Durante a tumorigênese e subsequente metástase, as células malignas diversificam-se progressivamente e tornam-se mais heterogêneas. Como resultado, os tumores podem ser infiltrados por uma variedade de componentes relacionados ao sistema imunológico, incluindo o ambiente de citocinas/quimiocinas, atividade citotóxica ou fatores imunossupressores. Esta heterogeneidade imunológica é prevalente em quase todos os tumores sólidos e muda espacial ou temporalmente com a progressão do tumor, bem como com intervenções terapêuticas. A heterogeneidade na imunidade antitumoral está intimamente associada à progressão da doença e à capacidade de resposta ao tratamento, especialmente no campo da imunoterapia.
Portanto, uma compreensão precisa da heterogeneidade imune tumoral é crítica para o desenvolvimento de terapias eficazes. Com a ajuda de sequenciamento multirregional e histológico, sequenciamento unicelular e abordagens de biópsia líquida longitudinal, estudos recentes mostraram o potencial para investigar a complexidade da heterogeneidade imune tumoral e sua relevância clínica na imunoterapia. Explorar os mecanismos subjacentes à heterogeneidade do microambiente imunológico tumoral nos ajudará na avaliação clínica da heterogeneidade tumoral e, assim, facilitará o desenvolvimento de terapias personalizadas mais eficazes.
A origem da heterogeneidade no microambiente imunológico tumoral
Instabilidade genética
Métodos de sequenciamento de alto rendimento têm sido usados há muito tempo para caracterizar os perfis mutacionais e trajetórias evolutivas de células tumorais, e esses estudos descreveram uma ampla gama de heterogeneidade genética tumoral em dimensões espaciais e temporais, incluindo mutações heterozigóticas de nucleotídeo único, inserções, deleções, e mutações no número de cópias. Durante a progressão tumoral, a instabilidade genética leva à geração aleatória dessas alterações.
Nos tumores primários, as mutações nos genes condutores geralmente resultam numa vantagem de sobrevivência; portanto, é mais provável que essas células ocupem posições de crescimento vantajoso e se desenvolvam em uma população clonal dominante. Em contraste, as mutações passageiras não conferem uma vantagem significativa de crescimento durante a evolução do tumor e são consideradas a fonte primária de células tumorais subclonais. Assim, a instabilidade genética originada em células tumorais clonais e subclonais constitui a base da evolução do tumor e da heterogeneidade espaçotemporal. Ao mesmo tempo, esta heterogeneidade genética molda o perfil antigénico dos tumores e, em última análise, contribui para a heterogeneidade do microambiente imunitário do tumor.
Modificações epigenéticas
Há evidências crescentes de que a remodelação epigenética das células tumorais também está envolvida na formação de um microambiente imune tumoral heterogêneo. Tais mecanismos regulatórios são atribuídos principalmente a alterações nas modificações do DNA, alterações na acessibilidade da cromatina ou regulação da expressão gênica no nível pós-transcricional, como a interferência do RNA não codificante. Essas modificações epigenéticas promovem a progressão maligna das células tumorais e contribuem para a formação do microambiente imunológico tumoral.
Além da metilação, vários mecanismos de remodelação epigenética e da cromatina conferem vantagens às células tumorais na adaptação ao ambiente circundante. Normalmente, as modificações epigenéticas são condicionalmente reversíveis. Nas células tumorais, estas modificações podem ser herdadas pela sua descendência e, assim, estas células apresentam heterogeneidade significativa nas dimensões espaciais e longitudinais.
Adaptação à perturbação microambiental
As células tumorais são continuamente expostas a perturbações microambientais extracelulares. Evidências crescentes sugerem que adaptações intracelulares podem ser induzidas por estresses externos, incluindo respostas a danos no DNA, respostas proteicas desdobradas e sinalização de estresse mitocondrial. Os tumores exibem heterogeneidade significativa na histologia e na arquitetura vascular.
As regiões proximais ou distais da vasculatura dentro do tumor podem ser expostas a diferentes suprimentos de oxigênio. Assim, os componentes imunológicos são capazes de se adaptar a estímulos externos com base na tensão de oxigênio, na disponibilidade de glicose ou nas vias oxidativas de maneira espaço-temporalmente heterogênea. Independentemente de o componente imunológico se adaptar bem sob condições hipóxicas, quase todas as respostas hipóxicas estão intimamente associadas à reprogramação do microambiente imunológico tumoral, que é caracterizado principalmente por uma mudança local no metabolismo glicolítico celular, aumento do consumo de glicose, aumento da produção de piruvato e lactato, e acidificação.
Resposta à terapia antitumoral
Durante o tratamento, as células tumorais e todos os componentes imunológicos do microambiente são atingidos (por exemplo, radioterapia) ou continuamente expostos a medicamentos antitumorais. Em resposta a esses estressores, mecanismos adaptativos de células tumorais e imunológicas são ativados para estabelecer uma nova homeostase no ambiente interno.
