《Annual Review of Pathology-Mechanisms of Disease》：Immunopathology of Glioblastoma
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本文深入综述了胶质母细胞瘤(GBM)高度复杂且免疫抑制的肿瘤微环境(TME)。文章系统阐述了TME中的关键细胞成分(如TAMs、MDSCs、Tregs、GSCs)及非细胞要素(如缺氧、坏死、BBB、ECM)如何共同塑造免疫抑制格局，驱动肿瘤进展和治疗抵抗。同时，文章剖析了GBM免疫逃逸的核心机制(包括T细胞耗竭、关键信号通路和代谢重编程)，并总结了当前免疫治疗策略(如CAR-T、ICIs、疫苗、溶瘤病毒)的进展与挑战，为开发靶向TME的综合疗法提供了重要见解。
1. 引言
胶质母细胞瘤(GBM)是最常见、最具侵袭性的原发性脑肿瘤。尽管标准治疗包括最大范围安全切除、同步放化疗及替莫唑胺(TMZ)维持治疗，但患者中位总生存期仍不足15个月，5年生存率仅为7.1%。GBM的不良预后与血脑屏障(BBB)的存在、显著的瘤内/瘤间异质性、以胶质瘤干细胞(GSCs)为代表的细胞可塑性以及高度免疫抑制的肿瘤微环境(TME)密切相关。与在其他器官系统中能有效抑制肿瘤生长的癌症不同，GBM在具有“免疫豁免”特性的中枢神经系统(CNS)中发生。尽管这种豁免并不完全，且BBB在GBM中部分受损，但GBM的免疫微环境仍以免疫抑制为主，外周免疫细胞的浸润和监视有限，因此GBM通常被认为是“免疫学上的冷肿瘤”，这为免疫治疗带来了重大障碍。免疫检查点抑制剂(ICIs)等在其它恶性肿瘤中取得成功的免疫疗法，在GBM中疗效有限，这被归因于新抗原表达低、细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)浸润有限以及耗竭T细胞、调节性T细胞(Tregs)和免疫抑制性髓系细胞亚群的富集。本综述旨在全面概述GBM的免疫病理学全景，剖析其免疫抑制性TME、免疫细胞动态及驱动免疫逃逸的分子细胞机制，并讨论新兴的免疫治疗策略。
2. 胶质母细胞瘤中的肿瘤微环境
GBM的TME支持肿瘤细胞以及一系列非恶性细胞和细胞外成分，共同驱动肿瘤生长、侵袭、免疫逃逸和 therapy resistance。关键细胞成分包括处于不同分化激活状态的胶质瘤细胞（含GSCs）、小胶质细胞、内皮细胞(ECs)、周细胞、星形胶质细胞、神经元以及多种浸润免疫细胞，如骨髓来源的肿瘤相关巨噬细胞(BM-TAMs)、髓系来源抑制性细胞(MDSCs)、树突状细胞(DCs)和淋巴细胞。这些成分在细胞外基质(ECM)中相互作用，ECM提供结构完整性和调节肿瘤生长与免疫细胞运输的生物化学信号。
2.1. TME细胞成分
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肿瘤相关巨噬细胞/小胶质细胞：TAMs是GBM免疫景观的主导者，占所有细胞的30-50%。它们包括脑驻留的小胶质细胞和骨髓来源的巨噬细胞(BMDMs)。随着GBM进展，骨髓来源的巨噬细胞成为主体。TAMs传统上被分为促炎的M1型和抗炎、促瘤的M2型，但现在认为这种二分法过于简单。单细胞RNA测序(scRNA-seq)研究揭示了TAMs存在于一个连续谱系中，具有不同的功能亚群。TAMs的频率和生物学影响因GBM的转录亚型而异，在间充质亚型中数量更多，且高水平TAMs与不良预后相关。+CD45low, P2RY12+, TMEM119+) and bone marrow–derived monocytes (CD11b+CD45high, CD49d+, CCR2+), which infiltrate the glioma and differentiate into macrophages. TAMs interact with GSCs and immune cells, such as Tregs, MDSCs, CTLs, and NK cells, through immunosuppressive cytokines (IL-10, TGF-β) and immune checkpoints (PD-1, PD-L1), contributing to immunosuppressive TME.">
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淋巴细胞：淋巴细胞是适应性免疫和固有免疫的主要调节者和效应器，但在GBM TME中仅占CD45+细胞的5-10%。
