综述：肺癌肿瘤微环境的评估：时空动态及其临床意义

《Seminars in Cancer Biology》：Tumor microenvironment evaluation in lung cancer: Spatio-temporal dynamics and clinical implications

　　塞尔玛·迪兹达雷维奇（Selma Dizdarevi?）、奥列格·蒂莫菲耶夫（Oleg Timofeev）、丹尼尔·卡兹达尔（Daniel Kazdal）、索尼·萨瓦伊·普拉拉姆塞蒂（Soni Savai Pullamsetti）、罗西奥·索蒂略（Rocio Sotillo）、索尼娅·洛格斯（Sonja Loges）、塞巴斯蒂安·科博尔德（Sebastian Kobold）、阿尔布雷希特·斯坦辛格（Albrecht Stenzinger）、托尔斯滕·斯蒂韦（Thorsten Stiewe）、拉伊库马尔·萨瓦伊（Rajkumar Savai）

德国吉森尤斯图斯·李比希大学（Justus Liebig University）肺健康研究所（Institute for Lung Health, ILH）成员；德国肺研究中心（German Center for Lung Research, DZL）成员；心肺研究所（Cardio-Pulmonary Institute, CPI）成员

**摘要**
近年来，非小细胞肺癌（NSCLC）的治疗取得了显著进步。这种以侵袭性强和全球影响显著而闻名的疾病，其治疗方法已从传统的细胞毒性化疗转向了更为个性化的治疗方案，如靶向治疗和免疫疗法，从而使部分患者的预后得到改善。然而，耐药性的出现仍是临床实践中的重大挑战，这凸显了癌细胞的适应能力。这种适应性不仅体现在恶性细胞内部的基因和表观遗传变化上，癌细胞与肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）之间的双向相互作用也起着关键作用。这个复杂的生态系统由多种细胞成分（如成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞）、细胞外基质成分及可溶性因子组成，极大地影响了肿瘤的进展、转移及治疗反应。因此，全面理解不同治疗方式下TME的演变机制对于开发更持久有效的NSCLC治疗策略至关重要。

**引言**
癌症最初被认为是一种细胞增殖失控的疾病，后来被重新定义为一种由基因突变驱动的遗传性疾病，这些突变赋予了细胞自主生长的优势[1][2][3][4]。1976年，彼得·C·诺威尔（Peter C. Nowell）提出了基于达尔文原理的克隆肿瘤进化模型[5]。早在原癌基因和肿瘤抑制基因被发现之前，诺威尔就指出癌症是一个动态的进化过程，在宿主和治疗的压力下，基因多样的细胞群体会竞争生存。肿瘤进化始于一个转化细胞（克隆起源），并通过遗传和表观遗传改变的累积产生亚克隆多样性。这些亚克隆在不断变化的生态系统中经历选择，导致肿瘤内的功能和空间异质性[5][6]。随后发现的癌症干细胞和谱系层次结构进一步说明了肿瘤内的多样性如何支持肿瘤的适应性和治疗耐药性[7]。然而，癌症的异质性不仅限于癌细胞内部的基因变化，肿瘤微环境也表现出高度的变异性，并与肿瘤细胞共同进化。将肿瘤视为“无法愈合的伤口”的传统观点[8]强调了这种相互作用——癌细胞积极重塑其微环境以促进生长、侵袭和治疗抵抗[9]。最近，将微生物群视为TME的重要组成部分，为这一生态和代谢复杂性的认识增添了新的维度[10]。综上所述，癌症不再仅仅是一种纯粹的遗传疾病，而是一个由恶性细胞、宿主反应和治疗干预共同塑造的时空演变生态系统。从系统论的角度来看，肿瘤的进化、进展和耐药性是基因组不稳定性与微环境适应性动态相互作用的结果。

癌症不仅是一种均匀的疾病，而是一个不断演化的生态系统。肿瘤由具有不同遗传、表观遗传和表型特征的多种亚群细胞组成。这种异质性源于持续的基因多样化和表型可塑性，包括体细胞突变、染色体改变以及表观遗传变化，这些变化影响了转录程序[7][11][12]。异质性不仅存在于原发肿瘤和转移瘤之间，也存在于同一肿瘤的不同区域，并且随时间动态演变[13][14][15]。这种时空异质性对实现持久的治疗效果带来了重大挑战。

