皮肤黑色素瘤免疫治疗耐药的机制

黑色素瘤是最致命的皮肤癌之一，在过去的几十年里，其发病率在美国以恒定的速度显着增加。从历史上看，远处转移性黑色素瘤的诊断与显着死亡率相关。在免疫疗法发明之前，接受这种诊断的患者中，只有不到 10% 的患者存活了 5 年以上。从 1990 年代到 2010 年代，黑色素瘤缺乏新的治疗方法，直到 2011 年第一个免疫检查点抑制剂 (ICI) 获得批准。这一发现引发了一场革命，将这种曾经的死刑判决变成了一种更易于控制的疾病，其 5 年生存率高达 44% 。黑素细胞与免疫系统具有复杂的相互作用，因为痣的自发消退在生命早期很常见，这表明主动免疫监视系统可以消除转化的黑素细胞以防止肿瘤形成。然而，肿瘤细胞使免疫系统偏向免疫抑制状态并获得逃避免疫反应的机制。这反映在增强的黑素细胞增殖与肿瘤进展之间的长期滞后。
免疫检查点抑制剂是阻断称为免疫检查点的蛋白质的药物，可监测免疫系统（例如程序性细胞死亡蛋白 1/程序性死亡配体 1 [PD-1/PD-L1）和细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4（CTLA）-4)]。这些检查点负向调节通常保护个体免受严重反应的免疫反应。在癌症患者中，这会阻止免疫细胞靶向肿瘤细胞，从而允许恶性细胞逃避免疫反应，这被认为是癌症的标志。目前，免疫检查点抑制剂是用于黑色素瘤患者的一些标准治疗方法。
临床试验数据显示，与传统疗法相比，派姆单抗（抗 PD-1）、纳武单抗（抗 PD-L1）和易普利姆玛（抗 CTLA-4）等 ICI 的抗黑色素瘤效果更佳。快速获得 FDA 批准 。然而，大约 66% 的黑色素瘤患者在接受免疫治疗时仍会出现疾病进展，大约 50% 仍死于黑色素瘤 。因此，尽管有希望的临床结果，但由于耐药性导致疾病进展或复发，免疫检查点抑制剂与低于理想的反应相关。通常导致这些死亡的免疫疗法耐药性的病因通常是多因素的。对所有癌症类型的免疫治疗耐药机制知之甚少，黑色素瘤也不例外。由于尚未完全了解耐药性的驱动原因，因此目前无法确定哪些患者可能会产生反应，以及哪些患者会在开始治疗之前对选定的免疫疗法产生耐药性。
抵抗免疫检查点抑制剂 (ICI) 的关键参与者
尽管临床结果令人鼓舞，但由于耐药或复发，免疫检查点抑制剂与对单药治疗的次优反应有关。大约一半的晚期黑色素瘤患者对 PD-1 治疗产生耐药性。尽管抗 PD-1 和抗 CTLA-4 疗法的抗肿瘤作用是持久的，但它们与低反应率相关，这可能是由于对治疗的内在和获得性抗性。由于这些原因，研究人员一直在探索结合治疗的潜力（多种免疫疗法以及其他类型的治疗与免疫疗法一起）。这尤其适用于 nivolumab 和 pembrolizumab，因为它们被患者很好地耐受并且具有最有希望的结果。
除了磨练当前的治疗手段外，控制耐药性的黑色素瘤靶点也在研究中。T 细胞免疫球蛋白和粘蛋白结构域 3 (TIM-3) 和具有 Ig 和 ITIM 结构域的 T 细胞免疫受体 (TIGIT) 是两个广泛研究的免疫检查点，负责强化黑色素瘤以抵抗当前的免疫疗法，尤其是抗 PD-1 治疗 中进行了审查。人类白细胞抗原 (HLA) 复合物 I 和 II 负责抗原呈递，这是淋巴细胞功能的关键因素。黑色素瘤中的 HLA 功能障碍已得到充分证明，并负责阻止抗 PD-1 和抗 CLTA-4 的后果。肿瘤微环境 (TME) 是免疫疗法耐药性研究中另一个广受好评的新兴领域。Indoleamine 2,3 dioxygenase-1 (IDO) 是另一个靶点，显示通过 TME 免疫抑制剂的积累表现出免疫治疗抗性，并在 中进行了综述。除了这些有据可查的耐药因素之外，较新的报告详细介绍了黑色素瘤用来阻碍免疫治疗的许多其他机制。下面，我们总结了在阐明黑色素瘤对免疫疗法耐药的信号传导机制方面的最新进展（图 1和表 1）。

