肿瘤免疫治疗目前集中于获得性免疫系统[1]。然而,在人体的固有免疫系统,也是一支神奇的“后备军”,与获得性免疫类似,它也能记住曾经遭遇的“敌人”,并在再次遇到威胁时迅速做出反应,这就是固有免疫系统的“训练免疫”。近年来,训练免疫在肿瘤治疗领域展现出了巨大的潜力,为攻克癌症带来了新的希望。
训练免疫,也叫训练性固有免疫,是指固有免疫细胞(巨噬细胞、树突状细胞、粒细胞等)在受到刺激后,展现出免疫记忆特征,能长期增强免疫功能的现象。与传统的获得性免疫不同,获得性免疫主要由T细胞和B细胞介导,具有高度的抗原特异性,就像精准导弹,只对特定的抗原产生免疫反应;而训练免疫则以抗原非特异性的方式发挥作用,它能由一种刺激引发,然后保护机体抵御多种侵害,更像是“广谱防御武器”。获得性免疫的免疫记忆主要通过基因重组来实现,而训练免疫是由转录通路的表观遗传重编程介导的,因此,训练免疫持续时间通常比经典的获得性免疫记忆要短[2]。
肿瘤的发生发展与免疫系统的失衡密切相关。肿瘤细胞会巧妙地构建一个免疫抑制的微环境,就像在自己周围筑起了一道“防御墙”,让免疫细胞难以发挥作用。而训练免疫在肿瘤治疗中的应用机理,正是打破这道“防御墙”。当使用训练免疫诱导剂激活固有免疫细胞后,这些细胞会发生代谢重编程和表观遗传变化,从而增强免疫功能。一方面,训练免疫可以增强免疫细胞对肿瘤细胞的识别和杀伤能力,让免疫细胞更精准地找到并消灭肿瘤细胞;另一方面,它还能调节肿瘤微环境,使其从免疫抑制状态转变为免疫激活状态,吸引更多免疫细胞来攻击肿瘤[3]。
卡介苗(Bacillus Calmette – Guérin,BCG)是一种常用的训练免疫诱导剂,它原本是用于预防结核病的疫苗。在肿瘤治疗领域,BCG在非肌肉浸润性膀胱癌的治疗中表现出色,是这类疾病的标准治疗方案之一。研究发现,BCG诱导的训练免疫发挥了重要作用。BCG进入人体后,会与免疫细胞表面的受体结合,激活一系列信号通路,引发免疫细胞的代谢和表观遗传重编程(图1)[4]。在这个过程中,自噬起到了关键作用,它参与调控BCG诱导的训练免疫。临床研究发现,接受BCG治疗的非肌肉浸润性膀胱癌患者,其循环中的单核细胞在受到异源刺激后,会增加肿瘤坏死因子(TNF)和白细胞介素-1β(IL-1β)的产生,这表明BCG成功激活了训练免疫。而且,患者的无病生存期与训练免疫的诱导相关,拥有更强训练免疫反应的患者,肿瘤复发的时间更晚。除了膀胱癌,BCG对肝癌等其他肿瘤也有一定的治疗效果[5]。在肝癌的小鼠模型中,注射BCG能够促使M1型巨噬细胞和T细胞向肿瘤微环境募集,增强干扰素-γ(IFN-γ)的产生,从而抑制肿瘤生长。
β-葡聚糖是另一种重要的训练免疫诱导剂。它可以从酵母等生物中提取,在肿瘤治疗方面也有着独特的优势(图2)。对于胰腺癌这种难治的肿瘤,β-葡聚糖能够改变肿瘤微环境。在临床研究中,新诊断的胰腺癌患者在接受手术切除后,每日口服β-葡聚糖,其CD86+单核细胞会产生更高水平的TNF-α[6]。在小鼠的原位胰腺癌模型中,β-葡聚糖能增强免疫细胞向肿瘤部位的浸润,提高肿瘤浸润髓样细胞的训练特性,抑制肿瘤生长。β-葡聚糖还能有效控制肿瘤转移。研究表明,它可以通过刺激肺间质巨噬细胞产生训练免疫反应,增强这些巨噬细胞的吞噬和杀伤能力,从而抑制肿瘤细胞的转移[7]。在肿瘤疫苗研究中,将β-葡聚糖与肿瘤抗原结合,能够有效诱导巨噬细胞的训练免疫,增强机体的抗肿瘤免疫反应。
训练免疫为肿瘤治疗开辟了新的道路,BCG和β-葡聚糖等诱导剂在临床前和临床研究中都展现出了一定的潜力。然而,目前训练免疫在肿瘤治疗中的应用仍处于探索阶段,还有许多问题需要解决。未来,科学家们需要进一步深入研究训练免疫的机制,找到更多更有效的诱导剂,优化治疗方案。相信在不久的将来,训练免疫能够为肿瘤患者带来更多的希望,成为战胜癌症的有力武器。
参考文献:
[1] M.M. Xu, Y. Pu, Y. Zhang, Y.-X. Fu, The Role of Adaptive Immunity in the Efficacy of Targeted Cancer Therapies, Trends in Immunology 37(2) (2016) 141-153.[2] M.G. Netea, J. Domínguez-Andrés, L.B. Barreiro, T. Chavakis, M. Divangahi, E. Fuchs, L.A.B. Joosten, J.W.M. van der Meer, M.M. Mhlanga, W.J.M. Mulder, N.P. Riksen, A. Schlitzer, J.L. Schultze, C. Stabell Benn, J.C. Sun, R.J. Xavier, E. Latz, Defining trained immunity and its role in health and disease, Nature Reviews Immunology 20(6) (2020) 375-388.[3] Y. Sui, J.A. Berzofsky, Trained immunity inducers in cancer immunotherapy, Frontiers in immunology 15 (2024): 1427443.[4] J.H. van Puffelen, S.T. Keating, E. Oosterwijk, A.G. van der Heijden, M.G. Netea, L.A.B. Joosten, S.H. Vermeulen, Trained immunity as a molecular mechanism for BCG immunotherapy in bladder cancer, Nature Reviews Urology 17(9) (2020) 513-525.[5] F. Vaziri, T. Setayesh, Y. Hu, R. Ravindran, D. Wei, Y.-J.Y. Wan, BCG as an Innovative Option for HCC Treatment: Repurposing and Mechanistic Insights, Advanced Science 11(14) (2024) 2308242.[6] A.E. Geller, R. Shrestha, M.R. Woeste, H. Guo, X. Hu, C. Ding, K. Andreeva, J.H. Chariker, M. Zhou, D. Tieri, C.T. Watson, R.A. Mitchell, H.-g. Zhang, Y. Li, R.C.G. Martin Ii, E.C. Rouchka, J. Yan, The induction of peripheral trained immunity in the pancreas incites anti-tumor activity to control pancreatic cancer progression, Nature Communications 13(1) (2022) 759.[7] C. Ding, R. Shrestha, X. Zhu, A.E. Geller, S. Wu, M.R. Woeste, W. Li, H. Wang, F. Yuan, R. Xu, J.H. Chariker, X. Hu, H. Li, D. Tieri, H.-G. Zhang, E.C. Rouchka, R. Mitchell, L.J. Siskind, X. Zhang, X.G. Xu, K.M. McMasters, Y. Yu, J. Yan, Inducing trained immunity in pro-metastatic macrophages to control tumor metastasis, Nature Immunology 24(2) (2023) 239-254.