第三节 肿瘤干细胞与免疫逃逸
免疫逃逸是肿瘤干细胞的一个重要特性。肿瘤干细胞与肿瘤发生发展以及治疗耐受之间的关系已逐渐得到认识。研究表明选择性的消除CSC能够抑制实验动物模型中肿瘤的生长。CSCs的免疫识别和免疫逃逸受一系列程序的调控，CSCs免疫原性的改变，CSC来源的调节分子，以及CSCs与肿瘤浸润免疫细胞的相互作用均与其所处的耐受状态有关；CSCs的免疫逃逸机制将为肿瘤治疗提供新的策略。
一、CSC诱导免疫耐受的机制
CSC表型具有一定的特异性，其表面分子以及某些基因表达水平的改变可能与其免疫逃逸的机制有关，CSCs可通过降低免疫细胞的识别能力或是增强免疫抑制细胞的作用来诱导自身的免疫耐受。
T淋巴细胞介导的细胞免疫在抗肿瘤免疫反应中起重要作用。然而，固有免疫所起的作用十分有限，在具有CSCs快速增长的肿瘤中几乎无效。CSCs往往失去MHC-Ⅰ 类分子限制性，选择性的沉默肿瘤相关抗原（TAA）的表达，而TAA的表达水平与细胞分化相关，可以抵抗免疫耐受。MHC-Ⅰ 类分子在转化细胞的免疫识别中起着重要的作用。选择性或全部下调MHC-Ⅰ 类分子可能抑制MHC-Ⅰ 类分子限制性CTLS 裂解CSCs 的能力。ABCB5+ 恶性黑色素瘤起始细胞（MMIC）在MHC-Ⅰ 类分子的缺失和下调时可以逃避自主免疫的监视。而且，在某些条件下MMIC并不表达肿瘤相关抗原MART-1（被T细胞1识别的黑色素瘤抗原），因此，可以优先逃避抗肿瘤免疫的应答。Wu等通过研究两种人类星形细胞瘤细胞和两种多形性胶质母细胞瘤样本中CD133+的表达发现，大多数CD133+的细胞表面不表达可检测的MHC-Ⅰ 类分子或自然杀伤细胞激活的配体，这可能导致对于适应性和固有免疫监视作用的耐受。将CD133+细胞和IFN-γ共孵育，表达MHC-Ⅰ 类分子和NK细胞活化配体比例明显增加，能够使这些细胞对T细胞介导的细胞免疫和NK细胞介导的溶细胞作用敏感，增强了免疫细胞识别和破坏能力。
除此之外，Di Tomaso等在多形性胶质母细胞瘤来源的肿瘤干细胞中检测到抗原加工分子（APM）表达缺陷。APM分子包括MHC-Ⅰ 类分子和他们的重链（例如，A-HC）、β2微球蛋白、组成型蛋白酶体亚基（delta、MB1 和 Z）、免疫蛋白酶（LMP2、LMP7 和 LMP10）、转运分子（TAP）及伴侣分子（tapasin、calnexin、calreticulin和ERp57）。他们发现在大多数的胶质母细胞瘤肿瘤干细胞（GBM-TSC）和相关的FBS肿瘤细胞系中低表达或不表达HLA-A、HLA-B、HLA-C分子和β2微球蛋白。而且，这种现象在FBS肿瘤细胞中比在CSC中多。这些结果与之前报道过的在人类多种肿瘤中MHC和APC分子表达缺失一致，表明抗原加工和表达的低效是多种来源CSCs的共同特征。
