Микроокружение опухоли: систематический обзор

  • Алеся Валерьевна Величко Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет; Белорусский государственный медицинский университет, НИИ экспериментальной и клинической медицины
  • Дарья Борисовна Нижегородова Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет; Белорусский государственный медицинский университет, НИИ экспериментальной и клинической медицины
  • Елизавета Максимовна Назаренко Белорусский государственный медицинский университет, НИИ экспериментальной и клинической медицины
  • Богдан Андреевич Музыченко Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет
  • Марина Михайловна Зафранская Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет$ Белорусский государственный медицинский университет, НИИ экспериментальной и клинической медицины

Аннотация

Рост и прогрессирование новообразований – многостадийный процесс, опосредованный взаимодействиями между опухолевыми клетками и окружающей их стромой, включающие различные типы (фибробласты, эндотелиальные клетки, иммунные клетки), бесклеточные компоненты (цитокины, внеклеточные везикулы и внеклеточный матрикс), кровеносные и лимфатические сосуды, которые формируют микроокружение опухоли (TME – англ. Tumor microenvironment). Во время прогрессирования новообразований опухолевые клетки могут уклоняться от иммунного ответа посредством подавления или потери опухолевых антигенов, высвобождения иммуносупрессивных внеклеточных везикул, включая экзосомы, секреции различных цитокинов, хемокинов и других факторов, а также начинают перепрограммировать и ремоделировать окружающую строму. Наиболее актуальными направлениями изучения TME выступают клетки и молекулы врожденного и приобретенного иммунитета, которые по причине высокой гетерогенности и пластичности проявляют как супрессивную, так и стимулирующую активность в отношении опухолевых клеток. Особое внимание уделяется иммунным контрольным точкам, опухолевой микробиоте, компонентам межклеточного взаимодействия, а также иммунотерапии опухолевых заболеваний.
В данной работе проведен систематический обзор научных публикаций базы данных PubMed, посвященных изучению TME, опубликованных с 2019 по 2024 гг. В ходе систематического обзора изучено 2547 источников, из которых в процессе скрининга отобрано 68 статей, включенных в исследование. Поисковые запросы и ключевые фразы содержали «микроокружение опухоли», «иммунные клетки», «опухоль», «онкогенез», «метастазирование».
Сформированная группа научных статей позволит более детально изучить клеточный и молекулярный состав опухолевого микроокружения, а также основные мишени для разработки новых методов диагностики и терапии злокачественных новообразований с вовлечением TME.

Биографии авторов

Алеся Валерьевна Величко, Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет; Белорусский государственный медицинский университет, НИИ экспериментальной и клинической медицины

аспирант кафедры иммунологии; младший научный сотрудник отдела иммунологии и биомедицинских технологий научно-исследовательской лаборатории.

Дарья Борисовна Нижегородова, Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет; Белорусский государственный медицинский университет, НИИ экспериментальной и клинической медицины

кандидат биологических наук, доцент; доцент кафедры иммунологии; ведущий научный сотрудник отдела иммунологии и биомедицинских технологий научно-исследовательской лаборатории.

Елизавета Максимовна Назаренко, Белорусский государственный медицинский университет, НИИ экспериментальной и клинической медицины

младший научный сотрудник отдела иммунологии и биомедицинских технологий научно-исследовательской лаборатории.

Богдан Андреевич Музыченко, Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет

преподаватель кафедры иммунологии.

Марина Михайловна Зафранская, Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет$ Белорусский государственный медицинский университет, НИИ экспериментальной и клинической медицины

доктор медицинских наук, профессор; заведующий кафедрой иммунологии; главный научный сотрудник отдела иммунологии и биомедицинских технологий научно-исследовательской лаборатории.