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T细胞：CTLs，尤其是CD8+T细胞，在GBM TME中数量极少，且大多数T细胞因持续抗原刺激、免疫检查点分子（如PD-1、CTLA-4、TIM-3）上调以及暴露于TAMs、Tregs和胶质瘤细胞分泌的免疫抑制细胞因子（如TGF-β、IL-10）而功能耗竭。Tregs是CD4+T细胞的一个亚群，表达转录因子FOXP3，在TME中很突出，通过抑制抗肿瘤免疫反应和维持免疫抑制来支持GBM进展。
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B细胞：B细胞在GBM TME中具有双重作用，一方面可能通过增强抗原呈递和招募效应T细胞改善患者预后，另一方面可通过分泌血管内皮生长因子(VEGF)、CXCL12、CXCL13、IL-10和TGF-β等因子支持血管生成、侵袭、进展并抑制T细胞和自然杀伤(NK)细胞活性。
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自然杀伤细胞：NK细胞能够独立于抗原致敏识别并清除肿瘤细胞。然而，在GBM TME中，其细胞毒性功能严重受损，原因包括TGF-β1信号驱动、免疫抑制细胞因子（如IL-10）富集、活化配体下调、抑制性配体（如PD-L1）上调以及缺氧、营养剥夺导致的代谢改变。
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髓系来源抑制性细胞：MDSCs是GBM免疫抑制TME的关键调节者。它们被分为多形核MDSCs(PMN-MDSCs)和单核细胞性MDSCs(M-MDSCs)两个亚群，各自具有不同的表型和免疫抑制机制。PMN-MDSCs主要通过活性氧(ROS)和脂质过氧化抑制T细胞活性，而M-MDSCs则通过分泌IL-10、TGF-β、一氧化氮(NO)以及表达PD-L1等免疫检查点配体来抑制免疫。MDSCs还通过分泌VEGF、碱性成纤维细胞生长因子和血管生成素2(Ang-2)促进肿瘤血管生成。
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树突状细胞：DCs是连接固有免疫和适应性免疫的强力抗原呈递细胞(APCs)。在GBM中，DCs常被TME重编程为具有调节表型，通过TGF-β信号激活Tregs，并分泌VEGF-A等促瘤因子促进血管生成。
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肿瘤相关中性粒细胞：中性粒细胞，即肿瘤相关中性粒细胞(TANs)，在GBM TME中具有复杂的双重功能。在早期可能表现出抗肿瘤特性，但在后期，缺氧和免疫抑制的TME诱导其向N2样表型转变，通过分泌精氨酸酶1(Arg1)、粒细胞集落刺激因子和S100A4等免疫抑制分子促进肿瘤生长、侵袭、血管生成、GSCs干性维持和免疫逃逸。
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胶质瘤干细胞：GSCs是GBM中具有自我更新和多向分化潜能的动态亚群，有助于肿瘤进展、复发、免疫逃逸和治疗抵抗。GSCs定位于特定的TME生态位，特别是血管周围和坏死周围区域。在血管周围生态位，GSCs与ECs相互作用，通过分泌VEGF、血小板源性生长因子(PDGF)等细胞因子维持血管生成和免疫调节。在坏死周围生态位，与严重缺氧相关的特定微环境通过激活缺氧诱导因子(HIFs)和下游通路促进GSCs维持。GSCs还通过分泌TGF-β、IL-10等细胞因子抑制CTLs和NK细胞，并招募Tregs，从而建立免疫抑制性TME。
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胶质瘤相关基质细胞：GASCs是GBM TME的组成部分，具有与间充质干细胞(MSCs)和癌症相关成纤维细胞相似的表型和功能特性，通过分泌IL-6、TGF-β等细胞因子以及含有microRNAs和蛋白质的细胞外囊泡(EVs)来支持免疫抑制、胶质瘤侵袭、血管生成和干性。