非小细胞肺癌（NSCLC）约占所有肺癌的85%，体现了这些进化动态。NSCLC包括腺癌（LUAD）、鳞状细胞癌（LUSC）和大细胞癌（LCLC），它们在致癌驱动因素、生长行为、转移潜能和治疗反应方面存在差异[16]。尽管靶向治疗和免疫疗法取得了重大进展，但晚期NSCLC患者的五年生存率仍低于20%[17]，这主要是由于诊断延迟和耐药性的难以避免。肿瘤进化并非孤立发生。TME（包括基质细胞、免疫细胞、血管细胞和微生物成分）作为肿瘤进化的生态舞台，其中基因不同的亚克隆在局部选择压力下共存并竞争[18]。这些压力包括缺氧、营养限制、免疫监视，尤其是治疗压力。其中，治疗起到了强大的环境瓶颈作用，消灭了敏感细胞亚群，却无意中促进了耐药克隆的扩展，这一过程称为“竞争性释放”，揭示了治疗驱动的生态变化如何加速进化适应性和耐药性的产生[19]。因此，肿瘤进展最好被理解为癌细胞与其微环境之间的动态共同进化，而不仅仅是纯基因过程。

传统的癌症治疗方法历来忽视了进化和生态学原理。基于“尽可能彻底消灭肿瘤”的最大耐受剂量（MTD）策略假设杀死更多细胞能提高生存率，但实际上MTD增加了选择压力，加速了耐药克隆的出现[19][20]。对于具有可操作基因组改变（如EGFR、ALK、ROS、RET、NTRK基因突变）的患者，靶向治疗比化疗更有效。在未经治疗的晚期ALK阳性NSCLC患者中，洛拉替尼（larlatinib）的五年总生存率约为75%，这是这一阶段前所未有的成果[21]。携带EGFR突变的患者在接受EGFR抑制剂奥西替尼（Osimertinib）联合化疗后，中位生存期可达47.5个月[22]。早期肿瘤切除后针对EGFR和ALK的疗法也显著提高了生存率[23][24]。然而，尽管如此，许多患者最终仍会发展出耐药性。除了靶内外突变外，肿瘤还通过治疗引起的微环境重塑（包括免疫逃逸、代谢和基质变化以及肠道微生物群的影响）来逃避治疗[25][26]。

免疫检查点抑制剂（ICIs）既体现了TME导向治疗的潜力，也揭示了其挑战。虽然ICIs能提高部分NSCLC患者的生存率[27][28]，但许多肿瘤最终仍会发展出耐药性。这通常是由TME重塑引起的，例如抗原呈递丧失、基质免疫抑制或免疫浸润的动态变化，而不仅仅是肿瘤本身的突变[29]。NSCLC具有最高的肿瘤突变负担（TMB），尤其是在吸烟者中，这可能影响其对ICIs的敏感性[30][31]。然而，具有特定突变的肿瘤（如EGFR和ALK）往往TMB较低，对ICIs的敏感性较低[30][31]。高TMB还会增加异质性，促进分支和并行肿瘤进化。大规模研究表明，大多数NSCLC肿瘤同时携带克隆和亚克隆驱动突变，每个肿瘤的平均异质性约为30%[18]。靶向治疗产生的选择压力可能导致多重、同时发生的耐药途径，例如EGFR T790M突变、MET扩增、上皮-间充质转化、旁路信号通路的激活、致癌融合、功能丧失突变以及小细胞转化，这些变化通常在不同肿瘤区域同时发生[32][33][34][35]。这些过程高度动态，耐药标志物的出现或消退取决于治疗策略的变化，反映了肿瘤和TME的持续共同适应[29]。肿瘤生态系统的进化速度至关重要：如果进化过快，癌细胞会迅速适应并破坏治疗效果；而较慢的渐进过程则可能创造可利用的治疗窗口[36]。

