癌症免疫疗法，尤其是免疫检查点阻断(ICB)，彻底改变了肿瘤学。然而，只有有限数量的患者从免疫治疗中受益，一些最初对免疫治疗有反应的癌症最终会复发和进展。因此，一些研究调查了将免疫疗法与其他疗法相结合以克服对单一疗法的耐药性。最近，多项临床前和临床研究表明，肿瘤血管系统是免疫疗法是否会引发抗肿瘤反应的决定因素。因此，血管靶向可能是改善癌症免疫治疗结果的一种有前景的策略。成功的抗肿瘤免疫反应需要完整的“癌症-免疫循环”，包括T细胞启动和激活、免疫细胞募集以及识别和杀死癌细胞。
血管生成诱导剂，尤其是血管内皮生长因子（VEGF），可以干扰T细胞的活化、浸润和功能，从而打破“癌症-免疫循环”。连同免疫刺激调节的肿瘤血管重塑，VEGF介导的免疫抑制为联合免疫疗法与抗血管生成药物治疗实体瘤提供了坚实的治疗基础。随着最近具有里程碑意义的III期临床试验取得成功之后，免疫检查点抑制剂(ICI)与抗血管生成药物相结合的疗法已成为多种实体瘤的一线治疗方法，而此类组合在其他实体瘤中的疗效仍有待正在进行的研究验证。
在这篇综述中，根据临床前和转化研究的结果讨论了抗血管生成药物和癌症免疫疗法之间的协同作用。然后，讨论了随机临床试验的最新进展。由于最近的成功，包含ICI的组合是本次审查的重点，但也讨论了包含其他免疫疗法的组合。最后，我们试图定义将ICI与抗血管生成药物结合使用的关键挑战，以促进研究界内的协调和合作。
免疫检查点是进化上保守的分子，包括但不限于程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)和程序性死亡配体1(PD-L1)，这是第一个发现的PD-1配体。它们是公认的抗肿瘤免疫抑制调节剂，在微调免疫反应中发挥重要作用。PD-1在许多免疫细胞上广泛表达，包括外周激活的T淋巴细胞、自然杀伤(NK)细胞、B淋巴细胞、单核细胞和特定的树突状细胞(DC)。除肿瘤细胞外，PD-L1还在肿瘤微环境(TME)中的多种细胞上表达，例如DC、巨噬细胞、髓源性抑制细胞(MDSC)、T细胞、内皮细胞和成纤维细胞。PD-1PD-L1复合物的结合通过细胞内信号通路抑制免疫细胞的活化，导致免疫细胞分泌抗体和细胞因子减少，T淋巴细胞耗竭，促进其凋亡，导致癌症免疫逃逸。
免疫检查点抑制剂(ICI)旨在阻断免疫检查点以“释放”强大的T细胞抗肿瘤反应。在过去十年中，纳武单抗和派姆单抗（两者都是抗PD-1单克隆抗体）等ICI的使用通过延长顽固性肿瘤患者的生存期，彻底改变了多种实体瘤的治疗。迄今为止，针对PD-1PD-L1信号通路的10种ICI已获得美国食品和药物管理局(FDA)的批准，用于治疗19种不同类型的癌症，包括组织不可知适应症。
尽管使用ICI观察到前所未有的持久反应率，但原发性耐药（癌症对ICI没有反应）和获得性耐药（癌症最初对ICI有反应，但最终复发和进展）阻止了大多数患者从治疗中受益。根据一项调查，估计高达87%的符合条件的患者对FDA批准的ICI没有反应。在一些临床试验中，一些常见癌症类型(晚期乳腺癌、前列腺癌和肝癌)对ICIs的反应频率较低。ICI耐药的一个关键原因是肿瘤操纵替代免疫抑制机制，从而逃避免疫清除。为了克服单一疗法的耐药性，一些研究人员研究了免疫疗法与其他疗法的结合。从单一疗法到联合疗法的转变是显着的，3674项正在进行的临床试验中有80%测试了评估PD-1PD-L1信号通路抑制剂的联合方案。
