Research Progress of Dendritic Cell Subpopulations and Their Dysfunction in the Tumor Microenvironment
Dendritic cells (DCs) are specialized antigen-presenting cells (APCs) of the immune system, with the characteristic function of initiating T cell activation of antigen-specific immune responses. DCs, as key cells in host immune response, play a crucial role in immune regulation by connecting innate and adaptive immunity. In the tumor microenvironment (TME), DCs recognize tumor-associated antigen (TAA), which is a key initiating step in initiating and maintaining effective T cell-mediated anti-tumor responses. A large amount of research on the biology of tumor DCs has revealed that due to the immunosuppressive properties of TME and the plasticity of DC subpopulations, DCs in TME often function abnormally, and it has been proven that these DCs assist tumors in escaping immune surveillance and promoting tumor growth in anti-tumor immune responses. This article introduces the individual biology, subpopulation functions, and mechanisms of functional impairment of DCs in TME, as well as possible therapeutic targets.
Dendritic Cell
TME是一个高度结构化的复杂生态系统。TME包括多种免疫细胞、癌相关的成纤维细胞、内皮细胞和细胞外基质等
免疫细胞是TME中的重要组成部分,对肿瘤的发生发展具有重要影响。DCs作为免疫系统的核心组成细胞,不仅对先天性免疫反应有独特的诱导能力,而且对T细胞介导的适应性免疫反应类型的调节、免疫耐受的诱导至关重要。在TME中,DCs处于肿瘤早期免疫监视的核心地位
DCs源自多能造血干细胞,CD34+造血干细胞可以产生粒细胞、单核细胞和DC祖细胞(GMDP),GMDP再次分化为淋巴系多能前体细胞(LMPP)和共同髓系前体细胞(CMP)两支
体内的DCs有四个阶段
稳态条件下,DCs处于未成熟状态(imDC),其特征是高内吞活性,积极允许抗原捕获,主要组织相容性复合体(MHC)和共刺激分子(如CD80、CD86、CD40)的低表达
作为免疫组织中的“哨兵细胞”,当病原体入侵时,DCs将整合环境线索,捕获抗原、呈递给T细胞从而触发免疫反应。在此过程中,DCs还可以激活NK细胞增强消除癌细胞的能力,可以影响Treg抑制功能有助于维持免疫动态平衡,可以分泌调节TME的可溶性因子等。DCs构成了一个复杂的细胞系统,需要注意,因为DCs细胞本身是一个异质性很强的群体,TME中除了组成性存在的cDC1、pDC等亚群之外,在TME会产生一种不同于组成性存在表型的亚群,这类DCs可能称为肿瘤浸润性DCs,也就是TME中的DCs,DCs不同亚群遵循体内生长发育的基本阶段,渗透到TME中的DCs包括处于不同发育阶段的不同亚群,并根据其发育阶段和所处微环境的不同,发挥着促进或抑制免疫反应的作用。
已知DCs分类谱系比较复杂,目前根据其起源、表型和功能主要分为以下四类