图 1免疫疗法耐药信号。感兴趣的关键目标通过内部黑色素瘤途径、获得 TME `免疫抑制剂（红色）和失去 TME 免疫刺激剂（蓝色）来否定治疗反应。STING，干扰素基因刺激剂；NLRP3，核苷酸结合域，富含亮氨酸的家族，含有 pyrin 域的 3；PAI-1，纤溶酶原激活物抑制剂-1；LAG3（T 细胞上的绿色），淋巴细胞激活基因 3；SK-1，鞘氨醇激酶 1；PD1，程序性细胞死亡蛋白 1（T 细胞上的黄色）；CLTA4，细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4（APC 上的蓝色）；STAT3，信号转导和转录激活因子 3；IL，白细胞介素；MDSCs，髓源性抑制细胞；TREGs，调节性 T 细胞；TILs，肿瘤浸润淋巴细胞；APC，抗原呈递细胞

表 1最近揭示了免疫治疗耐药的驱动因素及其影响。
抗性的表观遗传机制
表观遗传学是一个快速发展的领域，它研究在不修改基础 DNA 序列的情况下发生的基因表达变化。主要的表观遗传过程通常涉及向 DNA 序列本身或组蛋白 DNA 周围添加或去除化合物。组蛋白乙酰化、去乙酰化和甲基化通常分别由组蛋白乙酰转移酶 (HAT)、组蛋白去乙酰化酶 (HDAC) 和组蛋白甲基转移酶 (HMT) 进行。也可以通过包括 DNA 甲基转移酶 (DNMT) 在内的多种酶对 DNA 中的调节元件进行类似的永久性修饰。表观遗传学通过调节促进抗性的蛋白质与黑色素瘤对免疫疗法的抗性交织在一起。阿莱奥蒂等人。
Gracia-Hernandez 等人的评论。已经描述了许多涉及黑色素瘤发病机制的表观遗传修饰剂，对靶向和免疫疗法的抗性，以及治疗佐剂的潜在表观遗传靶点。他们讨论了通过 DNA 高甲基化降低 4-1BB (CD137) 表达的作用、HDAC6 促进 IL-10 和 PD-L1 表达，以及组蛋白甲基转移酶 EZH2 的突变，这会降低参与抗肿瘤免疫反应的蛋白质的表达，例如如 RASSF5 和 ITGB 。最近的研究扩大了 EZH2 与免疫逃避的关联。徐等人。揭示了EZH2抑制增强了STING的表达和信号传导。在免疫原性较差的小鼠模型 (B16-F10) 中，将 EZH2 抑制与 STING 激动剂相结合成功地抑制了黑色素瘤。这些小鼠表现出增加的 MHC I 表达和抗原呈递，增加了肿瘤的 CD8 + T 细胞浸润，并提高了存活率。这一发现对于开发一种对抗黑色素瘤免疫逃避的疗法很有希望，这种疗法已经证明对免疫疗法有抵抗力。
