胰腺癌的肿瘤微环境-临床挑战与机遇

基质金属蛋白酶

长期以来，周围的细胞外基质（ECM）与癌症进展的调节有关（例如，迁移和侵袭）。20世纪90年代末和21世纪初的研究重点是通过靶向重塑ECM的蛋白质，在周围基质中对ECM进行非特异性改变。研究表明，蛋白水解酶基质金属蛋白酶（MMPs）和MMPs组织抑制剂在非转化胰腺和PDAC组织中的表达不同，特定MMPs的高表达与转移性疾病和/或预后较差有关^17–19MMP2是胰腺癌标本基质成分中检测到的一种IV型胶原酶，其表达增加可增加体外侵袭性，并与结缔组织增生程度相关^20–23MMP7是一种锌依赖性内肽酶，主要由腺上皮细胞表达，在PanIN和PDAC中过度表达^24,25并有助于突变型肿瘤的生长和转移喀斯特-PDAC的驱动鼠标模型²⁶.

肿瘤细胞相关基质金属蛋白酶诱导剂（EMMPRIN）在表达MMP2、MMP9和EMMPRIN的肿瘤细胞和成纤维细胞共培养后刺激MMP2和MMP9的生成中的作用进一步证明了基质细胞和癌细胞之间通过MMPs的相互作用²⁷这些观察结果支持了在B16黑色素瘤、结肠异种移植和胃异种移植小鼠模型中开发和应用多基质金属蛋白酶抑制剂以抑制癌症进展的理论基础^28–30尽管MMP抑制剂在其他癌症的临床前治疗中取得了成功，并且患者的总体耐受性良好，但在晚期胰腺癌患者中，诸如marimastat和tanomastat等MMP抑制剂没有表现出任何显著的临床活性^31–33这表明仅以ECM为非特异性靶点对胰腺癌无效。

透明质酸

破坏促结缔组织增生屏障内ECM的一种更为具体的方法是以透明质酸（一种非硫酸化糖胺聚糖）为靶点。透明质酸是基质ECM的主要成分，透明质酸在PDAC中的高沉积与预后不良有关^13,34基于这种关联，研究人员研究了一种酶法，利用人重组PH20透明质酸酶（PEGPH20）靶向结缔组织增生屏障。2013年的一项研究表明，在PDAC小鼠模型中，靶向性去除透明质酸可改善血管通透性并增加药物传递，与吉西他滨的细胞毒性化疗联合使用可提高化疗疗效³⁴.

随后，临床试验研究了PEGPH20与两种标准联合化疗方案（吉西他滨+萘哌噻吨）的疗效¹²和FOLFIRINOX（亚叶酸、5-氟尿嘧啶、伊立替康和奥沙利铂）¹¹.一项随机II期试验表明，添加PEGPH20可通过改善无进展生存率（PFS）来增强吉西他滨联合萘哌噻吨的疗效¹²，但另一项Ib/II期试验表明，添加PEGPH20会降低接受FOLFIRINOX治疗的患者的总体生存率¹¹此外，一项III期随访试验显示，与单独的吉西他滨加nab紫杉醇相比，将PEGPH20与吉西他滨加nab紫杉醇联合使用并不能提高总生存率（HR 1.00；P（P）= 0.97)³⁵PEGPH20未能增强化疗疗效并不一定会将ECM-靶向药物排除在未来抗癌治疗的发展之外，但这表明结缔组织增生屏障的这一成分并不能充分解释PDAC化疗的无效性。

声波刺猬信号

与直接靶向ECM的特定成分不同，靶向结缔组织增生的另一种方法是专注于负责肿瘤基质形成的特定信号通路。刺猬信号通路是胰腺发育的关键。在胚胎发生过程中，抑制素-βB和FGF2对内胚层声波刺猬（SHH）的抑制允许表达Pdx1页和胰岛素(Ins公司)从而启动胰腺分化³⁶SHH抑制剂环胺可促进胰腺组织异位扩张至邻近内胚层区域，这一观察结果证实了SHH抑制可启动胰腺分化³⁷.

不出所料，研究表明，失调的刺猬信号导致胰腺癌的发生。SHH表达Pdx1页通过基因工程表达突变蛋白的小鼠中类似PanIN的管状结构发育的对照结果喀斯特³⁸此外，胰腺的损伤反应诱导刺猬信号传导，然后导致具有PanIN特征的化生³⁸2008年的一项研究还表明，刺猬信号促进结缔组织增生，而抗体介导的SHH抑制和过度表达分别与结缔组织增殖的减少和增加有关³⁹此外，SHH过度表达提供了星状细胞分化和肌成纤维细胞侵袭的旁分泌刺激³⁹.

