腫瘤異質性在原發性肝癌中的研究進展

趙喜君 楊寧

作者單位：200438 上海 海軍軍醫大學第三附屬醫院肝外五科

癌癥是由于基因組和遺傳不穩定性造成的無限增殖的惡性組織。現代腫瘤研究進展表明,癌細胞存在生物學現象中的突變、選擇、適應、轉移等情況,且存在差異,稱之為腫瘤異質性。原發性肝癌(PLC)是最常見的消化道惡性腫瘤之一,發病人數體量龐大,且具有極高的發病率和致死率[1]。但與其他腫瘤(比如乳腺癌、結直腸惡性腫瘤、肺癌)相比,肝癌的治療方案非常有限,且大部分患者確診PLC時腫瘤已進展為中晚期,手術、介入、消融治療效果并不理想,只能予以非手術治療(如靶向藥物治療和免疫檢查點抑制劑治療)。然而靶向治療藥物(包括一線治療藥物樂伐替尼、索拉非尼以及二線治療藥物瑞格非尼、卡博替尼等)對晚期PLC的總體響應率較低[2]。

目前研究認為,PLC具有的高度異質性(tumor heterogeneity)是其尚不能被“征服”的主要原因之一[3]。雖然以免疫檢查點抑制劑為代表的免疫治療有望避免腫瘤分子異質性問題,但免疫微環境異質性嚴重制約免疫檢查點抑制劑發揮作用,對HCC療效不佳[4-5]。因此,亟需深入探索HCC的發生發展機制,進而探討針對PLC治療的新策略。

PLC的異質性主要表現為腫瘤細胞在腫瘤發生和進化過程中會形成具有不同分子特征和功能差異的細胞團。目前認為腫瘤及其腫瘤微環境(TME)都具有異質性,且這種異質性是造成腫瘤致死、免疫和靶向治療失敗以及耐藥的關鍵因素[6-7]。因此準確評估PLC腫瘤細胞及其微環境的異質性特點對于開發有效的治療方法和延長患者預后具有極其重要的意義。

一、腫瘤細胞的異質性

腫瘤細胞的異質性是指腫瘤病灶中存在著不同的遺傳基因組和亞克隆細胞,這也是腫瘤區別于正常組織的重要特征之一[8]。腫瘤的異質性既包含腫瘤間異質性,又包含腫瘤內異質性,二者相互區別,緊密聯系[9]。不同腫瘤患者由于基因型之間存在的差異,即不同腫瘤患者的同一種病理分型的腫瘤之間的基因表型差異被稱為腫瘤間異質性;同一患者同一腫瘤病灶中,具有獨特基因組的腫瘤細胞亞群可能存在的腫瘤在不同區域隨時間推移出現不同分化結果的被稱為腫瘤內異質性[9]。肝癌的異質性是多層次、多水平、多維度的。PLC既存在個體腫瘤間異質性,也存在同一個患者個體的腫瘤內異質性,后者按照觀察到的病灶數量不同又可分為單灶腫瘤異質性和多灶腫瘤異質性。在表現型水平上,混合型肝癌的單個病灶內部,肉眼即可分辨出兩種組織類型,顯微鏡下還能觀察到不同分化程度以及不同區域對應不同局部免疫浸潤水平的腫瘤細胞。既往研究進展也使得人們意識到腫瘤異質性不僅僅指示的是腫瘤的一種獨特的組織形態特點,還涉及到了遺傳、表觀、轉錄組、蛋白質組、修飾蛋白質組和腫瘤微環境等多方面內容[10]。已有多項研究表明,PLC細胞的高度異質性與臨床不良預后顯著相關。其中腫瘤內異質性有助于腫瘤生長、轉移、復發和產生耐藥性,對肝癌的診療和預后造成重大的挑戰和影響[11]。腫瘤異質性提示PLC診療中可能存在“單次活檢所得到的遺傳特征和微環境信息”的不足,這對研究個體腫瘤發展、降低抗藥性及實現真正意義上的個體化治療具有重要的理論和實踐意義。

二、腫瘤免疫微環境的異質性

肝癌克隆演化過程中不斷影響著腫瘤免疫微環境[12]。伴隨腫瘤基因組異質性演化,腫瘤抗原譜也呈現出動態變化[13]。肝癌亞克隆與微環境相互作用最終形成免疫抑制性微環境。腫瘤免疫微環境(TIME)是腫瘤在環境選擇壓力下形成異質性的重要因素[10],肝癌克隆演化是腫瘤細胞與免疫微環境共同進化的過程。隨著腫瘤克隆的異質性不斷增強,微環境也不斷發生著演變。很多研究者從肝癌增殖微環境入手展開對肝癌腫瘤異質性的研究,這在一定程度上提升了人們對肝癌發生、轉移、復發機制的認識程度和防治水平。腫瘤細胞與微環境相互作用,異質性不斷演化:異質性增高促進腫瘤發生免疫逃逸,進而導致腫瘤不斷進展及出現治療耐藥。腫瘤干細胞理論也認為腫瘤惡性增殖是細胞微環境、致癌劑以及遺傳因素相互作用于腫瘤干細胞,并引起生長分化調控途徑中某些分子遺傳學突變從而造成表達異常的結節。Aizarani等最新研究結果也強調,異常或惡化的肝癌增殖微環境是影響肝癌干細胞分化異常的關鍵[14]。