最近的研究已经确定了几种表观遗传调节因子，这些调节因子在黑色素瘤中发生了改变，并可能导致免疫治疗耐药。KDM5B 是一种 H3K4 去甲基化酶，它与黑色素瘤对靶向 BRAF 抑制剂治疗的耐药性有关。然而，最近的研究表明，KDM5B 还通过招募 H3K9 甲基转移酶 SETDB1 来促进黑色素瘤小鼠模型的免疫逃避 。SETDB1 在许多人类癌症中富集，其过度表达与抑制的抗肿瘤免疫活性和对免疫检查点阻断的抗性有关。SETDB1 通过阻断免疫相关基因簇和编码 T 细胞识别的 MHC I 抗原的转座因子的表达来抑制抗肿瘤免疫反应。在黑色素瘤细胞中使用光神霉素 A 和光神霉素类似物 EC-8042 增强了 MAPK 抑制剂治疗的功效 ( 83 , 103 )。然而，尽管 KDM5B 和 SETDB1 对免疫逃避有明显影响，但还没有任何关于它们抑制黑色素瘤对免疫疗法耐药的影响的研究。上述对 KDM5B 和 SETDB1 的研究结果表明，表观遗传轴可能与肿瘤免疫逃避有关，正如 Galassi 等人所讨论的那样。对这一表观遗传调节轴的进一步研究可能有助于阐明黑色素瘤的治疗靶点，这些靶点已成功逃避当前免疫疗法的免疫监视。
脂肪量和肥胖相关 (FTO) 蛋白是一种 m6A RNA 去甲基化酶，与肥胖密切相关，在某些类型的急性髓性白血病中高度表达。在黑色素瘤中，FTO 的过表达与生长、增殖、细胞迁移和侵袭增加有关。当黑色素瘤细胞处于代谢应激条件下时，它会通过激活自噬途径而上调，这也会增加 PD-1 表达。在一项使用具有 B10-F10 黑色素瘤肿瘤的免疫活性 C57BL/6 小鼠作为黑色素瘤对免疫疗法耐药的模型的研究中，FTO 敲低恢复了抗 PD-1 阻断的功效并显着抑制了肿瘤生长。最近的另一项研究表明，Dac51 介导的 FTO 抑制降低了注射的 B16-OVA 黑色素瘤肿瘤的生长。Dac51 和抗 PD-1 检查点阻断的组合显示出更慢的肿瘤生长和延长的小鼠存活率，而没有明显的一般毒性证据 。该结果有望将 FTO 抑制用作当前 ICI 方法的佐剂。在将这些结果应用于人体试验之前，需要进一步研究以确定选择性 FTO 抑制剂并对其在黑色素瘤模型中的作用进行更多研究。
肿瘤突变负担 (TMB) 和新抗原
影响癌症免疫原性的一个主要因素是肿瘤突变负荷 (TMB)，或肿瘤中存在的非同义突变的数量。TMB 越高表明突变数量越多，这反过来又增加了免疫系统识别异常蛋白质的可能性。这些蛋白质被称为新抗原。与该理论一致，高 TMB 通常与改善黑色素瘤患者的总体存活率和免疫治疗反应有关。然而，关于一种使 TMB 的高低定义在研究中更加一致的好方法，以提高其作为免疫治疗反应生物标志物的使用，仍然存在一些争论 。最近的研究表明，TMB 和新抗原负荷评分可以预测对免疫疗法的反应和耐药性的可能性。然而，当存在影响抗原呈递的突变时，这些分数是有限的，这在大约 50% 的黑色素瘤肿瘤中是正确的。Olbryt、Rajczykowski 和 Widlak在最近的一篇综述中讨论了这种损失背后的许多机制。此外，免疫疗法对低 TMB 细胞产生正选择压力。在 ipilimumab 治疗后表现出黑色素瘤进展的患者随后接受 nivolumab 治疗，当该作用过程有效时， TMB 降低。如果给定的肿瘤具有不同水平的新抗原负荷的亚克隆，ICI 治疗可能会消除所有高 TMB 克隆，但留下低 TMB 克隆，从而产生新的耐药肿瘤。开发针对热和冷免疫原性亚克隆的联合疗法的研究可能会通过阻止这种选择来降低获得性耐药率。
克服免疫疗法耐药性