鉴于有证据表明SHH有助于细胞内致癌和促结缔组织增生过程，抑制SHH被视为PDAC的一种治疗策略。在PDAC的鼠标模型中喀斯特和Cdkn2a公司，发现肿瘤过度表达SHH，服用环胺可抑制肿瘤生长并延长荷癌小鼠的生存期⁴⁰此外，与透明质酸的发现类似，KPC小鼠模型中的SHH抑制（胰腺癌是由喀斯特和Tp53型突变）导致肿瘤内血管密度增加，吉西他滨的抗肿瘤疗效增加，从而提高生存率⁴¹.

然而，抑制SHH的临床试验结果在很大程度上令人失望。一项随机II期研究提前停止，因为初步结果表明，SHH抑制剂沙里吉布和吉西他滨联合用药导致进展性疾病的发生率高于安慰剂和吉西他滨⁴²一项随机Ib/II期研究表明，在吉西他滨的基础上添加SHH抑制剂vismodegib并不能提高总生存率或PFS⁴³另一项研究表明，在吉西他滨和萘哌噻吨的基础上添加vismodegib并不能改善单用化疗观察到的PFS⁴⁴.

调和矛盾

从观察到的临床前反应和临床反应之间的矛盾以及几个以基质结缔组织增生为重点的临床试验中可以吸取一些教训。首先，在小鼠身上未观察到的人类潜在毒性作用，使得将新疗法纳入任何现有的治疗范式都具有挑战性。在人类中，在nab紫杉醇加吉西他滨的基础上添加PEGPH20与血栓事件发生率增加有关，最终需要使用预防性抗凝药物¹²MMP抑制剂和PEGPH20与肌肉骨骼症状的发展有关，这并不意外，因为MMP抑制剂与PEGPH2O在理论上都可以改变生理性结缔组织重塑^12,31,32,45此外，与单用FOLFIRINOX相比，PEGPH20和FOLFIRINOX的恶心、呕吐和腹泻的发生率和严重程度更高，这导致联合用药缩短了治疗时间并减少了剂量¹¹由于这些毒性作用发生在新组合的设置中，标准方案的疗效可能会因治疗持续时间的缩短和剂量的减少而受到不利影响。这些例子表明，即使是基于对具有已知作用机制和安全性数据的新型疗法的严格临床前研究的明智组合，也可能在临床试验中导致意想不到的结果。

第二，尽管结缔组织增生的致瘤作用已经得到了很好的证实，但越来越多的证据表明，结缔组织增殖不仅是促进肿瘤的过程，而且是一种对致癌的中性反应过程，也具有抗肿瘤功能。具体来说，当研究SHH在KPC小鼠中的作用时，嘘胰腺癌细胞中的特异性缺失导致基质中肌纤维母细胞和促结缔组织增生细胞含量减少，这与KPC小鼠生存率降低、组织学分化差和转移能力增加有关⁴⁶。在另一项使用喀斯特-遗传缺陷的驱动和KPC模型嘘以及在5周龄后接受SHH抑制剂vismodegib治疗的小鼠中⁴⁷.嘘-空白KPC肿瘤也显示出显著增加的血管密度和抗VEGFR治疗的敏感性⁴⁶.

在小鼠实验中，SHH抑制的两种结果之间的矛盾观察可以通过SHH抑制持续时间的差异得到部分调和。换言之，急性SHH抑制似乎有助于打破屏障，促进药物传递，但慢性或早期SHH抑制最终有利于肿瘤。目前，基质靶向治疗的最佳持续时间尚不清楚。总之，这些研究表明基质的天然功能是抑制肿瘤生长、肿瘤血管生成和转移扩散；然而，在肿瘤发展过程中，基质细胞（即周围的成纤维细胞）被肿瘤细胞重新编程以支持肿瘤生长⁴⁸事实上，基质由多种不同的基质细胞组成，这些基质细胞具有抗肿瘤和致瘤功能^49,50.