pDC的抗肿瘤功能由细胞毒性分子颗粒酶B和TRAIL的表达介导
mregDCs:与DC3相反,mregDCs不代表表征的细胞亚群,而是代表活化的细胞类型
DC亚群分类 |
功能特点 |
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cDCs |
cDC1 |
通过抗原肽-MHC I类分子呈递给CD8+ T细胞进行细胞内抗原呈递产生白介素-12 (IL-12)的主要亚群,可激活NK细胞增强抗肿瘤作用与肿瘤患者预后、免疫治疗疗效积极相关 |
cDC2 |
MHC II途径交叉呈递抗原,是激活CD4+ T细胞的主要APCcDC2内部亚群有异质性,由真正的cDC2和DC3组成 |
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pDC |
来自淋巴和骨髓前体,并享有两种谱系的共有特征可通过产生INF-I来增强抗肿瘤免疫反应交叉呈递能力较差,但在局部刺激CD8+ T细胞和NK细胞效应功能方面发挥额外作用在TME内的作用可根据肿瘤类型和细胞相互作用而变化 |
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MoDCs |
环境依赖性与cDC2共享表型和功能特征中等T细胞刺激能力,其他DCs亚群的补充与免疫检查点联合治疗反应相关 |
DCs的个体生长发育路径比较复杂,在相同环境下,不同亚群表型会重叠,功能也会重叠,所以独立于环境背景定义区分DCs亚群仍是具有挑战性的。DCs亚群可塑性、异质性特点会影响机体的免疫调控或免疫耐受。但是,不可忽视,由于其可塑性和异质性,DCs亚群之间的相互作用会使抗肿瘤免疫效应最大化。
TME中复杂交错的机制导致DCs功能障碍,DCs功能障碍是参与肿瘤发生发展的一个重要机制。T细胞有效抗肿瘤应答与DCs的成熟状态、迁移浸润、亚型和细胞数量都密不可分。大量体内及体外的研究提示TIDCs有数量和功能上的缺陷,其中数量不足可能是由于DCs分化不足、迁移受损、浸润减少和凋亡加速,功能障碍包括DCs呈递抗原和诱导T细胞能力的下降以及DCs分泌谱的改变。归结起来TME中DCs功能障碍具体的机制为:1) 免疫原性DCs数量减少;2) 成熟DCs功能的改变,包括抗原呈递和刺激T细胞的能力;3) DCs分泌谱的改变;4) 耐受性DCs的积累
免疫原性DCs数量减少指能引起有效抗肿瘤免疫应答的DCs数量减少。除了谱系特异性转录因子外,TME中可溶性因子对DCs分化成熟、募集迁移也有不可忽视的影响。TME中主要存在缺氧和酸中毒改变,缺氧通过激活转录因子HIF-1诱导血管内皮生长因子(VEGF)生成,VEGF可影响DCs从pre-cDC分化,其水平升高与浸润和循环DCs数量减少相关
成熟DCs良好功能的发挥可能对控制癌症的长期保护性免疫至关重要,但其在TME中往往功能抑制,且几乎不可逆。肿瘤源性抑制因子调节了TIDCs功能分子的活性和表达,抑制了DCs的内吞活性,导致肿瘤抗原摄取不足
DCs的分泌谱在TME中普遍发生改变:促炎细胞因子分泌减少,免疫抑制因子分泌增加。cDC1通过非经典NF-κB依赖性机制分泌IL-12,IL-12在诱导Th1以及CTL应答方面发挥关键作用,TME中IL-12水平升高与cDC1浸润增加有关
TME会驱动DCs从免疫刺激表型到免疫抑制表型的功能转换,产生tolDCs
TME中多种内在机制导致DCs功能障碍,进一步促进免疫耐受,导致不能有效抗原提呈、激活T细胞杀伤肿瘤细胞作用下降,介导了免疫监视失败和肿瘤细胞消除失败。
DCs是一群复杂的免疫细胞群,在引发抗肿瘤免疫方面扮演重要角色,然而,DCs的异质性和TME的免疫抑制性会削弱它们的抗肿瘤功能。了解了DCs在抗肿瘤应答中功能缺陷的相关机制后,已经确定,DCs缺陷的潜在机制与肿瘤细胞和TME中的各种其他组分细胞以及这些细胞中的可溶性因子、受体、配体、趋化因子和信号传导途径有关,这些参与DCs功能障碍的分子在未来可以作为扭转DCs功能的潜在靶点。目前DCs在肿瘤免疫治疗领域展现了巨大的潜力,相信未来DCs能为更多疾病治疗带来新希望。
本工作得到了国家自然科学基金项目(批准号:82360042)、内蒙古医科大学附属医院研究项目(2023NYFY008)、内蒙古医学大学研究项目(YKD2023MS014)、内蒙古自然科学基金(2023LHMS8042)的资助。
*第一作者。
#通讯作者。