Nature重磅综述：抗原提呈在肿瘤中的作用

今天介绍一篇2021年发表于《Nature Reviews Cancer》的综述性文章，题目为《Antigen presentation in cancer: insights into tumour immunogenicity and immune evasion》，该文章对调控DC细胞的肿瘤衍生因子进行总结，并且总结了通过调节肿瘤抗原进行免疫逃逸的证据。

由于内容太多，我这里只将重点内容进行总结，感兴趣的小伙伴可以阅读全文。

通过封闭免疫检查点，可阻断T细胞活化的抑制信号，并有效治疗癌症，尽管仅限于部分患者。迄今为止，临床上有效的CD8+T细胞应答似乎主要针对源自肿瘤特异性突变的抗原，这些突变在癌症中累积，也称为新抗原。肿瘤抗原通过I类人类白细胞抗原（HLA-1）显示在细胞表面。

为了引起有效的抗肿瘤应答，抗原呈递必须在两个不同的事件上成功：

首先，癌症抗原必须被树突状细胞（DC）摄取并呈递，以用于CD8 + T细胞的启动。

其次，抗原必须直接由肿瘤呈递，才能被激活的CD8 + T细胞识别并杀死。

在这两个步骤中，肿瘤都可以利用多种逃逸机制逃避免疫识别。在这里，我们总结了调节DC功能的肿瘤衍生因子，并通过定量调节或定性改变肿瘤抗原来逃避免疫的证据。

这些机制包括调节抗原表达，HLA-1表面水平，改变肿瘤细胞中抗原加工和呈递机制。

最后，由于完全消除抗原呈递可导致自然杀伤（NK）细胞介导的肿瘤杀伤，因此，作者还讨论了肿瘤如何隐藏抗原呈递缺陷并仍能逃避NK细胞识别。

背景介绍

CD8+T细胞是抗癌免疫的主要细胞，而调节CD8+T细胞应答一直是免疫治疗癌症的重点。当CD8+T细胞特异性识别肿瘤细胞上主要组织相容性复合物（MHC；在脊椎动物中）或人类白细胞抗原（HLA；在人类中）呈递的抗原肽时，可以被激活并杀死肿瘤细胞。

由于在肿瘤部位存在抑制信号，所以肿瘤特异性T细胞通常呈现功能失调。在部分患者中，通过免疫检查点抑制（ICI）消除这些抑制信号可导致T细胞重新激活，并提高临床疗效。其他免疫抑制因子的存在和肿瘤细胞抗原递呈的减少可以解释T细胞活性的有限性。实际上，研究表明，肿瘤已经进展出不同方法来限制抗原的HLA-1呈递并逃避免疫识别。

癌症排斥抗原是抗肿瘤T细胞的靶标。这类排斥抗原包括肿瘤相关抗原（TAA），病毒抗原和肿瘤特异性抗原（TSA），并且对靶向抗原的肿瘤免疫疗法的发展非常重要。随着ICI的出现，使用强效疫苗平台与ICI结合，或使用罕见的高亲和力T细胞受体（TCR）进行过继T细胞治疗或T细胞重定向双特异性分子，重新激发了人们对TAA的兴趣。针对人乳头瘤病毒（HPV）的治疗性疫苗接种已在HPV诱发的癌症中有一定的效果。

大多数TSA是新抗原，可以由多种类型的肿瘤基因组畸变产生。新抗原存在于大多数肿瘤中，并且与对ICI和过继性T细胞疗法的临床应答有关。新抗原特异性癌症疫苗的早期临床试验结果表明会引起新抗原特异性T细胞应答，但尚不清楚这些应答是否在临床上有效。靶向新抗原的挑战是它们通常对于每个患者具有特异性，并且需要开发称为新抗原特异性免疫疗法（iNeST）的个体化方法。

