腫瘤微環境研究是癌症免疫學和精準醫學的核心。Douglas Hanahan 與 Robert Weinberg 在 2011 年更新的 Hallmarks of Cancer 中將「腫瘤促進發炎」「逃避免疫摧毀」列為核心 hallmarks，2022 年版本進一步加入「多型性微生物組」為新興 hallmark。
細胞組成的單細胞解析
單細胞 RNA-seq（scRNA-seq）和空間轉錄組（spatial transcriptomics）革新了 TME 理解：
CAFs 異質性：
- myCAFs（myofibroblast-like）：α-SMA+、collagen 分泌為主、TGF-β 驅動、空間靠近腫瘤
- iCAFs（inflammatory）：IL-6、CXCL1/2/12 分泌、促 MDSC 招募、遠離腫瘤
- apCAFs（antigen-presenting）：MHC II+ 可提呈抗原給 CD4+ T（Elyada et al., 2019, Cancer Discovery）
- 譜系追蹤顯示 CAFs 起源多樣（tissue-resident fibroblast、stellate cells、MSCs、EMT）
TAMs 極化譜系：M1/M2 二元分類過於簡化。scRNA-seq 顯示 TAM 為連續譜系，包括 FOLR2+ 組織駐留型（Ramos et al., 2022, Cell）、SPP1+ 侵襲性、C1Q+ 抗原提呈型、LAM（lipid-associated macrophages）等亞群。
T 細胞耗竭（Exhaustion）：慢性抗原暴露使 CD8+ T 細胞進入耗竭狀態——表面高表現 PD-1、LAG-3、TIM-3、TIGIT，細胞因子產量下降，細胞毒性降低。progenitor exhausted（TCF1+）vs terminally exhausted（TCF1-）區分關鍵——PD-1 阻斷主要透過 progenitor pool 擴增產生療效（Miller et al., 2019, Nat Immunol；Siddiqui et al., 2019, Immunity）。
TCR 庫、clonality 與 neoantigen：TCR-seq 研究顯示治療反應性腫瘤有特定 clone 擴增，neoantigen 特異性 T 細胞是 ICI 反應的關鍵 predictive biomarker（TMB、MSI、SMARCB1 失活等）。
細胞外基質與物理屏障
CAFs 分泌並重塑 ECM，LOX（lysyl oxidase）催化 collagen 交聯形成「desmoplastic」基質——胰腺癌是極端例（ECM 佔腫瘤體積 80%）。此物理屏障阻礙 T 細胞滲透與藥物遞送。基質靶向策略：
- PEGPH20（hyaluronidase）分解透明質酸——Phase III HALO-301 胰腺癌未達主要 endpoint
- FAP-targeted CAR-T、FAP-targeted radionuclide therapy
- LOX 抑制劑（simtuzumab）早期試驗失敗
血管異常與正常化假說
腫瘤血管因 VEGF 過表達與 pericyte 覆蓋不足而結構異常——漏血、彎曲、低血流、缺氧。Rakesh Jain 1971 提出血管正常化假說：低劑量抗 VEGF 治療暫時恢復血管結構、改善灌流與免疫細胞滲透、增強化療/免疫治療遞送（Jain, 2014, Cancer Cell）。這解釋為何 bevacizumab + 化療合併有效，也啟發 anti-VEGF + anti-PD-1 組合（atezolizumab + bevacizumab 肝癌 FDA 核准）。
代謝微環境
TME 是代謝戰場：
- 低氧（hypoxia）：HIF-1α 穩定，驅動血管新生、glycolysis、EMT、幹細胞性
- 低糖：癌細胞糖攝取消耗，T 細胞需糖求效應功能——代謝競爭
- 酸化：lactate 累積 pH 6.5-6.9，抑制 T 細胞細胞毒性、促 Treg
- 腺苷（adenosine）：CD39/CD73 分解細胞外 ATP→腺苷→A2A 受體抑制 T 細胞；CD73/A2A 抑制劑為新興標的
- IDO：吲哚胺 2,3-雙加氧酶耗竭色胺酸、產生 kynurenine 抑制 T 細胞（epacadostat IDO 抑制劑 Phase III 失敗引發反思）
- 氨基酸競爭：arginine（MDSC 的 ARG1 耗竭）、glutamine
免疫檢查點療法的革命與限制
PD-1/PD-L1：PD-1 在活化 T 細胞表面，PD-L1 在腫瘤與 APC 表面；PD-1 結合 PD-L1 → SHP2 招募 → TCR/CD28 訊號抑制。nivolumab、pembrolizumab、atezolizumab、durvalumab、cemiplimab 等 FDA 核准多癌種。
CTLA-4：T 細胞活化早期與 CD28 競爭 B7；Treg 也高表達。ipilimumab（2011 FDA 核准，首個 ICI）治療黑色素瘤。nivolumab + ipilimumab 組合療效更好但毒性增加。
其他標的：LAG-3（relatlimab 與 nivolumab 合併 FDA 2022 核准）、TIGIT、TIM-3、VISTA、CD73/A2A、CD47（macrophage checkpoint, don't-eat-me signal）。
ICI 反應 biomarkers：TMB（tumor mutational burden）、MSI-high、PD-L1 expression（22C3、28-8 IHC）、IFN-γ gene signature、intratumoral CD8 density。僅 20-40% 患者反應，約 5-15% 有 durable response。
熱腫瘤 vs 冷腫瘤
- 熱腫瘤（inflamed）：T 細胞浸潤、IFN-γ signature、PD-L1 高表現——ICI 反應好
- 排除型（excluded）：T 細胞在 stroma 邊緣，無法進入腫瘤——物理/化學屏障
- 冷腫瘤（desert）：極少 T 細胞浸潤——需先誘發免疫原性死亡（放療、化療、oncolytic virus）
新一代療法
- CAR-T 對抗實體瘤：TME 抑制是主要障礙；armored CAR（分泌 IL-12、IL-18）、dominant-negative TGF-βR、CAR 靶向 TME（FAP、MUC16）
- 腫瘤疫苗 + ICI：個體化 neoantigen 疫苗（Moderna mRNA-4157 黑色素瘤 Phase IIb 顯著）
- 微生物組調節：腸道微生物組（Akkermansia muciniphila、Bifidobacterium）影響 ICI 反應；FMT 試驗中
- 細胞治療：TIL 治療（lifileucel 黑色素瘤 FDA 2024 核准）、TCR-engineered T
空間組織學新時代
多重免疫螢光（mIF）、空間轉錄組（Visium、MERFISH、CosMx）、IMC 描繪 TME 空間結構。細胞 neighborhood 分析揭示：CD8+ T 細胞與 MHC-I high 癌細胞空間共定位與預後相關；Treg-TAM clusters 構成免疫抑制 niche。