Литература

  1. Laumont C.M., Nelson B.H. B cells in the tumor microenvironment: Multi-faceted organizers, regulators, and effectors of anti-tumor immunity. Cancer Cell. 2023. Vol. 41, No. 3. P. 466–489. DOI: 10.1016/j.ccell.2023.02.017.
  2. Terren I., Orrantia A., Vitalle J. NK Cell Metabolism and Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2019. Vol. 10. P. 1–9. DOI: 10.3389/fimmu.2019.02278.
  3. Ben-Shmuel A., Biber G., Barda-Saad M. Unleashing Natural Killer Cells in the Tumor Microenvironment-The Next Generation of Immunotherapy? Front Immunol. 2020. Vol. 11. P. 1–23. DOI: 10.3389/fimmu.2020.00275.
  4. Zheng Z., Wieder T., Mauerer B. T Cells in Colorectal Cancer: Unravelling the Function of Different T Cell Subsets in the Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, No. 14. P. 1–35. DOI: 10.3390/ijms241411673.
  5. Li C., Jiang P., Wei S. Regulatory T cells in tumor microenvironment: new mechanisms, potential therapeutic strategies and future prospects. Mol Cancer. 2020. Vol. 19, No. 1. P. 1–23. DOI: 10.1186/s12943-020-01234-1.
  6. Yan Y., Huang L., Liu Y. Metabolic profiles of regulatory T cells and their adaptations to the tumor microenvironment: implications for antitumor immunity. J Hematol Oncol. 2022. Vol. 15, No. 1. P. 1–20. DOI: 10.1186/s13045-022-01322-3.
  7. Itahashi K., Irie T., Nishikawa H. Regulatory T-cell development in the tumor microenvironment. Eur J Immunol. 2022. Vol. 52, No. 8. P. 1216–1227. DOI: 10.1002/eji.202149358.
  8. McFarlane A.J., Fercoq F., Coffelt S.B. Neutrophil dynamics in the tumor microenvironment. J Clin Invest. 2021. Vol. 131, No. 6. P. 1–10. DOI: 10.1172/JCI143759.
  9. Wu L., Saxena S., Singh R.K. Neutrophils in the Tumor Microenvironment. Adv Exp Med Biol. 2020. Vol. 1224. P. 1–20. DOI: 10.1007/978-3-030-35723-8_1.
  10. Awasthi D., Sarode A. Neutrophils at the Crossroads: Unraveling the Multifaceted Role in the Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2024. Vol. 25, No. 5. P. 1–22. DOI: 10.3390/ijms25052929.
  11. Jeong J., Suh Y., Jung K. Context Drives Diversification of Monocytes and Neutrophils in Orchestrating the Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2019. Vol. 10. P. 1–20. DOI: 10.3389/fimmu.2019.01817.
  12. Messex J.K., Byrd C.J., Liou G.Y. Signaling of Macrophages that Contours the Tumor Microenvironment for Promoting Cancer Development. Cells. 2020. Vol. 9, No. 4. P. 1–15. DOI: 10.3390/cells9040919.
  13. Chen D., Zhang X., Li Z. Metabolic regulatory crosstalk between tumor microenvironment and tumor-associated macrophages. Theranostics. 2021. Vol. 11, No. 3. P. 1016–1030. DOI: 10.7150/thno.51777.
  14. Boutilier A.J., Elsawa S.F. Macrophage Polarization States in the Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, No. 13. P. 1–21. DOI: 10.3390/ijms22136995.
  15. Wang H., Yung M.H., Ngan H.S. The Impact of the Tumor Microenvironment on Macrophage Polarization in Cancer Metastatic Progression. Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, No. 12. P. 1–19. DOI: 10.3390/ijms22126560.
  16. Hinshaw D.C., Shevde L.A. The Tumor Microenvironment Innately Modulates Cancer Progression. Cancer Res. 2019. Vol. 79, No. 18. P. 4557–4566. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-18-3962.
  17. Haas L., Obenauf A.C. Allies or Enemies-The Multifaceted Role of Myeloid Cells in the Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2019. Vol. 10. P. 1–11. DOI: 10.3389/fimmu.2019.02746.
  18. Patwardhan M.V., Mahendran R. The Bladder Tumor Microenvironment Components That Modulate the Tumor and Impact Therapy. Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, No. 15. P. 1–24. DOI: 10.3390/ijms241512311.