提高NSCLC的生存率需要转变观念，从试图完全根除肿瘤转向将癌症视为一个不断演化的生态系统。这种方法认识到治疗施加的选择压力不可避免地塑造了肿瘤和微环境的进化轨迹。数学和计算模型预测，通过适应性用药、序贯治疗或联合疗法可以利用敏感克隆和耐药克隆之间的适应性差异来延缓耐药性的出现[19][37]。TME在这一过程中起着核心作用。随着疗法重塑生态景观，理解和追踪TME的演变对于预测耐药性和设计干预措施至关重要。新兴技术（如空间转录组学、多重成像和单细胞多组学）提供了前所未有的分辨率，有助于绘制这些动态变化。结合纵向采样和数学建模，这些方法为基于进化理解的临床策略提供了基础，旨在不仅抑制肿瘤负荷，还引导肿瘤向更可控、更温和的状态发展。

在这篇综述中，我们通过演化的TME视角评估NSCLC。我们探讨了治疗如何重塑微环境，这些变化如何影响肿瘤进化，以及新的空间方法如何指导长期疾病控制的进化策略开发。

**部分摘录**
**TME的细胞成分**
与其他实体瘤类似，NSCLC微环境包含多种非恶性细胞和细胞外基质（ECM），共同构成肿瘤基质。根据肿瘤亚型（腺癌或鳞状细胞癌），基质的比例在不同肿瘤中差异很大，在基质丰富的肿瘤中，基质可占肿瘤面积的一半以上；分化不良或纤维化程度高的肿瘤通常具有更高的基质含量，这通常与较差的预后相关。

**克隆进化与肿瘤内异质性**
肿瘤的形成和进展是一个高度动态的过程，受到癌细胞与TME之间相互作用的影响，TME包括营养、代谢、遗传、免疫和治疗因素[123]。这些因素在同类型肿瘤之间（肿瘤间异质性）以及同一肿瘤内的不同区域（肿瘤内异质性，ITH）之间造成了异质性。达尔文进化原理（特别是自然选择对可遗传变异的作用）在此过程中发挥了重要作用。

**NSCLC TME的时空进化**
TME各组成部分的空间和时间组织对NSCLC的进展、预后和治疗反应具有决定性影响。在侵袭前期（包括原位腺癌AIS和微浸润性腺癌MIA），免疫细胞浸润较少。随着肿瘤进展为侵袭性腺癌（IAC）和I期，免疫细胞（尤其是CD8? T细胞、M1巨噬细胞和未成熟NK细胞）数量增加，同时肿瘤相关淋巴细胞（TLSs）的数量也增多。

**治疗过程中的TME变化**
癌细胞通过获得遗传和表型适应性克服了初始的微环境障碍[262]。这些适应性不仅使癌细胞能够逃避TME的抑制机制，还主动重塑周围微环境以促进肿瘤进展。TME重塑通过多种机制实现，包括整合素介导的细胞间直接相互作用[263]、细胞因子的分泌以及调节免疫浸润的趋化因子。

**NSCLC TME进化的空间和分子谱型分析**
尽管对NSCLC的分子特征已有深入研究，但对其微环境、基质和免疫成分之间相互作用的全面理解仍不完整。最近的高分辨率分子和空间分析技术开始填补这一空白，将基因型与表型联系起来，并绘制驱动治疗反应、耐药性和免疫逃逸的细胞邻域图谱。

**临床意义与未来方向**
TME是NSCLC治疗反应和疾病进展的核心决定因素。无论是在靶向治疗、免疫治疗、CAR-T细胞疗法还是抗血管生成干预中，TME的组成和空间组织都决定了疗效、耐药性和患者预后。TKIs和KRAS抑制剂虽然能有效针对致癌驱动因素，但也会引起免疫和基质成分的动态重塑。例如，EGFR靶向治疗会减少免疫细胞浸润和干扰素信号传导[24]。所有作者均已阅读并批准了最终稿件。

**利益冲突声明**
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益或个人关系：
Rajkumar Savai 的报告由德国吉森尤斯图斯·李比希大学（Justus Liebig University Giessen）的肺健康研究所（Institute for Lung Health, ILH）提供。Rajkumar Savai 与吉森尤斯图斯·李比希大学存在以下关系：
如果还有其他作者，他们声明自己没有任何已知的、可能影响研究结果的财务利益或个人关系。