נזק ל-DNA, תגובות חלבון לא מקופלות ואיתות מתח מיטוכונדריאלי. גידולים מפגינים הטרוגניות משמעותית בהיסטולוגיה וארכיטקטורת כלי הדם.

אזורים פרוקסימליים או דיסטליים של כלי הדם בתוך הגידול עשויים להיות חשופים לאספקת חמצן שונה. לפיכך, רכיבי מערכת החיסון מסוגלים להסתגל לגירויים חיצוניים על בסיס מתח חמצן, זמינות גלוקוז או מסלולי חמצון בצורה הטרוגנית מרחבית-זמנית. לא משנה אם הרכיב החיסוני מסתגל היטב בתנאים היפוקסיים, כמעט כל התגובות ההיפוקסיות קשורות קשר הדוק עם תכנות מחדש של המיקרו-סביבה החיסונית של הגידול, המאופיינת בעיקר בשינוי מקומי במטבוליזם גליקוליטי תאי, צריכה מוגברת של גלוקוז, עלייה בייצור פירובט ולקטט, והחמצה.

תגובה לטיפול נגד גידולים

במהלך הטיפול, תאי הגידול וכל המרכיבים החיסונים של המיקרו-סביבה נפגעים (למשל, הקרנות) או נחשפים ללא הרף לתרופות נגד גידולים. בתגובה לגורמי לחץ אלו, מנגנוני הסתגלות של תאי גידול ותאי חיסון מופעלים כדי לבסס הומאוסטזיס חדש בסביבה הפנימית.

בשל הטרוגניות מהותית של מוטציות נהג או חתימות מולקולריות, תאי הגידול שונים באופן משמעותי בהיענותם לטיפול. מצבים ציטוטוקסיים גורמים לתאי הגידול והחיסון לעבור שינויים פנוטיפיים, הזדקנות תאית ואפילו מוות תאי. שיבוטים מקומיים של גידולים שאינם שורדים טיפול משחררים כמויות גדולות של ATP באמצעות מוות תאי בתיווך אוטופגיה. ATPs אלו יכולים לקדם כימוטקסיס וליצור תגובה דלקתית בגידול. לעומת זאת, בנוכחות נוקלאוטידאזות חוץ-תאיות, ניתן להמיר ATP במהירות לאדנוזין במטריקס החוץ-תאי, וכתוצאה מכך מיקרו-סביבה חיסונית מדכאת.

עבור תאי מערכת החיסון, הפנוטיפים של תאי T משתנים באופן משמעותי בתגובה ל-ICI, מלווה בהרכבי משנה שונים של תאי T וייצור ציטוקינים. אינטראקציות מורכבות ודינמיות בין סוכנים טיפוליים, תאי גידול ותאי חיסון תורמים באופן משמעותי ליצירת מיקרו-סביבה חיסונית הטרוגנית מבחינה מרחבית-זמנית.

הטרוגניות של המיקרו-סביבה החיסונית של הגידול

הטרוגניות מרחבית

המאפיינים של המיקרו-סביבה החיסונית של הגידול נקבעים בעיקר על ידי מרכיבים גידוליים ולא גידוליים. הלוקליזציה או השפע/פעילות שלהם מובחנים מבחינה מרחבית, כולל ביטוי פני השטח של מחסומים חיסוניים מעכבים (למשל, PD-L1), הפרשת ציטוקינים מדכאים או מעודדי דלקת, חדירת תאים מדכאים או אפקטורים, מצב מערכת כלי הדם, מרחקים מרחביים לאזורים שוליים. , והפצה של חומרים מזינים מטבוליים. לווריאציות מרחביות אלו יכולות להיות גם השפעות עמוקות על הפרוגנוזה הקלינית ועל התגובה לטיפול.

הפנוטיפ של תאי T בתוך גידולים מפגין הטרוגניות משמעותית. לתאי t יש בדרך כלל שיבוט שונה, פוטנציאל שגשוג, שלב של התמיינות, קיטוב תפקודי, פרופילי הפרשת ציטוקינים או סביבה מטבולית. בהתייחס לנטייה של מאגר תאי ה-T, ניתן לסווג עוד יותר את קולטני תאי T מורחבים/שגשוגים (TCRs) כשבטים נפוצים של TCR (המתגלים בכל האזורים בתוך הגידול) או שיבוטים אזוריים (בפיזור הטרוגני). מספר שיבוטי TCR הנפוצים והאזוריים נמצא בקורלציה חיובית לעומס של מוטציות לא נרדפות שכיחות ואזוריות, מה שמצביע על התפשטות תאי T הטרוגניים אזוריים, מונעי אנטיגן. בנוסף, ראוי לציין שתאי T רגולטוריים (Treg) הראו גם הטרוגניות מרחבית תוך-גידולית והתמצאות תפקודית.