  19. Frisbie L., Buckanovich R.J., Coffman L. Carcinoma-Associated Mesenchymal Stem/Stromal Cells: Architects of the Pro-tumorigenic Tumor Microenvironment. Stem Cells. 2022. Vol. 40, No. 8. P. 705–715. DOI: 10.1093/stmcls/sxac036.
  20. Barthel L., Hadamitzky M., Dammann P. Glioma: molecular signature and crossroads with tumor microenvironment. Cancer Metastasis Rev. 2022. Vol. 41, No. 1. P. 53–75. DOI: 10.1007/s10555-021-09997-9.
  21. Habanjar O., Bingula R., Decombat C. Crosstalk of Inflammatory Cytokines within the Breast Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, No. 4. P. 1–40. DOI: 10.3390/ijms24044002.
  22. Niland S., Riscanevo A.X., Eble J.A. Matrix Metalloproteinases Shape the Tumor Microenvironment in Cancer Progression. Int J Mol Sci. 2021. Vol. 23, No. 1. P. 146. DOI: 10.3390/ijms23010146.
  23. Waldner M.J., Neurath M.F. TGFβ and the Tumor Microenvironment in Colorectal Cancer. Cells. 2023. Vol. 12, No. 8. P. 1–14. DOI: 10.3390/cells12081139.
  24. Liu K., Huang A., Nie J. IL-35 Regulates the Function of Immune Cells in Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2021. Vol. 12. P. 1–10. DOI: 10.3389/fimmu.2021.683332.
  25. Ene C.V., Nicolae I., Geavlete B. IL-6 Signaling Link between Inflammatory Tumor Microenvironment and Prostatic Tumorigenesis. Anal Cell Pathol. 2022. Vol. 2022. P. 1–10. DOI: 10.1155/2022/5980387.
  26. Codrici E., Popescu I.D., Tanase C. Friends with Benefits: Chemokines, Glioblastoma-Associated Microglia/Macrophages, and Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2022. Vol. 23, No. 5. P. 1–36. DOI: 10.3390/ijms23052509.
  27. Kadomoto S., Izumi K., Mizokami A. Roles of CCL2-CCR2 Axis in the Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, No. 16. P. 1–15. DOI: 10.3390/ijms22168530.
  28. Bule P., Aguiar S.I., Aires-Da-Silva F. Chemokine-Directed Tumor Microenvironment Modulation in Cancer Immunotherapy. Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, No. 18. P. 1–25. DOI: 10.3390/ijms22189804.
  29. Knipper K., Lyu S.I., Quaas A. Cancer-Associated Fibroblast Heterogeneity and Its Influence on the Extracellular Matrix and the Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, No. 17. P. 1–21. DOI: 10.3390/ijms241713482.
  30. Karagiannidis I., Salataj E., Said Abu Egal E. G-CSF in tumors: Aggressiveness, tumor microenvironment and immune cell regulation. Cytokine. 2021. Vol. 142. P. 1–15. DOI: 10.1016/j.cyto.2021.155479.
  31. Osipov A., Saung M.T., Zheng L. Small molecule immunomodulation: the tumor microenvironment and overcoming immune escape. J Immunother Cancer. 2019. Vol. 7, No. 1. P. 1–12. DOI: 10.1186/s40425-019-0667-0.
  32. SenGupta S., Hein L.E., Parent C.A. The Recruitment of Neutrophils to the Tumor Microenvironment Is Regulated by Multiple Mediators. Front Immunol. 2021. Vol. 12. P. 1–10. DOI: 10.3389/fimmu.2021.734188.
  33. Jiang Z., Zhou J., Li L. Pericytes in the tumor microenvironment. Cancer Lett. 2023. Vol. 556. P. 1–21. DOI: 10.1016/j.canlet.2023.216074.
  34. Arneth B. Tumor Microenvironment. Medicina. 2019. Vol. 56, No. 1. P. 1–15. DOI: 10.3390/medicina56010015.
  35. Almeida-Nunes D.L., Mendes-Frias A., Silvestre R. Immune Tumor Microenvironment in Ovarian Cancer Ascites. Int J Mol Sci. 2022. Vol. 23, No. 18. P. 1–23. DOI: 10.3390/ijms231810692.
  36. Ducimetiee L., Vermeer M., Tugues S. The Interplay Between Innate Lymphoid Cells and the Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2019. Vol. 10. P. 1–11. DOI: 10.3389/fimmu.2019.02895.