Devido à heterogeneidade intrínseca das mutações condutoras ou assinaturas moleculares, as células tumorais diferem significativamente na sua capacidade de resposta à terapia. Condições citotóxicas fazem com que as células tumorais e imunológicas sofram alterações fenotípicas, senescência celular e até morte celular. Clones tumorais localizados que não sobrevivem ao tratamento liberam grandes quantidades de ATP por meio da morte celular mediada por autofagia. Esses ATPs podem promover quimiotaxia e gerar uma resposta inflamatória no tumor. Em contraste, na presença de nucleotidases extracelulares, os ATPs podem ser rapidamente convertidos em adenosina na matriz extracelular, resultando num microambiente imunitário supressivo.
Para as células do sistema imunológico, os fenótipos das células T mudam significativamente em resposta ao ICI, acompanhados por diferentes composições de subconjuntos de células T e produção de citocinas. Interações complexas e dinâmicas entre agentes terapêuticos, células tumorais e células imunológicas contribuem significativamente para a formação de um microambiente imunológico espaço-temporalmente heterogêneo.
Heterogeneidade do microambiente imunológico tumoral
Heterogeneidade espacial
As características do microambiente imunológico tumoral são determinadas principalmente por componentes tumorais e não tumorais. Sua localização ou abundância/atividade é espacialmente distinta, incluindo expressão superficial de pontos de controle imunológico inibitórios (por exemplo, PD-L1), secreção de citocinas imunossupressoras ou pró-inflamatórias, infiltração de células imunossupressoras ou efetoras, estado do sistema vascular, distâncias espaciais para regiões marginais e distribuição de nutrientes metabólicos. Estas variantes espaciais também podem ter efeitos profundos no prognóstico clínico e na resposta à terapia.
O fenótipo das células T nos tumores apresenta heterogeneidade significativa. as células t geralmente têm clonalidade, potencial proliferativo, estágio de diferenciação, polarização funcional, perfis de secreção de citocinas ou ambientes metabólicos diferentes. No que diz respeito à propensão do pool de células T, os receptores de células T expandidos/proliferativos (TCRs) podem ser ainda classificados como clones comuns de TCR (detectados em todas as regiões do tumor) ou clones regionais (distribuídos heterogeneamente). O número de clones de TCR comuns e regionais foi positivamente correlacionado com a carga de mutações não sinônimas comuns e regionais, indicando proliferação de células T regionalmente heterogênea e dirigida por antígeno. Além disso, vale ressaltar que as células T reguladoras (Treg) também apresentaram significativa heterogeneidade espacial intratumoral e orientação funcional.
Além dos subconjuntos de células T, a heterogeneidade intratumoral de muitas outras células do sistema imunológico também foi identificada em vários tipos de tumores. No câncer gástrico, os macrófagos com fenótipo CD68+CD163+CD206+ estavam predominantemente localizados no estroma, e os macrófagos CD68+IRF8+ estavam superexpressos no núcleo em comparação com a zona marginal. Além das populações de células imunes, as células do estroma (por exemplo, fibroblastos) apresentam um alto grau de orientação espacial nos tumores.
Os perfis metabólicos são reguladores importantes do microambiente imunológico e podem desempenhar um papel influenciando o potencial proliferativo e a adaptação das células cancerígenas ao seu ambiente. A heterogeneidade dos perfis metabólicos parece contribuir para a heterogeneidade do microambiente imune tumoral. Células malignas com alta atividade glicolítica podem não apenas converter suas vias metabólicas em reações anabólicas, mas também produzir um grande número de mediadores imunossupressores, como lactato e adenosina, para atenuar a vigilância imunológica por células citotóxicas.
Heterogeneidade temporal
Os tumores e as células imunitárias são susceptíveis de serem perturbados por factores ambientais genéticos ou não genéticos, determinando assim a progressão da doença e a resposta à terapia antitumoral, bem como a evolução dinâmica das próprias células tumorais. Durante a progressão da doença de uma lesão não invasiva para um fenótipo agressivo, o RNA-Seq em pacientes com adenocarcinoma ductal pancreático revelou alterações significativas nos componentes da infiltração de células imunes. Isso geralmente é caracterizado por uma redução na infiltração de células T CD8+ e células dendríticas, bem como agregação ou expansão anormal de células imunossupressoras, incluindo Treg, MDSC ou CAF.
Além disso, há atividade citolítica prejudicada, expansão e clonalidade restritas do banco de células e exaustão progressiva de células T e B durante a progressão da doença em vários tipos de tumor. A presença de regiões ou lesões imunologicamente desfavoráveis em pacientes individuais parece estar inversamente associada ao controle da doença e ao prognóstico de sobrevida, reforçando ainda mais a importância da heterogeneidade espaço-temporal no desfecho da doença.
Significado clínico da heterogeneidade do microambiente imunológico tumoral
Quase todos os biomarcadores imunoprognósticos ou preditivos para pacientes com câncer foram estabelecidos com base na análise de amostras individuais de biópsia. No entanto, a heterogeneidade é um grande obstáculo à reprodutibilidade do estudo e diminui a sua utilidade clínica. Além disso, um grande conjunto de evidências sugere que a heterogeneidade do microambiente tumoral, seja genético ou imunológico, afeta o resultado da imunoterapia em pacientes com tumores sólidos.