1971年，JudahFolkan提出了“抗血管生成”的概念，即为了临床获益而阻止血管生成。贝伐单抗是一种抗VEGF单克隆抗体，在一项具有里程碑意义的III期临床试验取得成功后，于2004年获得FDA批准用于治疗结直肠癌(CRC)。FDA已经批准了十多种靶向VEGFVEGFR轴的药物，用于治疗一系列癌症。这些药物可分为两大类：蛋白质抑制剂和多靶点受体酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)。虽然有效的抗血管生成治疗在阻止肿瘤生长方面具有公认的功效，但在某些情况下，由于代偿机制，它们无法通过单一疗法根除肿瘤。因此，抗血管生成剂与其他治疗策略相结合可能是必要的有效根除肿瘤;在这些策略中，靶向VEGFVEGFR轴已成为2020年最常见的联合治疗方式
通过与多个免疫细胞和内皮细胞上的受体结合，VEGF干扰了整个癌症免疫周期——从抗癌免疫的启动到T细胞的募集，再到识别和杀死癌细胞。VEGF限制了淋巴器官中成熟DC和幼稚T细胞的供应，因为它们可以分别抑制其祖细胞的成熟和分化。在肿瘤血管中，VEGF诱导CTL凋亡，使内皮细胞更倾向于免疫抑制细胞的肿瘤归巢。在肿瘤微环境中，VEGF通过促进抑制分子的表达，促进免疫抑制细胞的增殖和功能，抑制CTLs的细胞毒功能。
强大的抗癌免疫反应依赖于有效的癌症新抗原呈递来启动和激活幼稚T细胞。
癌症新抗原呈递的缺失和肿瘤特异性T细胞的缺失是导致癌症免疫疗法耐药的主要因素。T细胞的成功启动和激活受两个独立因素的影响：抗原呈递细胞的功能和具有肿瘤抗原特异性T细胞受体的初始T细胞的可用性。nnDCs是最有效的抗原呈递细胞，对抗肿瘤免疫的启动和放大做出了重大贡献。DCs可以分为两种功能状态，“成熟”和“未成熟”。未成熟的DC捕获TME中的抗原后，它们会移动到肿瘤引流淋巴结，并将MHCI类分子上捕获的抗原呈递给CD8+T细胞，从而引发和激活抗原特异性初始T细胞。同时，未成熟的DCs也逐渐成熟，其特点是共刺激分子表达上调，促炎细胞因子分泌增多。最早报道的抗血管生成因子的免疫抑制功能之一是肿瘤来源的VEGF抑制祖细胞DCs的成熟，这导致肿瘤引流淋巴结中癌症新抗原的呈递减少，从而有助于肿瘤逃避免疫。
与成熟DC相比，未成熟DC是更强大的Foxp3+调节性T细胞(Treg)诱导剂。最近有报道称VEGF通过VEGFR2-RhoA-fil1通路损害成熟DCs的免疫功能和迁移能力。功能失调的循环DC和成熟DC种群的减少与许多癌症中VEGF浓度升高有关，尤其是转移性恶性肿瘤。此外，据报道，VEGF可上调骨髓DC上PD-L1的表达，这可能会损害DC介导的T细胞启动和增殖。体外研究表明，通过贝伐单抗或索拉非尼抑制VEGF轴，可以恢复在VEGF存在下分化的DC的功能。因此，抗血管生成抑制剂的给药增加了淋巴结中T细胞启动和激活所必需的功能性DC。
2.抗血管生成治疗促进效应细胞浸润
免疫细胞需要正常和功能性的肿瘤血管网络才能浸润肿瘤。将肿瘤特异性T细胞有效运输到肿瘤部位并将它们浸润到肿瘤床中是对癌症免疫疗法的反应所必需的。因此，治疗前肿瘤中T细胞浸润不良通常与对癌症免疫疗法的抵抗相关。“血管生成开关”分别由抗血管生成诱导剂和抑制剂控制，例如VEGF和血小板反应蛋白-1。实体瘤内的缺氧微环境导致血管生成因子的持续产生；因此，“血管生成开关”不断被激活以满足氧气和营养需求。结果，新产生的血管不成熟和异常，并损害T细胞外渗。
T细胞排斥的一个潜在解释是内皮细胞分泌的T细胞趋化因子的下调，例如CXCL10和CXCL11。效应细胞无法穿透实体肿瘤的另一个原因可能是功能失调的肿瘤内皮的粘附分子下调。T细胞浸润依赖于粘附分子，如细胞内粘附分子1(ICAM1)、血管粘附分子1(VCAM1)和CD34。体内研究表明，VEGF损害白细胞-血管壁相互作用;这一机制涉及VEGF诱导的肿瘤坏死因子α(TNF-α)介导的内皮上ICAM1和VCAM1表达的下调。在人类癌症中，内皮细胞CD34的表达也被VEGF下调。在CRC和黑色素瘤小鼠模型中，抗血管生成药物治疗通过增加粘附分子ICAM-1和VCAM-1的表达，促进白细胞-血管壁相互作用，从而增加白细胞浸润。总之，VEGF诱导的功能失调的肿瘤血管系统会干扰T细胞的运输和浸润，并且是癌症免疫治疗的关键障碍。