值得注意的是，这些研究没有考虑PDAC基质成分的异质性。虽然临床前模型中的基质靶向治疗是针对相对较均匀的基质含量进行测试的，但先前的观察证实，PDAC患者确实在结缔组织增生中表现出广泛的多样性¹³变异性不仅发生在患者之间，也发生在患者内部，表现为站点到站点的变异性。可以推测，基质靶向制剂在基质密度高的部位有益，在基质密度低的部位有害。因此，一种有价值的方法可能是进一步开发非侵入性方法，如成像，以表征或量化肿瘤内基质含量的程度和类型，作为试验设计的关键组成部分⁵¹此外，根据关键基因表达水平的一致聚类，基质可分为“正常”或“激活”，每种类型预示着不同的预后⁵²此外，基质异质性不是一个独立的实体；相反，基质异质性与肿瘤异质性有内在联系，因为基质异质性能够规划肿瘤行为（通过准间充质或上皮表型转换）⁵³转移性PDAC患者的肿瘤在出现时更有可能具有准间质特征，而不是上皮特征⁵⁴有趣的是，准间充质和上皮亚型对化疗方案表现出不同的反应⁵⁴与准间充质表型相比，上皮表型肿瘤的无转移生存期更长。因此，由于分子异质性，针对基质的治疗可能会产生不同的效果。

向免疫系统呈现PDAC抗原

为了克服PDAC免疫识别率低的问题，研究人员探索了几种疫苗治疗方法，以增强抗原提呈并促进肿瘤特异性T细胞克隆的扩增⁸²作为激发新的或增强预先存在的免疫反应的一种方式。针对PDAC相关抗原（包括端粒酶）的策略⁸³、克拉斯^84,85，胃泌素⁸⁶、CEA⁸⁷，MUC1（参考⁸⁸)和间皮素^89,90)包括基于肽的疫苗^83–85、基于病毒的疫苗^87,91,李斯特菌属-基础疫苗⁹⁰、基于DNA的疫苗（新抗原）^92,93和细胞疫苗^88,89,94根据大量研究的结果，疫苗接种策略现已确立，可在PDAC患者中产生抗原特异性免疫反应^83,85,90,95.

研究还表明，使用致命辐照的异基因细胞基疫苗来表达粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），如分泌GM-CSF-异基因胰腺癌细胞疫苗（GVAX），成功招募免疫细胞聚集物进入TME，具有激活的特征和增强的T细胞储备^96,97尽管在早期试验中出现了积极的免疫学反应和令人鼓舞的结果，但许多疫苗，包括TeloVac（端粒酶）、Primo Vax（端粒素酶）、PANVAC-V（CEA和MUC1）和Algenpatucel-L（两种异基因PDAC细胞系）在III期试验中均未显示出显著的临床效益⁸².

这一系列研究结果的主要主题是，疫苗接种策略可能不足以产生具有临床意义的抗肿瘤效果。因此，正在进行研究，探索将疫苗接种策略与其他治疗方式相结合的效果。重要的是，尽管肿瘤的免疫识别呈阳性，但疫苗接种策略的总体临床效果有限，这一事实表明，存在其他限制成功抗肿瘤免疫反应的免疫抑制途径，并且可以靶向和逆转。

以代谢收敛为目标，实现TME重塑

癌细胞的代谢可以用Warburg效应来描述，即癌细胞保持高糖酵解活性以生长¹³⁸癌细胞需要谷氨酰胺来为三羧酸循环提供燃料，以实现持续的合成代谢¹³⁹重要的是，T细胞依赖于相似的代谢途径来成功激活和增殖¹⁴⁰因此，癌细胞能够将基质转移到致瘤代谢环境中，阻止T细胞提供适当的抗肿瘤免疫反应。

使用多个小鼠模型，一项研究表明，广泛的药物阻断谷氨酰胺代谢可通过增加CD8的营养利用率来增强抗肿瘤免疫反应⁺T细胞可以茁壮成长并保持激活的表型¹⁴¹抗PD-1 ICIs与谷氨酰胺拮抗剂联合使用优于两种单独治疗。值得注意的是，谷氨酰胺阻断也导致己糖生物合成途径的活性显著降低¹⁴¹该途径是尿苷二磷酸N-乙酰氨基葡萄糖的来源¹⁴²，是透明质酸合成的重要底物，因此在基质生成的营养传感中发挥着重要作用^143,144.