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神经元：神经元通过旁分泌信号机制和直接突触通信与肿瘤细胞及免疫系统进行复杂的双向相互作用，从而影响GBM的病理生理。神经元活动驱动活性依赖性有丝分裂原（如神经连接蛋白3(NLGN3)）的释放，激活GBM细胞中的PI3K/AKT/mTOR信号。GBM细胞表达功能性谷氨酸受体，神经元活动驱动的GBM细胞去极化可增强胶质瘤增殖和侵袭。谷氨酸受体激活还通过塑造TAMs、MDSCs和Tregs的活性和极化与免疫逃逸相关。
2.2. 修饰TME的要素
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缺氧与坏死：缺氧和坏死是GBM的定义性病理特征，深刻影响TME动态。传统模型认为其源于肿瘤快速生长超过血液供应，新证据表明胶质瘤主动损害局部血流，导致灌注限制性缺氧和随后的坏死。坏死发生后，TME重组与严重的免疫抑制状态和快速的生物学进展相关。坏死的GBM高度异质，坏死区周围环绕着高密度的严重缺氧“栅栏状”细胞，富含GSCs和BM-TAMs。细胞对缺氧的反应主要由HIFs（尤其是HIF-1α和HIF-2α）介导，上调糖酵解代谢、血管生成、侵袭和ECM重塑相关基因。坏死与损伤相关分子模式的释放相关，如ATP、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)、S100蛋白，这些物质通过招募BM-TAMs和TAMs启动无菌炎症反应。
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血管生态位：GBM中的血管生态位在整个TME中各不相同，从正常血管过渡到渗漏、肥大、异常血管生成，直至坏死周围区域BBB完全破坏。病理血管被肿瘤细胞共选，为其提供营养和氧气以及沿其延伸的侵袭途径。GBM相关ECs是血管生态位的核心结构，血管周围生态位为GSCs提供了避难所。ECs还分泌TGF-β等免疫抑制因子并表达PD-L1，抑制T细胞激活和增殖。
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血脑屏障：BBB由高度特化的ECs、星形胶质细胞终足和周细胞组成。在GBM早期，BBB基本保持完整；随着进展，BBB因肿瘤分泌VEGF和基质金属蛋白酶(MMPs)等促血管生成因子而逐渐受损，导致通透性增加和Tregs、MDSCs、TAMs等免疫抑制细胞流入。缺氧和坏死的发展加剧了BBB破坏。BBB通透性在肿瘤内空间上存在差异，中央严重破坏，而外围保持完整，限制了药物输送和免疫细胞向这些远端区域的浸润。
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细胞外基质：ECM约占脑质量的20%，由胶原蛋白、层粘连蛋白、纤维连接蛋白等结构蛋白以及蛋白聚糖、糖蛋白和糖胺聚糖（如生腱蛋白-C(TNC)、透明质酸(HA)、硫酸肝素蛋白聚糖）组成。HA与其受体CD44相互作用促进GBM细胞增殖、迁移。TNC在GBM中过度表达，在细胞侵袭和增殖状态交替的“侵袭或生长”现象中起关键作用。骨桥蛋白(OPN)与CD44在GBM血管周围区域相互作用，增强HIF-2α活性，促进肿瘤细胞迁移、侵袭和GSC表型。ECM还调节GBM TME的免疫景观，某些成分如TNC和OPN通过损害T细胞浸润和促进TAMs向免疫抑制表型极化来促进免疫逃逸。
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复发性GBM：复发性GBM的TME比原发性GBM更多变和复杂，包含各种功能状态的肿瘤细胞、肿瘤坏死、治疗诱导的坏死、BM-TAMs、淋巴细胞、反应性胶质细胞和小胶质细胞、扭曲的血管系统以及浸润的正常脑组织。一些已发现的趋势包括从神经前体亚型向间充质亚型的转录转变、分化（星形胶质细胞样）胶质瘤细胞的减少、少突胶质细胞的增加以及肿瘤侵袭边缘更强的免疫细胞浸润。
3. GBM中的免疫逃逸机制
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T细胞功能障碍与耗竭：免疫逃逸最明显的最终共同通路是T细胞衰竭。最突出的机制之一是肿瘤细胞和浸润髓系细胞（如TAMs）上PD-L1的上调。PD-L1与其受体PD-1在T细胞上结合，导致T细胞无反应、耗竭和凋亡。GBM中PD-L1表达升高与患者不良预后相关。除了PD-1/PD-L1，其他免疫检查点分子也相关。CTLA-4与CD28竞争结合B7配体，抑制T细胞激活并增强Tregs扩增。淋巴细胞激活基因3(LAG-3)和TIM-3通过抑制T细胞受体信号传导和促进Tregs扩增进一步导致T细胞耗竭。此外，GBM具有代谢上敌对的环境，剥夺T细胞必需营养，导致功能耗竭。GBM细胞分泌高水平的大尿氨酸酸（色氨酸代谢的代谢产物，由吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)介导），抑制T细胞增殖并促进Tregs分化。通过CD39/CD73介导的ATP水解导致的腺苷积累，通过激活A2A受体抑制T细胞反应。TAMs、Tregs和GSCs分泌的免疫抑制因子如TGF-β和IL-10也抑制T细胞激活并促进耗竭。