  37. Rossi G.R., Trindade E.S., Souza-Fonseca-Guimaraes F. Tumor Microenvironment-Associated Extracellular Matrix Components Regulate NK Cell Function. Front Immunol. 2020. Vol. 11. P. 1–10. DOI: 10.3389/fimmu.2020.00073.
  38. Mun J.Y., Leem S.H., Lee J.H. Dual Relationship Between Stromal Cells and Immune Cells in the Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2022. Vol. 13. P. 1–15. DOI: 10.3389/fimmu.2022.864739.
  39. Sato A., Rahman N.A., Shimizu A. Cell-to-cell contact-mediated regulation of tumor behavior in the tumor microenvironment. Cancer Sci. 2021. Vol. 112, No. 10. P. 4005–4012. DOI: 10.1111/cas.15114.
  40. Wei R., Liu S., Zhang S. Cellular and Extracellular Components in Tumor Microenvironment and Their Application in Early Diagnosis of Cancers. Anal Cell Pathol. 2020. Vol. 2020. P. 1–13. DOI: 10.1155/2020/6283796.
  41. Yi M., Niu M., Xu L. Regulation of PD-L1 expression in the tumor microenvironment. J Hematol Oncol. 2021. Vol. 14, No. 1. P. 1–10. DOI: 10.1186/s13045-020-01027-5.
  42. Simiczyjew A., Dratkiewicz E., Mazurkiewicz J. The Influence of Tumor Microenvironment on Immune Escape of Melanoma. Int J Mol Sci. 2020. Vol. 21, No. 21. P. 1–28. DOI: 10.3390/ijms21218359.
  43. Capitani N., Patrussi L., Baldari C.T. The Two Opposing Behaviors of Cytotoxic T Lymphocytes in the Tumor Microenvironment. International Journal of Molecular Sciences. 2021. Vol. 22, No. 20. P. 1–20. DOI: 10.3390/ijms222011221.
  44. Deng R., Zheng H., Cai H. Effects of helicobacter pylori on tumor microenvironment and immunotherapy responses. Front Immunol. 2022. Vol. 13. P. 1–15. DOI: 10.3389/fimmu.2022.923477.
  45. Wong-Rolle A., Wei H.K., Zhao C. Unexpected guests in the tumor microenvironment: microbiome in cancer. Protein Cell. 2021. Vol. 12, No. 5. P. 426–435. DOI: 10.1007/s13238-020-00813-8.
  46. Jiang T., Yang T., Chen Y. Emulating interactions between microorganisms and tumor microenvironment to develop cancer theranostics. Theranostics. 2022. Vol. 12, No. 6. P. 2833–2859. DOI: 10.7150/thno.70719.
  47. Genova C., Dellepiane C., Carrega P. Therapeutic Implications of Tumor Microenvironment in Lung Cancer: Focus on Immune Checkpoint Blockade. Front Immunol. 2022. Vol. 12. P. 1–22. DOI: 10.3389/fimmu.2021.799455.
  48. Liu G., Rui W., Zhao X. Enhancing CAR-T cell efficacy in solid tumors by targeting the tumor microenvironment. Cell Mol Immunol. 2021. Vol. 18, No. 5. P. 1085–1095. DOI: 10.1038/s41423-021-00655-2.
  49. Wang Q., Shao X., Zhang Y. Role of tumor microenvironment in cancer progression and therapeutic strategy. Cancer Med. 2023. Vol. 12, No. 10. P. 11149–11165. DOI: 10.1002/cam4.5698.
  50. Petitprez F., Meylan M., de ReyniEs A. The Tumor Microenvironment in the Response to Immune Checkpoint Blockade Therapies. Front Immunol. 2020. Vol. 11. P. 1–11. DOI: 10.3389/fimmu.2020.00784.
  51. Liu Y., Li C., Lu Y. Tumor microenvironment-mediated immune tolerance in development and treatment of gastric cancer. Front Immunol. 2022. Vol. 13. P. 1–17. DOI: 10.3389/fimmu.2022.1016817.
  52. Lu C., Rong D., Zhang B. Current perspectives on the immunosuppressive tumor microenvironment in hepatocellular carcinoma: challenges and opportunities. Mol Cancer. 2019. Vol. 18, No. 1. P. 1–12. DOI: 10.1186/s12943-019-1047-6.
  53. Byrne K.T., Neoadjuvant Selicrelumab, an Agonist CD40 Antibody, Induces Changes in the Tumor Microenvironment in Patients with Resectable Pancreatic Cancer. Clin Cancer Res. 2021. Vol. 27, No. 16. P. 4574–4586. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-21-1047.
