肿瘤也有分冷热？免疫微环境研究引导肿瘤从“冷”转“热”
肿瘤也有分冷热？免疫微环境研究引导肿瘤从“冷”转“热”
在肿瘤治疗领域，冷肿瘤和热肿瘤就像一场无声的对决。一边是热肿瘤，免疫细胞如同火焰般猛烈扑向肿瘤细胞；另一边则是冷肿瘤，冰冷的屏障让免疫细胞望而却步。科学家们如同在寒冬中点燃篝火，努力让冷肿瘤变得“炙热”，从而改变战局。这种冷热之分不仅揭示了肿瘤免疫环境的复杂性，更成为制定个体化治疗方案的关键。
什么是冷肿瘤？什么是热肿瘤？
听起来有趣，然而肿瘤的冷热并不是指温度，而是免疫细胞的浸润程度和免疫活性。热肿瘤（Hot Tumor）指的是免疫细胞尤其是T细胞高度浸润的肿瘤，这类肿瘤通常伴随着显著的炎症反应和高水平的免疫活性，因此对免疫治疗，特别是免疫检查点抑制剂（如PD-1/PD-L1抑制剂）反应较好。相反，冷肿瘤（Cold Tumor）是指免疫细胞浸润较少、免疫活性低的肿瘤，这些肿瘤处于免疫抑制的微环境中，对免疫治疗的反应通常较差。
如果再延伸来讲，冷肿瘤还可以进一步细分为“免疫沙漠型”（desert）和“免疫排斥型”（excluded）。免疫沙漠型肿瘤几乎没有免疫细胞浸润，免疫反应极弱；免疫排斥型肿瘤则有一些免疫细胞，但它们被限制在肿瘤周围的基质中，无法进入肿瘤核心。而热肿瘤又称为“免疫炎症型”（inflamed），这类肿瘤富含T细胞和其他免疫细胞，表明活跃的免疫反应[1]。
图源：doi: 10.7150/thno.58390
通常来说，肿瘤中的癌细胞容易产生新抗原，而这些抗原则会被免疫细胞发现，从而产生杀伤机制。但是冷肿瘤却并不符合这个规律，它的形成主要归因于肿瘤免疫微环境的免疫逃逸机制，例如肿瘤抗原呈递缺陷、免疫抑制因子的过度表达（如TGF-β、IL-10）、免疫抑制细胞（如调节性T细胞、髓源抑制细胞）的聚集等。这些因素阻碍了免疫细胞的激活和浸润，使得肿瘤能够逃避免疫系统的攻击。
在临床研究中，区分冷肿瘤和热肿瘤具有重要意义。热肿瘤的存在提示患者可能对免疫治疗有较好的响应，而冷肿瘤则需要通过特殊的治疗策略来激活免疫反应。因此，了解冷、热肿瘤的机制不仅有助于个体化治疗的选择，还能为开发新型抗肿瘤药物提供重要靶点，为免疫治疗的非响应者提供新的治疗方案，从而提高整体治疗效果。
研究冷热肿瘤的主要技术路线和方法
研究冷热肿瘤需要针对肿瘤微环境开展分析，在这个过程中利用空间组的方法进行解析是常见的手段，基于多种数据的整合分析，可以帮助科学家深入了解肿瘤免疫逃逸机制和不同类型肿瘤的免疫特征。
使用Leica Cell DIVE超多标组织成像分析系统进行拍摄
肿瘤微环境分析：单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组学等技术被广泛应用于解析肿瘤微环境，能够精细地分析肿瘤中不同细胞类型的分布和状态。这些技术能够揭示肿瘤免疫细胞如T细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞的浸润情况，从而对冷热肿瘤进行分类。
免疫浸润评估：免疫组化（IHC）、流式细胞术和多色免疫荧光染色技术是常用的免疫浸润评估手段，通过定量检测肿瘤组织中不同类型的免疫细胞（如CD8+ T细胞、调节性T细胞、M1/M2型巨噬细胞等）的数量及分布，评估肿瘤免疫活性。
基因表达谱分析：通过空间区域的RNA测序（RNA-seq）可以研究肿瘤的基因表达特征，特别是与免疫相关的基因表达模式。这些数据可以揭示哪些基因或信号通路可能在冷肿瘤中抑制了免疫反应，从而为潜在治疗靶点的发现提供基础。