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TAMs及其免疫抑制作用：TAMs通过与其他免疫细胞和肿瘤细胞的相互作用，在塑造GBM免疫抑制微环境中起主导作用，主要通过分泌广泛的细胞因子和趋化因子，但也通过表达促瘤因子。TAM来源的细胞因子如IL-10和TGF-β抑制CTLs和NK细胞的激活和增殖。这些因子还促进Tregs的招募和扩增。TAMs分泌的趋化因子包括CCL2、CXCL12和CSF-1，它们将MDSCs和更多的巨噬细胞吸引到脑实质中。TAMs还通过产生MMP-2等酶促进ECM重塑，这不仅增强胶质瘤细胞侵袭，也阻碍细胞毒性免疫细胞向肿瘤核心的浸润。TAMs通过表达PD-L1和TIM-3等免疫检查点分子直接损害T细胞介导的抗肿瘤反应。
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MDSCs在GBM中的免疫抑制效应：MDSCs采用多种机制抑制免疫反应，包括分泌免疫抑制因子、代谢调节和细胞间信号传导。MDSCs的分化和功能受GBM TME的缺氧和酸性条件以及促炎细胞因子（包括IL-1β、IL-4、IL-6、IL-13、前列腺素E2(PGE2)）的影响。PMN-MDSCs主要通过ROS和脂质过氧化介导免疫抑制，而M-MDSCs则依赖产生NO、IL-10和TGF-β。MDSCs介导的免疫抑制还通过EVs和microRNAs得到增强。MDSCs还通过上调Arg1和IDO消耗精氨酸和色氨酸等关键代谢底物，进一步限制T细胞增殖和功能。PI3K/AKT/mTOR、核因子κB(NF-κB)和JAK/STAT3信号通路是GBM中MDSCs功能的关键调节因子。
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驱动GBM TME免疫抑制的关键免疫通路：
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STING通路：环鸟苷酸-腺苷酸合酶及其下游效应器STING是固有免疫系统的核心，负责检测胞质DNA并触发I型干扰素(IFN)反应。在有效的抗肿瘤免疫反应中，STING激活增强DC成熟、T细胞启动和促炎细胞因子产生。然而，在GBM中，STING信号常通过多种机制被抑制。
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NF-κB通路：在GBM中扮演矛盾角色，介导促炎和免疫抑制双重功能。虽然NF-κB激活对固有和适应性免疫反应至关重要，但GBM劫持此通路以维持肿瘤生长、招募免疫抑制性髓系细胞，并创造支持免疫逃逸的慢性炎症环境。NF-κB信号导致IL-10和TGF-β等免疫抑制细胞因子上调。TAMs和MDSCs中的NF-κB激活也有助于其向免疫抑制极化。NF-κB还通过调节GBM细胞的PD-L1表达来促进免疫逃逸。
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JAK/STAT通路：是GBM中的核心免疫抑制通路，特别是通过IL-6/STAT3信号。GBM细胞分泌的IL-6激活免疫细胞中的STAT3，导致TAMs和MDSCs招募并向免疫抑制表型极化。STAT3激活通过上调PD-1/PD-L1表达直接导致T细胞耗竭。STAT3信号还通过下调APCs上的MHC-II表达来抑制抗原呈递。此外，激活的STAT3促进IL-10分泌，通过增强Tregs分化和抑制CTL功能加剧免疫抑制。
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PI3K/AKT/mTOR通路：在GBM中经常失调。其过度激活通常由PTEN缺失驱动，导致肿瘤细胞存活增强、代谢重编程和免疫抑制。PI3K/AKT/mTOR信号通过直接上调GBM细胞中PD-L1表达来支持免疫逃逸。该通路还驱动Warburg效应，导致葡萄糖竞争和乳酸产生，造成酸性TME，抑制浸润T细胞功能。此外，mTOR信号支持TAMs向免疫抑制表型极化，并抑制DC成熟。