  54. Jedlicka M., Feglarova T., Janstova L. Lactate from the tumor microenvironment - A key obstacle in NK cell-based immunotherapies. Front Immunol. 2022. Vol. 13. P. 1–9. DOI: 10.3389/fimmu.2022.932055.
  55. Jia H., Yang H., Xiong H. NK cell exhaustion in the tumor microenvironment. Front Immunol. 2023. Vol. 14. P. 1–8. DOI: 10.3389/fimmu.2023.1303605.
  56. Madeddu C., Donisi C., Liscia N. EGFR-Mutated Non-Small Cell Lung Cancer and Resistance to Immunotherapy: Role of the Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2022. Vol. 23, No. 12. P. 1–16. DOI: 10.3390/ijms23126489.
  57. Zhang Z., Li X., Wang Y. Involvement of inflammasomes in tumor microenvironment and tumor therapies. J Hematol Oncol. 2023. Vol. 16, No. 1. P. 1–24. DOI: 10.1186/s13045-023-01407-7.
  58. Zhao Y., Guo S., Deng J. VEGF/VEGFR-Targeted Therapy and Immunotherapy in Non-small Cell Lung Cancer: Targeting the Tumor Microenvironment. Int J Biol Sci. 2022. Vol. 18, No. 9. P. 3845–3858. DOI: 10.7150/ijbs.70958.
  59. Peng X., He Y., Huang J. Metabolism of Dendritic Cells in Tumor Microenvironment: For Immunotherapy. Front Immunol. 2021. Vol. 12. P. 1–16. DOI: 10.3389/fimmu.2021.613492.
  60. Garris C.S., Luke J.J. Dendritic Cells, the T-cell-inflamed Tumor Microenvironment, and Immunotherapy Treatment Response. Clin Cancer Res. 2020. Vol. 26, No. 15. P. 3901–3907. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-19-1321.
  61. Jang H., Kim E.H., Chi S.G. Nanoparticles Targeting Innate Immune Cells in Tumor Microenvironment. Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, No. 18. P. 1–20. DOI: 10.3390/ijms221810009.
  62. Raju G.R., Pavitra E., Varaprasad G.L. Nanoparticles mediated tumor microenvironment modulation: current advances and applications. J Nanobiotechnology. 2022. Vol. 20, No. 1. P. 1–20. DOI: 10.1186/s12951-022-01476-9.
  63. Ghaffari S., Rezaei N. Eosinophils in the tumor microenvironment: implications for cancer immunotherapy. J Transl Med. 2023. Vol. 21, No. 1. P. 1–23. DOI:10.1186/s12967-023-04418-7.
  64. Grisaru-Tal S., Rothenberg M.E., Munitz A. Eosinophil-lymphocyte interactions in the tumor microenvironment and cancer immunotherapy. Nat Immunol. 2022. Vol. 23, No. 9. P. 1309–1316. DOI: 10.1038/s41590-022-01291-2.
  65. Xu Y., Li W., Lin S. Fibroblast diversity and plasticity in the tumor microenvironment: roles in immunity and relevant therapies. Cell Commun Signal. 2023. Vol. 21, No. 1. P. 1–19. DOI: 10.1186/s12964-023-01204-2.
  66. Shen K.Y., Zhu Y., Xie S.Z. Immunosuppressive tumor microenvironment and immunotherapy of hepatocellular carcinoma: current status and prospectives. J Hematol Oncol. 2024. Vol. 17, No. 1. P. 1–25. DOI: 10.1186/s13045-024-01549-2.
  67. Johnson A., Townsend M., Neill K. Tumor Microenvironment Immunosuppression: A Roadblock to CAR T-Cell Advancement in Solid Tumors. Cells. 2022. Vol. 11, No. 22. P. 1–19. DOI: 10.3390/cells11223626.
  68. Liu S., Wang W., Hu S. Radiotherapy remodels the tumor microenvironment for enhancing immunotherapeutic sensitivity. Cell Death Dis. 2023. Vol. 14, No. 10. P. 1–16. DOI: 10.1038/s41419-023-06211-2.
Опубликован
2025-01-09
Ключевые слова: микроокружение, опухоль, иммунные клетки, иммунологические контрольные точки, микробиота, терапия
Как цитировать
Величко, А., Нижегородова, Д., Назаренко, Е., Музыченко, Б., & Зафранская, М. (2025). Микроокружение опухоли: систематический обзор. Журнал Белорусского государственного университета. Экология, 4, 85-98. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/ecology/article/view/6604
Выпуск
№ 4 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Экология
Раздел
Медицинская экология