有研究表明，CD200在前列腺癌、乳腺癌、结肠癌和脑瘤来源的CSCs中显著高表达，并且CD200可与CSCs的标志物共表达。CD200是一类Ⅰα超家族成员，作为共刺激分子，与CD200受体结合后发挥抑制作用。CD200受体表达在髓系DCs、单核/巨噬细胞以及T淋巴细胞上。激活DCs上的CD200受体可引发Th2细胞因子介导的肿瘤支持反应，增强Treg活性，从而抑制肿瘤特异性效应T细胞的免疫功能。封闭CD200与CD200受体的相互作用可导致Th1活性的快速上升并减弱免疫耐受。研究发现CD133的敲除能够抑制神经胶质瘤细胞系U251的生长，降低细胞的克隆形成能力，并改变人肝细胞系Huh-7细胞周期的分布。临床研究表明CD133+CSCs的出现与胶质瘤预后差相关。Liu等在人胶质瘤细胞中分离出肿瘤细胞，发现CD133+的细胞可高表达神经前体细胞标志物，例如CD90、CD44、CXCR4、Nestin、Msi1和MELK；同样，CD133+细胞也高表达凋亡抑制基因，包括Bcl-2、Bclxl、FLIP、c-IAP2、XIAP 和 NAIP；低表达促凋亡基因 Bax。
CDl23即IL-3受体α链，在白血病干细胞（leukemia stem cells，LSC）表面高表达，通过和IL-3相互作用调节细胞增殖与分化。将抗CDl23单克隆抗体7G3靶向作用于AML-LSCs，可激活免疫缺陷的NOD/SCID小鼠的天然免疫，显著减少小鼠体内AML-LSC的植入，并提高小鼠的生存率。在体外，7G3可抑制IL-3介导的AML CD34+CD38-细胞的胞内信号转导。这些结果提示了CSC可能通过CD123介导的免疫途径逃避机体免疫监视。
CD44是一种细胞表面跨膜糖蛋白，属于黏附分子，分布广泛，主要参与细胞间及细胞与基质间的特异性粘连过程。目前CD44作为多种已知CSCs的标记物，逐渐受到人们的关注。AML干细胞为维持其增殖能力必须进入位于骨髓的壁龛（niche）中。在其向骨髓迁移的过程中，其表面的跨膜蛋白CD44起重要作用。Jin等就用CD44的单克隆抗体阻断CD44与其功能受体的结合，以阻碍AML干细胞向壁龛转移，结果大大抑制了其增殖和成瘤的能力。
Li等在神经胶质瘤干细胞中检测到高水平表达的丝氨酸蛋白酶抑制剂基因SerpinB9，而胶质瘤细胞仅表达低水平或者不表达该基因。已有研究证实SerpinB9基因能够阻止细胞毒性T淋巴细胞介导的特异性免疫杀伤，具有直接抑制细胞凋亡的作用。SerpinB9基因在神经胶质瘤干细胞中的高表达，提示SerpinB9基因可能参与CSC的增殖及免疫耐受。
因此，CSCs可能表现出独特的抗原特性，例如下调MHC-Ⅰ 类分子，TAAs相关的分化和APM分子，并利用其表面特异的分子，有效地逃避免疫监视。
肿瘤负荷宿主的免疫系统能检测到抗肿瘤免疫反应，这种免疫反应在高度免疫原性的肿瘤中，与疾病进展和抗肿瘤治疗效果显著相关。为了避免免疫系统的攻击，CSCs可能通过效应性T淋巴细胞的失活或Treg细胞的激活来诱导免疫耐受。具体机制是通过分泌免疫抑制分子，包括IL-4、IL-10和TGF-β，诱导T细胞无能从而抑制T细胞的功能。
研究者在结肠癌CD133+干样细胞中检测到了高水平的IL-4和IL-4R，并可以通过自分泌IL-4促进细胞的增长和抑制细胞死亡。曾有报道称在淋巴细胞白血病，前列腺癌和膀胱癌细胞系中，IL-4能够通过增强抗凋亡蛋白cFLIP、Bcl-xL和PED的表达而抑制细胞凋亡。除此之外，IL-4能够抑制Th1细胞的增殖和免疫应答，在B细胞、肥大细胞和巨噬细胞上也具有免疫调节效应。因此，封闭IL-4可以起到显著的生长抑制作用。CSCs可能通过IL-4自分泌上调抗凋亡蛋白的表达，从而抑制肿瘤细胞的凋亡和诱导免疫耐受。