三、腫瘤的時空異質性

腫瘤免疫微環境是一個高度復雜的生態系統,腫瘤細胞與免疫細胞在時間、空間維度動態互相作用,產生時空異質性(spatiotemporal heterogeneity),即在腫瘤內部不同部位、腫瘤演化不同時期、治療的不同節點,腫瘤異質性存在顯著差異。在腫瘤時空演化的動態過程中,腫瘤的內在因素及微環境的外在因素也會緊密相互作用,造成腫瘤基因組和表觀組的改變[15],顯著影響腫瘤浸潤淋巴細胞的豐度和活性[1],而免疫浸潤反過來也會影響腫瘤增殖潛能與克隆組成,抗原呈遞、趨化因子、免疫代謝等相關機制參與了免疫微環境異質性的時空調控。對于患者個體而言,腫瘤的時空異質性有三大特征:時間異質性、空間異質性、免疫細胞的多樣性和可塑性。適度的異質性有利于腫瘤的時空演化,腫瘤的異質性過低會導致微生態可塑性和適應性不足,而異質性過高又會影響腫瘤生存和微環境整體功能,因此明確腫瘤的時空異質性的調控機制至關重要,深入了解并把握腫瘤微環境的時空異質性特征將對腫瘤臨床診療具有重要指導作用[16]。

四、腫瘤的功能異質性與免疫功能評估

以往對于腫瘤異質性研究多將重點聚焦于基因遺傳和表觀遺傳異質性,盡管這些理論在一定程度上反映了腫瘤異質性演進的生命史,但研究表明功能異質性才是直接影響臨床預后的決定因素。“功能異質性”的概念最早在2018年被提出,用于整合有關基因組、非基因組、干性和TME的異質性信息。轉錄組學和蛋白質組學分析被率先用于描述功能異質性。功能異質性中TME起著關鍵性的作用。免疫療法的突破使得肝癌的局部免疫受到了越來越多的關注。多重免疫組化染色首先用于研究實體瘤中的腫瘤浸潤免疫細胞(TIC)[13]。TIC的密度、分布和組成可以很好地體現腫瘤免疫微環境并與腫瘤分化相關,這同時也揭示了腫瘤功能表型與免疫細胞浸潤的協調性。以往研究開發了許多算法來測定免疫浸潤的組成并極大地擴展了免疫功能評估的有效性,研究發現不同分區的肝癌細胞具有不同的免疫原性,并以不同的方式逃避免疫監控,如免疫細胞浸潤減少、白細胞抗原雜合性喪失、T細胞受體克隆性降低和免疫編輯等[17]。這表明在肝癌中,腫瘤與局部免疫的共同進化是相當普遍的,這也部分解釋了肝癌中免疫檢查點抑制劑單一療法有限的應答率。

近年我們對肝癌的評估主要靠幾個分級(Child分級,巴塞羅那分期等),根據等級評估確定肝癌診療手段,后又發現微血管癌栓(MVI)分級可以指導患者術后的治療。但我們在臨床工作研究中發現,部分小肝癌患者經過規則性手術切除后,腫瘤在短時間內復發。而部分腫瘤體積較大患者經過規則性手術切除后,可保持較長的無瘤生存時間,這與腫瘤異質性密不可分。基于目前研究,各種分期和手術后病理的MVI分級來指導術后治療還不夠,需要結合基因檢測來判斷患者是否是高危人群,進而選擇合適的術后抗復發治療,例如靶向治療和免疫治療。隨著研究方法的不斷進步,原發性肝癌診治應利用對時空異質性解析逐漸深入,基于個體免疫微環境動態特征,建立個體化免疫治療(personalized immunotherapy)新策略,從而使更多的腫瘤患者獲益。

五、總結

腫瘤異質性是肝癌發生發展和臨床診療中無法避免的關鍵問題,盡管近年來已經對異質性有了一定的了解,但針對肝癌異質性的靶向和免疫治療領域仍處于起步階段。雖然當前用腫瘤異質性學說來解釋治療耐受性以及肝癌的局部復發和遠處轉移已經得到學界的廣泛認同,但有關腫瘤異質性的形成機制及原因仍然存在較多的爭議,腫瘤異質性的復雜性依然是值得學界關注和探討的重點問題[18]。腫瘤干細胞亞群分化潛能是關系腫瘤異質性特點以及程度的重要因素[19]。張文峰等[20]的研究指出,腫瘤肝細胞(CSC)在腫瘤分化表現轉錄后修飾以及表觀遺傳差異是腫瘤異質性產生的主要機制之一,且不同的肝癌肝細胞亞群會表現出不同的藥物耐受性,它們在腫瘤增殖、惡化、復發過程中依然可以保持有序分化潛能。基于此,檢測外周循環特定的肝癌干細胞亞群是原發性肝癌早期臨床診斷以及檢測腫瘤復發的預測手段。有關腫瘤異質性與肝癌干細胞亞群有序分化的研究,為肝癌臨床診治中通過針對特定標志物的CSC使用分子靶向治療、抑制其自我更新和生存信號通路提供了科學的理論支撐[12]。肝癌細胞克隆和相關的生態系統在空間上不同,并且會隨時間動態變化,這就給肝癌診治帶來了許多挑戰,因此在未來研究以及臨床診療時,一方面要立足于通過多組科學數據分析建立起HCC基因進化與免疫逃逸之間的系統關系,另一方面也要注意對腫瘤異質性改變進行縱向檢測以獲取更為清晰的克隆進化軌跡,更好地為HCC患者提供預后解決方案。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。