HLA-1呈递的癌症排斥抗原对于刺激抗肿瘤CD8 + T细胞应答（包括ICI和iNeST）的免疫疗法至关重要，并且对了解HLA-1呈递在肿瘤中的缺陷程度也很重要。

为了引发有效的抗肿瘤反应，抗原提呈必须在两个不同的事件上成功。

首先，癌症抗原必须被树突状细胞（DC）摄取并呈递，以用于CD8 + T细胞的启动。

其次，抗原必须直接由肿瘤呈递，才能被激活的CD8 + T细胞识别并杀死。

当然，肿瘤也会进展出多种机制来减少这两个关键步骤的抗原提呈，进而避免抗原识别，包括抑制DC细胞的功能，干扰抗原加工和提呈机制来降低肿瘤细胞对HLA-1的表达（APM；图1）。

在不完全消除HLA-1表面表达的情况下，肿瘤还进展出更精细的免疫逃逸策略。对肿瘤如何减少排斥抗原的HLA-1提呈进行更好理解，将为基于抗原提呈的免疫疗法的应用提供证据。肿瘤还可以在HLA-II上呈递抗原，以被CD4 + T细胞识别，并且该途径也可能受到免疫逃逸的调控。

图1.抗原加工并提呈

树突状细胞（DC）缺陷

DC在抗肿瘤T细胞免疫的启动和维持中起着核心作用。当肿瘤细胞被加工为损伤相关分子模式（DAMPs）后，DC细胞逐渐成熟，并迁移到淋巴结，将癌症抗原加工并加载到HLA-1上，提呈给CD8 + T细胞。DCs也上调共刺激分子并产生促炎细胞因子，这对于幼稚T细胞的充分启动必不可少。

在各种DC细胞亚群中，cDC1s在抗肿瘤免疫中起着至关重要的作用。缺少cDC1的Batf3基因敲除小鼠无法激活抗肿瘤CD8 + T细胞并对ICI产生应答。肿瘤微环境（TME）中cDC1的数量与T细胞浸润，癌症患者的总体生存率以及对ICI的反应有关。

除了在淋巴结中起作用，cDC1s对于循环中枢记忆T细胞的活化，及其在小鼠肿瘤中分化为组织驻留记忆CD8 + T细胞和对ICI的应答至关重要。

由于cDC在激活抗肿瘤T细胞应答中起主要作用，因此它们是肿瘤的“反靶标”，可以逃避适应性免疫系统的激活（图2）。

图2 DC细胞的抗肿瘤免疫反应

当肿瘤细胞加工为DAMPs后，未成熟的cDC1细胞将会逐渐成熟，并迁移至淋巴结，同时将肿瘤抗原递送，以激活幼稚的CD8 + T细胞。肿瘤已经发展出多种途径来抑制DC成熟和功能。坏死性肿瘤细胞释放高水平的PGE2，从而抑制DAMPs在体外对巨噬细胞和DC的免疫刺激活性。

肿瘤细胞释放血管内皮生长因子（VEGF）会影响DC分化和成熟。TME还积极产生干扰DC成熟的细胞因子，例如IL-6，转化生长因子-β（TGFβ）和IL-10，从而促进DC转化为致耐受性表型。除成熟缺陷外，研究表明，肿瘤内cDC1s可能表现出交叉表达受损。DC中氧化脂质的水平升高与交叉递呈中的缺陷有关。

因此，肿瘤可以通过改变与肿瘤相关的DC功能来反式调节其抗原性。肿瘤中的DC细胞可能出现功能障碍，耐受甚至免疫抑制的表型。通过靶向DC细胞，癌症疫苗可以帮助克服其中一些缺陷并有效促进T细胞启动。另外，原位疫苗也正在开发中，并显示出令人鼓舞的结果。呈递有效的佐剂，例如聚肌苷酸：聚胞苷酸（poly（I：C）），Toll样受体或STING激动剂，可以克服肿瘤部位的某些免疫抑制信号并诱导DC成熟。VEGF阻断疗法还可帮助促进DC分化和功能。在DC浸润低的肿瘤中，可能必须将此治疗与FLT3L治疗相结合以增加肿瘤内cDC1的数量，并与放射疗法，化学疗法甚至过继性T细胞疗法相结合以增强肿瘤细胞死亡，并向cDC1s提供肿瘤抗原。