免疫系统在癌症发病机制、预后和治疗反应中起关键作用。ICI在癌症免疫治疗中的应用旨在靶向免疫细胞与癌细胞之间的相互作用，增强免疫系统对抗肿瘤的能力。由于切除的黑色素瘤中存在肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL) 和对免疫刺激的积极临床反应，黑色素瘤已被定性为最具免疫原性的肿瘤之一。由于高免疫原性，黑色素瘤在使用 ICI 治疗方面取得了广泛的成功。与靶向治疗相比，免疫疗法的主要优势是对癌症生长的更持久反应，即使在药物停药后也会出现这种反应。然而，大部分的部分反应者（原发性耐药）和高耐药率仍然是这些疗法取得最佳成功的最大障碍。如上所述，免疫疗法抗性是癌细胞与免疫系统之间产生多种相互作用的结果。因此，似乎黑色素瘤的最佳治疗可能涉及治疗方案，其中包括多种药物，一起或依次给予，具有分子定义的目标。下面，我们讨论了一些可能与 ICI 协同以实现最大抗黑色素瘤反应的策略。
分子靶向治疗与免疫治疗相结合的应用
这种方法依赖于靶向两种不同信号通路的药物组合来诱导细胞凋亡，从而导致肿瘤相关抗原的释放，和/或调节使癌细胞保持适应性抵抗的关键细胞通路。BRAF 抑制剂，例如 dabrafenib 和 vemurafenib，在可切除和不可切除或转移性黑色素瘤中，无论是单药治疗还是与 MEK 抑制剂曲美替尼联合治疗，都显示出生存优势 。然而，大多数患者最终获得抗药性，从而无法实现持久的肿瘤消退。有趣的是，将抗 PD-1/PD-L1 与 BRAF/MEK 抑制剂相结合的临床前和临床研究表明，抗黑色素瘤反应和耐受性增强。同样，贝伐单抗是一种抗血管内皮生长因子 (VEGF) 单克隆抗体，已被发现具有免疫调节特性，因为 VEGF通过抑制树突细胞成熟和 T 细胞肿瘤浸润发挥免疫抑制功能。有了这个基本原理，几项临床试验正在评估免疫检查点抑制剂与抗 VEGF 疗法的组合，用于治疗多种肿瘤类型，包括黑色素瘤。
同时抑制两个或多个免疫检查点
抗 CTLA-4 和抗 PD-1 的联合治疗已获批准或用于某些癌症（包括黑色素瘤）的临床试验。在一项涉及 142 名转移性黑色素瘤患者的 I 期临床研究中，发现 ipilimumab（CTLA-4 抑制剂）和 nivolumab（PD-1 抑制剂）联合治疗的客观反应率和无进展生存期显着高于 ipilimumab 单药治疗。试验后 3 年，纳武利尤单抗加易普利姆玛治疗组的平均生存率为 58%，而纳武利尤单抗单独治疗组的平均生存率为 52% 。5 年时，纳武单抗加易普利姆玛的生存率为 52%，纳武单抗单药的生存率为 44%。在 6 年半时，纳武单抗加易普利姆玛的生存率为 49%，纳武单抗单药的生存率为 42%。这些结果证明了通过使用 nivolumab 和 ipilimumab 实现的反应的持久性。这种联合疗法的临床益处可能是由于互补机制，因为已知易普利姆玛可引发 T 细胞，而纳武单抗可重新激活效应反应。同样，抗 PD-L1 连同抗 CTLA-4 和放疗已被证明可以促进部分转移性黑色素瘤患者的更好反应。
微生物组的影响
一些研究已经注意到肠道微生物组和黑色素瘤对免疫治疗的反应之间的联系，并假设了一些关于微生物组如何影响免疫治疗反应的理论。在微生物群有利于免疫治疗反应的患者中，微生物群衍生的 STING 激动剂可诱导 IFN1 信号传导并刺激抗肿瘤免疫反应 。理论上，肠道微生物组可能通过产生短链脂肪酸及其随后对黑色素瘤细胞表观基因组的影响来影响对免疫疗法的反应。最近的一项研究发现，戊酸可通过抑制 1 类组蛋白去乙酰化酶，增加 CD8 +中的 mTOR 活性来诱导 T 细胞的表观遗传重编程。T 细胞，并增强 CD25 和 IL-2 的表达，这在经验上增加了用这些短链脂肪酸处理的 CD8 + T 细胞的抗肿瘤活性。