抗原呈递功能研究：肿瘤细胞的抗原性是决定免疫系统能否识别和攻击肿瘤的重要因素。通过利用譬如免疫共沉淀的方式分离分析肿瘤特异性抗原（TSA）或肿瘤相关抗原（TAA），并利用液相质谱的方式进行表达测定，可以评估肿瘤免疫逃逸的可能性。
多组学整合分析：通过将基因组、转录组、蛋白质组、代谢组等多种数据进行整合，构建肿瘤及其微环境的全貌。多组学分析可以揭示冷热肿瘤在多层次上的差异，为精准的靶向治疗提供数据支持。当然这项技术目前还在发展过程，需要深入的生物学背景及生物信息学的技术相互配合才可以实现免疫全景的完全分析。
如何使肿瘤从冷转热，从而带来临床获益
在理解了冷热肿瘤这个概念之后，我们可以清楚地知道当肿瘤表型为热肿瘤的情况下，免疫系统能够更有效的抑制肿瘤的发生与发展，从而带来临床获益。那么是否有好的方法可以将肿瘤从冷转热？答案是肯定的。将冷肿瘤转化为热肿瘤的策略主要集中在增强免疫细胞的浸润和激活，从而改善对免疫治疗的响应。我们参考Ouyang et al.的研究，对目前常见的治疗手段进行列举[2]。
图源：doi: 10.3389/fimmu.2024.1344272
免疫检查点抑制剂（ICIs）：通过阻断PD-1/PD-L1、CTLA-4等免疫检查点通路，解除对T细胞的抑制作用，使T细胞能够更好地识别和杀伤肿瘤细胞。这类疗法在热肿瘤中已有广泛应用，例如通过单抗药物进行特异性的靶向阻断。研究表明通过ICIs与其他激活免疫反应的疗法联合使用，也有可能激活冷肿瘤。
肿瘤疫苗：肿瘤疫苗通过增强体内针对肿瘤特异性抗原的免疫反应，激活和扩展肿瘤特异性的T细胞群体，增强对冷肿瘤的免疫识别和攻击能力。
靶向免疫抑制因子的抗体疗法：靶向肿瘤微环境中的免疫抑制因子，如TGF-β或VEGF的抗体，能够减弱肿瘤对免疫系统的抑制作用，促进免疫细胞向肿瘤部位的浸润。
代谢调节剂和纳米材料：近年来，纳米材料在肿瘤免疫治疗中的应用引起广泛关注。纳米药物可以精准递送免疫调节剂至肿瘤部位，促进T细胞激活和抗原呈递。此外，代谢调节剂可以通过改变肿瘤微环境的代谢状态，促进免疫细胞的存活和功能，从而将冷肿瘤转化为热肿瘤。
放疗与化疗：放疗和化疗不仅直接杀伤肿瘤细胞，还能够通过释放肿瘤抗原、增加肿瘤细胞的免疫原性来促进免疫反应。放疗能诱导肿瘤局部的炎症反应，增强免疫细胞的募集和活化；化疗则可以通过调节免疫细胞的活性和降低免疫抑制细胞的数量，促使冷肿瘤向热肿瘤转变。联合放化疗与免疫治疗，可以有效提升冷肿瘤的治疗响应率。
展望未来，随着对冷热肿瘤免疫微环境认识的不断深入，更多精准的研究方法和创新治疗手段将不断涌现。将冷肿瘤转化为热肿瘤的策略不仅有助于提高免疫治疗的响应率，还能为个体化治疗提供新的思路。通过多学科合作，结合基因组学、免疫学和新型药物开发，我们有望进一步突破肿瘤治疗的瓶颈，为患者带来更高的生活质量。
参考文献
[1] Liu YT, Sun ZJ. Turning cold tumors into hot tumors by improving T-cell infiltration. Theranostics. 2021;11(11):5365-5386. Published 2021 Mar 11. doi:10.7150/thno.58390
[2] Ouyang P, Wang L, Wu J, et al. Overcoming cold tumors: a combination strategy of immune checkpoint inhibitors. Front Immunol. 2024;15:1344272. Published 2024 Mar 13. doi:10.3389/fimmu.2024.1344272