肿瘤中HLA-I的缺陷

由cDC1s引发后，CD8 + T细胞从淋巴结转移到肿瘤，在那里它们识别由肿瘤细胞直接呈递在HLA-1上的抗原并进行杀死。除了限制T细胞启动的DC功能外，肿瘤中还存在抗原呈递途径的改变，也会导致CD8 + T细胞无法识别。HLA-1的肽呈递涉及许多过程。

细胞表面的HLA-1复合物由三部分组成：HLA-1重链，β2-微球蛋白（β2m）和源自内源性蛋白质的8-12个氨基酸肽。HLA-1复合物本身是APM的一个组成部分，参与了HLA-1呈递肽的过程（图1）。蛋白酶体是主要的酶复合物，其将细胞蛋白加工成肽，然后由ATP结合盒转运蛋白TAP1和TAP2（或统称为TAP）转运到ER中。HLA-1上的肽加载发生在ER中，并由肽加载复合物（PLC）中的几种辅助蛋白和分子伴侣协助。一旦形成了稳定的HLA-1肽复合物，它就可以转移到细胞表面。尽管所有有核细胞在其表面上都组成性地显示肽-HLA-I复合物，但是在炎症环境中，抗原呈递可以被上调，主要是通过活化淋巴细胞产生的细胞因子IFNγ。通过JAK–STAT信号传导途径的IFNγ受体信号传导可诱导多种APM成分，包括顺式或反式的HLA-1重链和β2m（图3a）。该回路可增强免疫反应，并增强对靶细胞的识别和杀伤力。

肿瘤可通过多种机制减少其表面的抗原呈递，包括抗原耗竭，通过遗传改变降低HLA-1的表面表达，调节转录以及通过改变HLA-1基因来改变HLA-1肽组库和APM的其他组分。

图3.肿瘤中的抗原提呈的调控

抗原耗竭

癌症排斥抗原的耗竭可能是肿瘤的一种免疫逃逸机制，尤其是如果抗原是肿瘤发生的副产物，并且对肿瘤细胞的存活不是功能至关重要的情况下。一些TAA是其编码基因表达失调的副产物，并且大多数新抗原来源于“乘客突变”。

肿瘤中的抗原耗竭可能通过基因组水平的拷贝数丢失，表观遗传机制或翻译后机制引起的RNA表达下调而发生（图3a）。在同一患者的不同病变之间也观察到了TAA的丢失。有新出现的证据表明，在免疫压力下，肿瘤可以在DNA水平和RNA水平上丢失新抗原。

与野生型相比，未经治疗的非小细胞肺癌（NSCLC）患者的肿瘤在编码未表达新抗原的基因启动子处高甲基化。此外，在这些患者中，具有高水平免疫浸润的肿瘤中不太可能表达新抗原编码基因。

除了调节基因表达外，肿瘤还可以通过调节蛋白质更新，进而调节新抗原的呈递。最近，Jaeger及其同事发现，肿瘤可以通过用HSP90稳定突变蛋白,来“隐藏”抗原呈递途径中的突变蛋白。

有效新抗原的丢失可能会成为抗肿瘤免疫的难治性机制，并且对iNeST构成了挑战。ICI在几例具有高肿瘤突变负担的患者中发现，新抗原耗竭作为免疫逃逸的机制可能并不全面。