在一项研究中，已发现口服益生菌双歧杆菌联合 PD-L1 几乎可以消除小鼠模型中黑色素瘤的生长。分子分析表明，这些效应是由改善的树突状细胞功能介导的，导致 TME 中 CD8 + T 细胞启动和积累增强。在对接受抗 PD-1 免疫治疗的黑色素瘤患者的粪便微生物组样本进行分析时，响应者肠道微生物组的多样性和组成显示，与无响应者相比，瘤胃球菌科细菌的 α 多样性和相对丰度显着更高。此外，已发现粪便微生物群移植可以克服无菌小鼠对 PD-1 阻断的抗性 。基于这些有希望的临床前数据，已经在初始抗 PD-1 免疫治疗无效的黑色素瘤患者中进行了粪便微生物群移植 (FMT) 和再诱导抗 PD-1 治疗的小型 1 期临床试验。FMT 来源于对抗 PD-1 治疗有反应的黑色素瘤患者。该研究发现，FMT 与免疫细胞浸润的有利变化有关，并认为 FMT 在更大规模的临床试验中是安全的。如果在这些更大规模的试验中得到复制，对于在抗 PD-1 免疫治疗期间经历黑色素瘤进展的患者来说，FMT 可能是一个可行的选择。
与免疫疗法的其他组合策略
同样，正在研究其他几种克服免疫疗法耐药性的联合治疗策略。例如，已发现将癌症疫苗与 ICI 结合在多项临床前研究中是有益的，因为它可以增加抗原呈递和引发 T 细胞。在黑色素瘤患者中使用多肽疫苗和纳武利尤单抗辅助治疗已经注意到提高了存活率 。在另一项研究中，与抗 PD-1 治疗配对的个性化新抗原疫苗（靶向多达 20 种预测的肿瘤新抗原）显示黑色素瘤患者的肿瘤完全消退。
此外，在一项对 928 名患者进行的转移性黑色素瘤试验中，小分子 IDO 抑制剂 Epacadostat 与派姆单抗联合进行了测试，但无进展生存期未受到显着影响。其他 1 期和 2 期试验将核因子红细胞 2 相关因子 2 (NRF2) 激动剂 Omaveloxolone 与 Ipilimumab 或 Nivolumab 相结合，以期废除 MDSC 驱动的免疫抑制（ClinicalTrials.gov 标识符：NCT02259231）。Omaveloxolone 与肿瘤 iNOS、PD-L1 和 IDO-1 表达降低相关，没有任何剂量限制性毒性，因此，它可以克服 ICI 耐药性。此外，易普利姆玛还与溶瘤病毒 (T-VEC) 治疗相结合，在 18 个月时产生 50% 的无进展生存率和 67% 的总生存率，证明优于 T-VEC 单一疗法。（ClinicalTrials.gov 标识符：NCT01740297）。鉴于这些有希望的发现，已经启动了几项新的临床试验，以制定克服黑色素瘤免疫治疗耐药性的策略。同时，研究调查也正在进行中，以确定与 ICI 耐药性和治疗反应相关的生物标志物。
综述
由于切除的黑色素瘤中存在 TIL、偶尔的自发消退和对免疫刺激的临床反应，黑色素瘤已被表征为最具免疫原性的肿瘤之一。黑色素瘤的免疫原性使研究人员发现了新的免疫策略来克服肿瘤免疫逃避。然而，高耐药率、缺乏持久的抗黑色素瘤反应和较高比例的有限反应者仍然是实现免疫疗法的主要障碍。需要确定针对这些机制的成功未来药物的免疫疗法抗性机制。目前探索黑色素瘤免疫治疗耐药新机制的研究取得了一定进展。
参考链接：Mechanisms of Immunotherapy Resistance in Cutaneous Melanoma https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2022.880876/full#h4