בנוסף לקבוצות משנה של תאי T, זוהתה הטרוגניות תוך-גידולית של תאי חיסון רבים אחרים גם בסוגי גידולים שונים. בסרטן קיבה, מקרופאגים עם פנוטיפ CD68+CD163+CD206+ אותרו בעיקר בסטרומה, ומקרופאגים CD68+IRF8+ באו לידי ביטוי יתר ב ליבה בהשוואה לאזור השולי. בנוסף לאוכלוסיות תאי חיסון, תאי סטרומה (למשל, פיברובלסטים) מראים רמה גבוהה של התמצאות מרחבית בגידולים.

פרופילים מטבוליים הם מווסתים חשובים של המיקרו-סביבה החיסונית ועשויים למלא תפקיד על ידי השפעה על פוטנציאל ההתרבות וההסתגלות של תאים סרטניים לסביבתם. נראה שההטרוגניות של פרופילים מטבוליים תורמת להטרוגניות של המיקרו-סביבה החיסונית של הגידול. תאים ממאירים בעלי פעילות גליקוליטית גבוהה עשויים לא רק להמיר את המסלולים המטבוליים שלהם לתגובות אנבוליות, אלא גם לייצר מספר רב של מתווכים מדכאים חיסוניים, כגון לקטט ואדנוזין, כדי להחליש את המעקב החיסוני על ידי תאים ציטוטוקסיים.

הטרוגניות זמנית

גידולים ותאי חיסון רגישים להפרעה על ידי גורמים סביבתיים גנטיים או לא גנטיים, ובכך קובעים את התקדמות המחלה והתגובה לטיפול נגד גידולים, כמו גם את האבולוציה הדינמית של תאי הגידול עצמם. במהלך התקדמות המחלה מנגע לא פולשני לפנוטיפ אגרסיבי, RNA-Seq בחולים עם אדנוקרצינומה של צינור הלבלב חשף שינויים משמעותיים במרכיבי חדירת תאי מערכת החיסון. זה מאופיין בדרך כלל על ידי הפחתה בחדירה של תאי CD8+ T ותאים דנדריטים, כמו גם צבירה או התרחבות חריגה של תאים מדכאים חיסוניים, כולל Treg, MDSC או CAF.

בנוסף, ישנה פגיעה בפעילות ציטוליטית, הגבלה של התרחבות ושיבוט של בנק תאים ותשישות מתקדמת של תאי T ו-B במהלך התקדמות המחלה במספר סוגי גידולים. נראה שהנוכחות של אזורים או נגעים שליליים מבחינה אימונולוגית בחולים בודדים קשורה באופן הפוך לבקרת מחלה ולפרוגנוזה של הישרדות, מה שמחזק עוד יותר את החשיבות של הטרוגניות מרחבית-זמנית על תוצאות המחלה.

משמעות קלינית של הטרוגניות של מיקרו-סביבה חיסונית של הגידול

כמעט כל הסמנים הביולוגיים האימונופרוגנוסטיים או הניבויים לחולי סרטן הוקמו על סמך ניתוח של דגימות ביופסיה בודדות. עם זאת, הטרוגניות היא מכשול עיקרי לחקר יכולת השחזור ומפחיתה את התועלת הקלינית שלה. בנוסף, מספר רב של עדויות מצביע על כך שהטרוגניות של המיקרו-סביבת הגידול, בין אם גנטית או חיסונית, משפיעה על התוצאות של אימונותרפיה בחולים עם גידולים מוצקים.

הטרוגניות של ביטוי PD-L1

מאז הראיות הראשונות התומכות במתאם בין ביטוי חלבון PD-L1 לבין היעילות של טיפולי חסימה נגד PD-1, רמות PD-L1 שימשו כאבחון נלווה לניבוי התגובה הקלינית לאימונותרפיה מסוג ICI במגוון סוגי גידולים מוצקים. עם זאת, הטרוגניות משמעותית בביטוי PD-L1 קיימת הן בקנה מידה תוך או בין גידולי, כמו גם בממדים מרחביים וזמניים.

לאחר הערכת ביטוי PD-L1 בגידולים גרורתיים ראשוניים ומוחיים מחולי NSCLC, ניתן היה להבחין בהבדל משמעותי בביטוי PD-L1 בין שני הנגעים. ביטוי PD-L1 מושרה חזק על ידי מסלול האיתות IFN-, אשר מווסת בצורה הטרוגנית בתת-שיבוטים המכילים מוטציות JAK1/2 תפקודיות חריגות. יתרה מזאת, נוכחותם של תת-שיבוטים של עיבוד אנטיגן ותת-הצגה בחולים שטופלו ב-ICI הייתה קשורה לתוצאות קליניות גרועות במלנומה, סרטן ריאות וסרטן המעי הגס. הטרוגניות פוטנציאלית זו יכולה להסביר מדוע תת-קבוצה של חולים עם גידולים חיוביים ל-PD-L1- לא הגיבה, בעוד שחלק מהחולים עם גידולים שליליים של PD-L1- הגיבו היטב לטיפול אימונותרפי מסוג ICI.