HLA-1和B2M中的遗传改变

HLA-1重链和β2m是呈递肽的HLA-1复合物的核心成分。细胞可以表达来自三个基因（HLA-A，HLA-B和HLA-C），六个不同的HLA-1等位基因，每个基因都提供一组独特的肽。在其编码基因中已经描述了可以导致肽提呈减少或完全丧失。这些遗传事件可能会对HLA-1提呈的程度和多样性产生不同的影响。由于β2m是所有HLA-1同种异型的组成部分，因此B2M的杂合有害突变或LOH可导致HLA-1的表面表达水平降低。一个等位基因上的有害突变加上LOH或B2M的完全拷贝数丢失是表面HLA-1完全丢失所必需的。另一方面，由于不同的HLA-1同种异型组成不同，丢失HLA-1同种异型的一个子集很可能会降低所呈现的肽库的多样性。了解这些事件的发生率，对于评估在不同的癌症适应症中抗原提呈可能会丢失的频率，以及设计适当的免疫疗法策略而言非常重要。

除HLA-1和β2m以外，编码其他APM成分的基因的变化并不普遍。我们对TCGA数据库的分析表明，在分析的10967名癌症患者中，约有3％出现了改变（图3b）。

HLA-1肽库的变化

肿瘤中APM成分的改变可能会改变某些HLA-1复合物可以呈现的肽谱，而不是降低HLA-1表面表达。尽管改变的肽库可能增加免疫原性，但具有未改变的APM的DC不一定会呈现这种改变的肽。因此，T细胞可能无法针对这种改变的成分而激活，并且可能发生肿瘤免疫逃避。

NK细胞对肿瘤的识别

NK细胞是先天免疫系统的一部分，在这里，我们专注于NK细胞在监测和抵消抗原呈递减少，或在调节肿瘤免疫原性中的作用的重要性。原则上，HLA-1丢失应导致NK细胞介导的肿瘤细胞杀伤，但是有几个因素可能共同决定该过程的效率：

第一，不同组织类型中NK细胞亚群的差异分布；

第二，他们在肿瘤中的丰度；

第三，肿瘤免疫逃避策略可调节NK细胞的有效性，激活或自我缺失识别（图4）；

第四，患者基因组的免疫遗传组成。

图4.HLA-1丢失对自然杀伤细胞活性的影响以及肿瘤免疫逃逸

如图4所示，已经描述了几种肿瘤逃逸策略，它们会干扰NK细胞在癌症中的有效性。

结论

癌症免疫疗法已显示出令人鼓舞的成功，但许多患者仍对该疗法无应答。了解与癌症免疫或逃逸的生物学机制，将为新的免疫疗法，联合疗法和生物标志物的鉴定提供选择。

许多免疫疗法依赖于CD8 + T细胞识别和杀死肿瘤细胞。这些免疫疗法既依赖于肿瘤内DC对内源性T细胞的启动作用，又依赖于在肿瘤细胞上展示的HLA-1对肿瘤抗原的呈递作用。

尽管尚未对所有癌症类型进行全面研究，但迄今为止发表的报告表明，HLA-1表面表达可通过多种机制广泛调节。此外，早期证据表明，肿瘤可能结合多种机制来减少HLA-1的提呈。对ICI无应答的患者中HLA-1和B2M LOH的富集和其他改变提示HLA-1降低耐药性具有一定作用。但是，ICI仍然可以在具有某些相同改变的患者中起作用，这一事实表明，尤其是对于突变负荷较高的肿瘤，肿瘤对抗原呈递的这种操纵可能并不完全。

对于抗原呈递不可逆性损害的患者，CD8 + T细胞依赖性免疫疗法可能不是合适的选择。这些患者应该使用其他独立于HLA-1表达的肿瘤免疫治疗，例如NK细胞或杀伤性巨噬细胞的激活，合成免疫（例如CAR-T细胞治疗和CD3双特异性抗体）或其他传统的癌症治疗。对于其他抗原呈递可逆下调的患者，需要设计恢复肿瘤细胞上抗原呈递的策略，这些策略在与ICI联合治疗中可能有益。

以上内容来源：生信人 /本文由医世象 木木整编