Heterogeneidade da expressão PD-L1
Desde a primeira evidência que apoia a correlação entre a expressão da proteína PD-L1 e a eficácia das terapias de bloqueio de checkpoint anti-PD-1, os níveis de PD-L1 têm sido usados como diagnóstico complementar para prever a resposta clínica à imunoterapia ICI em vários tipos de tumores sólidos. No entanto, existe heterogeneidade significativa na expressão de PD-L1 tanto nas escalas intra ou intertumorais, bem como nas dimensões espaciais e temporais.
Depois de avaliar a expressão de PD-L1 em tumores metastáticos primários e cerebrais de pacientes com NSCLC, uma diferença significativa na expressão de PD-L1 entre as duas lesões pode ser observada. A expressão de PD-L1 é fortemente induzida pela via de sinalização de IFN, que é regulada heterogeneamente em subclones contendo mutações funcionais aberrantes de JAK1/2. Além disso, a presença de subclones deficientes no processamento de antígenos e na apresentação em pacientes tratados com ICI foi associada a resultados clínicos ruins em melanoma, câncer de pulmão e colorretal. Essa potencial heterogeneidade pode explicar por que um subconjunto de pacientes com tumores PD-L1-positivos não respondeu, enquanto alguns pacientes com tumores PD-L1-negativos responderam bem à imunoterapia ICI.
Heterogeneidade de respostas em pacientes com altas respostas de TMB
A carga de mutação é uma alternativa razoavelmente próxima à carga de neoantígenos e tem sido usada para identificar respondedores favoráveis à imunoterapia com ICI em uma variedade de tipos de tumores sólidos. No entanto, a resposta de pacientes com TMB elevado à terapia com ICB é altamente heterogênea, e uma proporção significativa de pacientes com baixos níveis de TMB pode se beneficiar da imunoterapia com ICI e vice-versa.
Para pacientes com alto risco de TMB que não respondem bem à terapia com ICI, acredita-se que os mecanismos defeituosos/desregulados de apresentação de antígenos sejam o principal mecanismo de resistência à imunoterapia, especialmente a expressão de haplótipos e regiões HLA, bem como a expressão de moléculas B2M . Além disso, as análises filogenéticas revelaram que a heterogeneidade clonal, medida pelo número de clones que compõem o tumor ou pela diferenciação clonal, teve um impacto profundo no resultado de sobrevivência da terapia ICI.
Heterogeneidade de resposta em pacientes com deficiência de MMR
Pacientes sem MMR são extremamente sensíveis à terapia com ICI, o que é amplamente atribuível a neoantígenos previstos elevados e a um microambiente tumoral imunogênico melhorado. Entre os pacientes com dMMR avançado em vários tipos de tumores sólidos, o pembrolizumab ganhou um reconhecimento sem precedentes como o tratamento ideal para pacientes com tumores MSI-H. No entanto, apenas uma minoria dos pacientes responde bem à terapia com ICI.
Tanto o genótipo intrínseco das células tumorais quanto o meio imunológico extrínseco dos tumores dMMR podem influenciar sua eficácia, e o grau de instabilidade genômica das células imunes infiltrantes parece ser amplamente heterogêneo nos tumores dMMR, levando a nichos ecológicos discretos de imunogenicidade limitada e imunidade insuficiente. -controle tumoral mediado, o que pode levar à resistência aos medicamentos. Além disso, outras variáveis que afetam a resposta dos tumores MSI-H à ICI incluem a sua tendência para realizar uma edição imunológica robusta durante o desenvolvimento e a sua conversão para um perfil glicolítico, o que contribui largamente para o escape imunitário.
Resumo
A tumorigênese é uma combinação e desregulação cumulativa de uma série de processos genéticos e não genéticos. Devido à instabilidade genética inerente ao genoma do tumor, a maioria dos eventos tumorigênicos ocorrem inevitavelmente de maneira estocástica durante a progressão da doença. Esses eventos estocásticos criam as condições necessárias para o desenvolvimento de um microambiente imunológico heterogêneo na dimensão espacial ou temporal. Além disso, a competição por metabólitos e nutrientes, a pressão terapêutica ou a evolução de oncogenes-chave remodelam constantemente o microambiente imunológico. Em última análise, isso cria oportunidades para as células malignas escaparem da vigilância imunológica, levando à progressão da doença e à metástase.
Esta heterogeneidade imunológica também é responsável pelo fraco desempenho de biomarcadores preditivos baseados em biópsias individuais, bem como pela resistência à imunoterapia. É, portanto, necessário concentrar-se nas lições aprendidas com modelos tumorais heterogéneos, dada a instabilidade do genoma do tumor e o desenvolvimento interminável da heterogeneidade. Um modelo complexo e controlado permite-nos compreender com precisão os mecanismos que regulam as respostas imunitárias antitumorais à heterogeneidade. Por sua vez, as abordagens terapêuticas devem considerar não apenas alvos oncogénicos ou pontos de controlo imunitário representativos, mas também a heterogeneidade e reactividade do microambiente imunitário. Rastrear as interações espaço-temporais entre células tumorais e imunológicas é essencial para orientar uma resposta eficaz e durável à imunoterapia.