最近研究表明，胶质瘤干细胞（GSCs）能够抑制CTL介导的特异性细胞毒性作用。GBM-CSCs 能促进CD4+T细胞的生长。除此之外，PBMCs与GBM-CSCs共培养，可分泌低水平的IFN-γ和高水平的IL-10，表达Fox-P3和CD25的细胞比例显著增加。当PB CD14+单核细胞与GBM-CSCs共培养，CD4low、CD11chigh、CD123highHLA-DR浆区DCs的一个亚群表现出促进Treg亚型和功能。因此，CSCs可以诱导高水平的Treg细胞的表达从而抑制抗肿瘤的免疫应答。在癌症患者体内Treg细胞也可能参与到抑制抗肿瘤免疫反应中。Treg细胞从血液中被募集并且选择性地聚集在肿瘤免疫微环境中，形成防御免疫应答的屏障。
TGF-β信号通路能够在乳腺癌细胞中被显著激活，TGF-β 超家族的分泌型形成素及其受体倾向于表达在CD133+的脑肿瘤细胞的CSCs和ABCB5+ MMICs。TGF-β能够负向调节细胞毒性CD8+淋巴细胞的功能。这种活性是多向性的，以Fas介导的细胞凋亡，IFN-γ分泌的下调，细胞毒性CD8+T淋巴细胞穿孔素和颗粒酶的差异表达为基础。实际上，T细胞特异性封闭TGF-β信号能够增强肿瘤细胞抗肿瘤免疫的反应。这些发现表明CSCs可能通过分泌免疫抑制分子IL-4、IL-10或TGF-β在抗原活化的T淋巴细胞中诱导无能，从而促进肿瘤免疫逃逸。而且，CSCs可能在诱导高水平Tregs的同时抑制抗肿瘤免疫反应，最终促进肿瘤生长。
CSC的免疫耐受也可能由于巨噬细胞和DCs的克隆无能获得。整合素相关蛋白CD47，是一种免疫球蛋白样蛋白。它可以通过结合巨噬细胞上的信号调节分子蛋白α的抑制性受体（SIRPα）抑制巨噬细胞的吞噬作用。在急性髓性细胞白血病中，白血病干细胞表面CD47分子高表达能够降低巨噬细胞的作用，而且可以降低固有免疫系统的免疫清除作用。CD47-SIRPα与单克隆抗体（B6H12.2或BRIC126）结合能够促进巨噬细胞对于AML-LSC的吞噬作用。除此之外，SIRPα也表达在DCs，并通过与LSCs上CD47的相互作用诱导信号传导并抑制DCs的活化。功能性失活DCs影响起始T细胞的活化并抑制适应性免疫应答。
总的来说，CSCs具有逃避自主免疫监视的功能特征，并可引起肿瘤发生和促进肿瘤生长。CSCs与自主细胞免疫生物学特征的不同表现在表型和功能的几个方面。这种差异的一种解释可能是，CSCs的分化程度远低于肿瘤细胞，这从他们表达干性相关的标志物可以看出来。CSCs低分化的状态导致表面分子（MHC-1，NKG2D）的表达减弱，这些分子对于T细胞和NK细胞抗原识别以及免疫抑制的减弱至关重要。
二、TSC相关的免疫微环境
肿瘤微环境为CSC的自我更新和维持提供了土壤，多种可分泌细胞因子、基质蛋白、间质细胞和血管构成了肿瘤干细胞生长的微环境。微环境通过激活CSCs的信号通路和诱导可溶性细胞因子的分泌从而促进CSCs的血管生成和稳定增长。局部免疫微环境的改变可导致CSCs的免疫逃逸。