3.抗血管生成治疗减少免疫抑制
临床前研究表明，VEGF通过上调多种免疫检查点分子的产生来促进CTL耗竭，包括PD-1、CTLA-4、LAG3、TIM3。在其他临床前研究中，据报道VEGF通过抑制CTL的增殖和细胞毒性功能来抑制它们的功能。在CRC小鼠模型中，抗VEGF治疗逆转了与T细胞耗竭相关的抑制分子PD-1、CTLA-4、LAG3和TIM3的表达。在肾细胞癌(RCC)小鼠模型中，贝伐单抗单药治疗增加了瘤内CTL的数量并上调了肿瘤细胞上MHCI类分子的表达。
与抑制效应T细胞发育相反，VEGF与Treg细胞上的VEGFR2结合会诱导它们的增殖。事实上，在CRC患者中，VEGF与VEGFR2结合与血液中更多的Treg细胞相关，并且靶向VEGFVEGFR2轴减少了外周Treg细胞数量。此外，消除VEGFR2对T细胞的影响显着抑制了Treg细胞向实体瘤的浸润。
MDSCs是一种成熟的免疫抑制细胞，VEGF促进MDSCs的扩增，其机制涉及信号转导和转录激活因子3（STAT3）的激活。与这一发现一致，临床前研究表明，贝伐单抗减少了RCC小鼠模型中MDSC的数量。在RCC患者中，新辅助舒尼替尼增加了肿瘤浸润淋巴细胞，这与肿瘤内MDSC的减少有关。另一项研究报告称，舒尼替尼减少了RCC小鼠模型中的瘤内MDSC和RCC患者中的循环MDSC。
异常的肿瘤血管会减少血流量，影响治疗药物的输送，使缺氧恶化，并干扰免疫细胞（尤其是CD8+T细胞）向实体瘤的募集。因此，改善肿瘤血管功能，即称为“血管正常化”的事件，有可能增强治疗剂和逆转免疫抑制性TME的递送和功效。JaRK于2001年提出了“血管正常化”的概念。从那时起，一系列临床前和临床研究报告称，明智地使用抗血管生成药物可以使肿瘤血管正常化并改善其功能。尽管血管正常化反应减轻了免疫抑制，但对其调节知之甚少。2017年，田等人报道称，ICIs可导致肿瘤血管系统的重塑。在他们的研究中，PD-1和CTLA-4阻断剂改善了血管灌注，降低了肿瘤血管密度，并缓解了TME中的缺氧；这些是肿瘤血管正常化的标志。
迄今为止，效应T细胞在检查点阻断设置中使肿瘤血管系统正常化的确切作用仍然未知。然而，上述研究有力地表明，被ICIs激活的CD4+和CD8+T细胞可以产生和分泌IFNγ，后者与周细胞和内皮细胞上的IFNγ受体相互作用，最终使肿瘤血管正常化。血管重塑和免疫刺激之间的这种交织关系为将血管靶向治疗与免疫治疗相结合提供了新的理论基础。
临床前研究评估癌症免疫疗法和抗血管生成药物的组合显示出有前景的结果。例如，在结肠癌小鼠模型中，抗PD-1单克隆抗体和舒尼替尼治疗减少了瘤内PD-1+CD8+T细胞的数量。与抗VEGF单药治疗或抗PD-1单药治疗相比，抗VEGF和抗PD-1组合显示出显着的抗肿瘤功效，揭示了这种组合的疗效。基于血管正常化和癌症免疫治疗之间的相互调节，我们提出了一个免疫刺激血管调节循环来解释抗血管生成药物和癌症免疫治疗之间的协同作用。一方面，抗血管生成剂促进血管重塑并缓解TME中的免疫抑制。正常化的血管促进效应免疫细胞的浸润并改善其功能，导致肿瘤消退。另一方面，免疫疗法激活效应T细胞，进而通过IFNγ介导的血管重塑促进肿瘤血管系统的重塑。免疫刺激和肿瘤血管重塑之间的这种反馈循环会增强自身，最终导致增强的肿瘤消退。