另一项研究通过显示谷氨酰胺拮抗导致TME中透明质酸减少，CD8增加，全面概括了这一概念⁺T细胞浸润和提高抗PD-1治疗的敏感性¹⁴⁵其他研究人员证明干扰素γ从CD8中释放⁺T细胞下调谷氨酸-胱氨酸反转运系统的两个亚单位SLC3A2和SLC7A11的表达_c（c）⁻并损害肿瘤细胞对胱氨酸的摄取¹⁴⁶众所周知，胱氨酸可以对抗脂质过氧化，这项研究表明，胱胺酸的缺乏会导致肿瘤细胞过氧化和铁下垂，这是肿瘤细胞死亡的另一个独立机制。

这些明确的例子表明，与结缔组织增生、癌症代谢和免疫微环境相关的生物融合点如何成为优化治疗策略的目标。一种研究充分的谷氨酰胺拮抗剂，6-重氮-5-氧代-L-去甲亮氨酸（DON），在以前的试验中受到毒性作用的限制，但一种新型的DON前药形式已经开发出来，目前正在研究中¹⁴⁷其他代谢靶点包括腺苷生成酶CD39和CD73（REF。¹⁴⁸)，肌酸转运体SLC6A8（REFS^149,150)和色氨酸分解代谢酶IDO1（REF。¹⁵¹)也在调查中(图2;表1).

靶向黏着斑激酶途径的TME重塑

研究证实了黏着斑激酶（FAK）信号通路在PDAC基质形成中的重要性^152,153FAK信号长期以来一直牵涉到各种器官的伤口愈合和病理性纤维化过程^154–158FAK在拉伸或加载后在纤维化细胞（如心肌细胞和成纤维细胞）内向组织纤维化传播激活信号中具有机械传感作用^157,159.

FAK过度表达与癌细胞直接相关，已被公认为PDAC的一个特征，抑制FAK已被证明可以抑制胰腺癌细胞的生长、存活和扩散^160–165越来越多的证据表明FAK在整合细胞-细胞或细胞-基质相互作用信号与免疫调节方面的重要性。具体而言，FAK在αvβ3整合素下游发挥作用，在αvα3整合蛋白与ECM结合时，积极调节干扰素信号向PD-L1表达的传递¹⁶⁶同样在癌细胞内，FAK信号通过招募T细胞启动免疫抑制性更强的TME_规则细胞通过转录激活Ccl5表达¹⁶⁷FAK诱导的表达和IL-33（REF）的核移位支持了这一途径。¹⁶⁸).

利用FAK信号传导的生物学特性，2016年的一项研究表明，FAK的小分子抑制导致肿瘤生长显著抑制，KPC小鼠的存活率增加，同时基质纤维化减少，TME内免疫抑制细胞减少¹⁵²值得注意的是，通过结合FAK抑制和抗PD-1治疗，TME的这种变化最大化，这意味着TME成功地向免疫应答方向重新编程。然而，一项后续研究表明，由于FAK抑制导致成纤维细胞进行性耗竭，基质最终失去TGFβ的生成，通过减少STAT3信号通路的抑制来抵抗FAK抑制¹⁵³因此，了解任何治疗策略的下游效应以及这些效应如何影响TME的重要性怎么强调也不过分。至少有三种FAK抑制剂已经在PDAC中进行了临床试验，其中一种-defactinib-正在PDAC中与PD-1抑制剂pembrolizumab联合进行积极研究({“类型”：“临床试验”，“属性”：{“文本”：“NCT03727880”，“term_id”：“ncT0372880”}}NCT03727880号和{“类型”：“临床试验”，“属性”：{“文本”：“NCT02546531”，“term_id”：“ncT025465031”}}NCT02546531号)^169–171.

W.J.H.是ASCO青年研究员奖和AACR Incyte Immunoncology Research Fellowship的获得者，并得到NIH T32CA00971-38的支持。

竞争性利益

W.J.H.可能会从Rodeo Therapeutics获得专利相关的使用费。E.M.J.获得Aduro Biotech、安进、百时美施贵宝、Corvus和Hertix的商业研究资助，拥有Aduro Biotech的所有权，是阿喀琉斯治疗公司、自适应生物技术公司、CStone制药公司、蜻蜓治疗公司的顾问和/或咨询委员会成员，Genocea和帕克癌症免疫治疗研究所。她是国家癌症咨询委员会的成员，也是Lustgarten基金会的首席医学顾问。L.Z.获得了安进（Amgen）、百时美施贵宝（Bristol–Myers Squibb）、卤素酶（Halozyme）、英克梅德（Inxmed）、iTeos、默克（Merck）和诺华洛克（NovaRock）的资助，并获得了将GVAX许可给阿杜罗生物技术公司（Aduro Biotech）的特许。他是Akrevia、Alphamab、Biosion、Da tare vive、Found atio n Medicin e、Fusun Bioparmaceutical、Mingruzhiyao、NovaRock和Sound Biologics的有偿顾问和/或顾问委员会成员，并持有Alphamap和MingruZiyao的股份。