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代谢在免疫逃逸中的作用：
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葡萄糖代谢与免疫抑制：Warburg效应是GBM代谢的标志，导致葡萄糖消耗和乳酸产生增加。乳酸积累导致TME酸化，通过降低NAD+/NADH比率和削弱IFN-γ信号来损害CD8+T细胞的细胞毒性。乳酸还促进TAMs向免疫抑制表型极化。
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脂肪酸代谢与Tregs介导的免疫抑制：脂肪酸氧化(FAO)和转运对于Tregs在GBM中的免疫调节功能至关重要。Tregs中CD36等脂肪酸转运蛋白水平升高支持其免疫抑制功能。GBM TME中脂质介质PGE2水平升高，可抑制T细胞和NK细胞活性，并促进Tregs和MDSCs扩增。
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氨基酸代谢与免疫逃逸：色氨酸、谷氨酰胺和精氨酸等氨基酸代谢的改变调节GBM的免疫景观。GBM细胞和TME内的免疫抑制细胞表达IDO，该酶消耗色氨酸并导致大尿氨酸酸等免疫抑制代谢物积累。大尿氨酸酸与免疫细胞上的芳香烃受体相互作用，导致CD8+T细胞活性被抑制，并通过CCR2-CCL2轴诱导Tregs和MDSCs。谷氨酰胺是GBM细胞的关键营养物质，通过谷氨酰胺分解为三羧酸循环提供燃料，支持TAMs和MDSCs的免疫抑制表型，并导致CD8+和CD4+T细胞耗竭和应激。MDSCs中经常上调的精氨酸酶消耗精氨酸，损害T细胞受体表达和功能，导致T细胞增殖和细胞因子产生减少。
4. GBM的免疫治疗策略
尽管GBM的免疫抑制性TME、BBB以及肿瘤异质性带来了重大挑战，但近年来在免疫治疗策略方面已取得实质性进展，包括适应性T细胞疗法、ICIs、疫苗方法和溶瘤病毒。
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嵌合抗原受体-T细胞疗法：CAR-T细胞疗法通过改造T细胞以识别和清除肿瘤特异性抗原，提供了一种个性化的免疫治疗方法。GBM为CAR-T疗法带来了巨大挑战，包括抗原异质性、T细胞耗竭以及工程化T细胞向肿瘤核心的运输有限。已确定的几个肿瘤特异性靶点包括EGFRvIII、IL-13受体α2亚基(IL-13Rα2)和人表皮生长因子受体2(HER2)。为了增强疗效，目前的工作重点包括优化CAR设计（例如纳入双靶向CAR-T细胞以对抗抗原异质性）以及改造CAR-T细胞使其通过阻断PD-1和CTLA-4等免疫检查点分子来抵抗耗竭。除了T细胞，新方法还在探索其他免疫细胞（如CAR-巨噬细胞(CAR-MΦ)和CAR-NK细胞）的CAR工程。
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免疫检查点抑制剂疗法：ICIs主要靶向PD-1/PD-L1和CTLA-4，它们调节T细胞耗竭并抑制抗肿瘤免疫。临床前研究表明，PD-1/PD-L1阻断可以将巨噬细胞极化从免疫抑制表型转变为促炎状态。然而，评估纳武利尤单抗和帕博利珠单抗等PD-1/PD-L1抑制剂的临床试验显示生存获益有限，这很大程度上归因于低肿瘤突变负荷和适应性免疫抵抗。较新的检查点分子，如LAG-3、TIM-3和具有免疫球蛋白和ITIM结构域的T细胞免疫受体(TIGIT)正在被探索作为治疗靶点。鉴于ICIs作为单一疗法的疗效有限，正在进行的试验侧重于将检查点抑制剂与放疗、溶瘤病毒和代谢重编程疗法相结合，以增强T细胞激活和浸润。
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疫苗疗法：疫苗免疫疗法旨在利用免疫系统靶向肿瘤相关抗原。靶向EGFRvIII的肽疫苗Rindopepimut(CDX-110)在早期试验中显示出前景。然而，评估CDX-110联合TMZ治疗新诊断GBM患者的III期试验未能提供比单用TMZ更好的临床结果。DC疫苗更有希望，例如用肿瘤裂解物负载的自体DC疫苗DCVax-L延长了GBM患者的生存期，特别是在具有间充质基因表达谱的患者中。在大多数GBM中表达但在正常组织中不存在的巨细胞病毒(CMV)