全基因组学表明GREMLIN 1在基底肿瘤基质细胞中表达量显著高于正常的皮肤细胞。GREMLIN 1编码骨形态发生蛋白（BMP）拮抗剂。BMP通路的拮抗剂作为平衡扩增和分化的调节剂对干细胞和起始细胞生物学发生具有重要的作用。BMPs可引起人的干样胶质瘤起始前体细胞的显著下降，有效地抑制肿瘤的生长。作为肿瘤基质的重要成分，BMPs拮抗剂为肿瘤细胞的生长、传代和扩增提供了良好的微环境。
神经节苷脂能够和CD133+细胞外结构域上的神经节苷脂抗原相结合。神经节苷脂在肿瘤中高表达，如GM1、GM2、GM3和GD3在肿瘤患者的血清中含量很高。神经节苷脂能抑制细胞信号传导的多个环节，包括抗原的合成和表达、T细胞的增长和细胞因子的分泌（如INF-γ）。含有纯化神经节苷脂的单核细胞膜抑制了IL-1R相关激酶M（IRAK-M）的上调和配体诱导的活化。因此，在肿瘤微环境中，神经节苷脂能够诱导TLR信号的耐受，导致对固有免疫应答的迟钝耐受。
整合素介导的细胞与细胞外基质的黏附作用在细胞信号中也起着关键作用，可调节细胞的塑形、运动和细胞周期。整合素在鳞状细胞癌中的突变和上调能够通过抑制细胞分化和凋亡来实现。多种整合素受体在胰腺癌中高表达，能够激活细胞信号通路从而调节肿瘤细胞的生长和迁移，使肿瘤细胞具有逃避化疗和放疗诱导的凋亡的能力。
除此之外，多种肿瘤微环境中的可溶性的细胞因子，如金属蛋白酶（MMPs）、VEGF等，能够影响肿瘤细胞的信号转导，促进肿瘤的生长与进展。但是，这些细胞因子与CSCs相互作用的机制还有待进一步研究。
最近研究表明，基质干细胞（MSCs）在CSCs的免疫调节中起着重要的作用。MSCs可能通过分泌TGF-β介导T细胞生长抑制，阻断TGF-β通路可部分恢复T细胞的活化和生长。MSCs可以通过促进Treg细胞的生成和募集诱导对于同种抗原的耐受。在小鼠的黑色素瘤模型中，在异体鼠的受体上MSCs也能诱导Treg细胞，从而促进肿瘤的生长。因此，MSCs能够诱导免疫抑制协助CSCs免疫逃逸。另有研究表明，脑中的CSCs存在于血管壁龛中，内皮细胞分泌可溶性的分子进入此血管壁龛中参与CSCs自我更新和未分化的状态的维持。在原位脑肿瘤移植体内，增加内皮细胞或者血管的数量能够扩大CSCs的范围，加速肿瘤的发生和增长。进一步研究发现，与CD133-的肿瘤细胞相比，血管内皮细胞与Nestin+/CD133+脑肿瘤细胞结合得更紧密。微血管内皮细胞通过释放IL-3、IL-6和集落形成刺激因子能够显著促进人类自身AML的生长并抑制其凋亡。总的来说，血管内皮细胞形成微环境的壁龛可促进CSCs对肿瘤细胞发生作用。除此之外，肿瘤相关成纤维细胞分泌SDF-1，通过由SDF-1/CXCR4介导的信号途径在促进CD44+CD24-乳腺癌干细胞中发挥重要作用。
实体肿瘤中非正常血管的形成可产生缺氧区域，有利于肿瘤的生长，并与患者的预后差和治疗耐受相关。肿瘤细胞缺氧可诱导HIFs的表达，转录因子HIF对于CSCs的维持和血管生成起关键作用。除此之外，HIFs能够诱导特定基因的表达从而促进肿瘤的发生与发展。研究者发现缺氧诱导因子HIF2α和多种HIF调节基因优先表达在GSCs，而且HIF2α与CSCs的标志物在肿瘤组织中共定位。在GSCs中靶向HIFs可以抑制其自我更新，生长和生存，减弱GSCs的肿瘤起始潜能。而且，因为缺氧可调控血管的生成，所以抗血管生成药物可通过破坏CSC的血管壁龛抑制肿瘤。