הטרוגניות של תגובות בחולים עם תגובות TMB גבוהות

עומס מוטציות הוא אלטרנטיבה קרובה למדי לעומס ניאו-אנטיגן והוא שימש לזיהוי מגיבים חיוביים לאימונותרפיה של ICI במגוון סוגי גידולים מוצקים. עם זאת, התגובה של חולים עם TMB גבוה לטיפול ב-ICB היא הטרוגנית ביותר, וחלק ניכר מהחולים עם רמות נמוכות של TMB יכולים להפיק תועלת מטיפול אימונותרפי מסוג ICI ולהיפך.

עבור חולים בסיכון גבוה ל-TMB שאינם מגיבים היטב לטיפול ב-ICI, מנגנוני הצגת אנטיגן פגומים/לא מווסתים נחשבים למנגנון העיקרי של עמידות לאימונותרפיה, במיוחד הביטוי של הפלוטיפים ואזורים של HLA, כמו גם ביטוי של מולקולות B2M . בנוסף, ניתוחים פילוגנטיים גילו שלהטרוגניות משובטית, בין אם נמדדה על ידי מספר השיבוטים המרכיבים את הגידול או על ידי התמיינות שיבוטית, הייתה השפעה עמוקה על תוצאת ההישרדות של טיפול ב-ICI.

הטרוגניות של תגובה בחולים חסרי MMR

מטופלים החסרים MMR רגישים ביותר לטיפול ב-ICI, אשר מיוחס במידה רבה לעלייה ב-neo-antigen חזוי ומיקרו-סביבה של גידול אימונוגני משופר. בקרב חולים עם dMMR מתקדם במספר סוגי גידולים מוצקים, פמברוליזומאב זכה להכרה חסרת תקדים כטיפול האופטימלי לחולים עם גידולי MSI-H. עם זאת, רק מיעוט מהמטופלים מגיבים היטב לטיפול ב-ICI.

גם הגנוטיפ הפנימי של תאי הגידול וגם הסביבה החיסונית החיצונית של גידולי dMMR יכולים להשפיע על יעילותם, ונראה שמידת חוסר היציבות הגנומית של תאי חיסון חודרים היא הטרוגנית במידה רבה בגידולי dMMR, מה שמוביל לנישות אקולוגיות נפרדות של אימונוגניות מוגבלת וחסינות לא מספקת. -בקרת גידול מתווכת, שעלולה להוביל לעמידות לתרופות. בנוסף, משתנים אחרים המשפיעים על התגובה של גידולי MSI-H ל-ICI כוללים את הנטייה שלהם לבצע עריכה חיסונית חזקה במהלך הפיתוח והפיכתם לפרופיל גליקוליטי, התורם במידה רבה לבריחה חיסונית.

סיכום

Tumorigenesis הוא שילוב וחוסר ויסות מצטבר של סדרה של תהליכים גנטיים ולא גנטיים. בשל חוסר היציבות הגנטית המובנית של גנום הגידול, רוב האירועים הגידוליים מתרחשים בהכרח בצורה סטוכסטית במהלך התקדמות המחלה. אירועים סטוכסטיים אלו יוצרים את התנאים הדרושים לפיתוח מיקרו-סביבה חיסונית הטרוגנית בממד המרחבי או הזמני. בנוסף, תחרות על מטבוליטים וחומרי מזון, לחץ טיפולי או התפתחות של אונקוגנים מרכזיים מעצבים מחדש כל הזמן את המיקרו-סביבה החיסונית. זה בסופו של דבר יוצר הזדמנויות לתאים ממאירים להתחמק ממעקב חיסוני, מה שמוביל בסופו של דבר להתקדמות המחלה ולגרורות.

הטרוגניות חיסונית זו אחראית גם לביצועים הגרועים של סמנים ביולוגיים מנבאים המבוססים על ביופסיות בודדות וכן עמידות לאימונותרפיה. לכן יש צורך להתמקד בלקחים שנלמדו ממודלים של גידולים הטרוגניים, לאור חוסר היציבות של הגנום של הגידול וההתפתחות האינסופית של הטרוגניות. מודל מורכב ומבוקר מאפשר לנו להבין במדויק את המנגנונים המווסתים תגובות חיסוניות אנטי-גידוליות להטרוגניות. בתורם, גישות טיפוליות צריכות לשקול לא רק מטרות אונקוגניות או נקודות ביקורת חיסוניות מייצגות, אלא גם את ההטרוגניות והתגובתיות של המיקרו-סביבה החיסונית. מעקב אחר האינטראקציות המרחביות-זמניות בין תאי הגידול לתאי החיסון חיוני כדי להנחות תגובה יעילה ועמידה לאימונותרפיה.