Cancer Cell：張澤民/武愛文團隊揭示腫瘤微環(huán)境中多種細胞類型在免疫治療中的協(xié)同演化規(guī)律

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來源：生物世界

2024-07-10

研究動態(tài)追蹤了結直腸癌患者在免疫治療下原位癌灶及外周系統(tǒng)的時空變化，通過系統(tǒng)性鑒定“細胞程序”揭示了腫瘤微環(huán)境中多種細胞類型在免疫治療過程中的協(xié)同演化規(guī)律，進一步解析了外周免疫系統(tǒng)對免疫治療療效的關鍵作用，建立了基線水平外周CD8+T細胞的激活狀態(tài)與患者療效的關聯(lián)，為理解免疫治療響應差異提供了新的視角。

近年來，免疫檢查點阻斷（ICB）療法在癌癥治療領域取得了令人矚目的成果。其治療過程可激起以T細胞為核心代表的抗腫瘤反應，這一過程還伴隨著腫瘤微環(huán)境（TME）的重塑和全身系統(tǒng)免疫的改變。

然而，在結直腸癌（CRC）中，這種治療手段只在部分患者中有效，且其作用的細胞和分子機制尚不完全清楚。因此，深入理解腫瘤微環(huán)境中細胞和分子的動態(tài)變化是進一步優(yōu)化現有治療策略的重要基礎。

2024年7月8日，北大-清華生命科學聯(lián)合中心、北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）張澤民課題組聯(lián)合北大腫瘤醫(yī)院武愛文課題組，在 Cancer Cell 期刊發(fā)表了題為：Spatiotemporal single-cell analysis decodes cellular dynamics underlying different responses to immunotherapy in Colorectal Cancer 的研究論文。

該研究動態(tài)追蹤了結直腸癌患者在免疫治療下原位癌灶及外周系統(tǒng)的時空變化，通過系統(tǒng)性鑒定“細胞程序”揭示了腫瘤微環(huán)境中多種細胞類型在免疫治療過程中的協(xié)同演化規(guī)律，進一步解析了外周免疫系統(tǒng)對免疫治療療效的關鍵作用，建立了基線水平外周CD8⁺T細胞的激活狀態(tài)與患者療效的關聯(lián)，為理解免疫治療響應差異提供了新的視角。

Spatiotemporal single-cell analysis decodes cellular dynamics underlying different responses to immunotherapy in Colorectal Cancer 研究論文

研究團隊對22名接受新輔助PD-1阻斷治療的結直腸癌（CRC）患者進行了持續(xù)追蹤，通過連續(xù)多點采樣，收集了共169例外周血、腫瘤和鄰近正常組織樣本，進而利用單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）和單細胞TCR測序（scTCR-seq）技術，詳細刻畫了免疫治療下動態(tài)的結直腸癌免疫圖譜（圖1）。

圖1：研究實驗設計與技術框架

通過對治療過程中TME細胞的行為模式進行分解，研究鑒定出TME中與免疫治療響應程度密切相關的三個協(xié)同變化的細胞程序：三級淋巴結構程序（TLS-like program）、腫瘤富集程序（Tumor-enriched program），以及組織重構程序（Tissue-reconstruction program）（圖2）。伴隨治療過程，兩組響應患者中皆顯示出三級淋巴結構相關的信號增強。此外，完全響應者中組織重構程序信號增強，提示逐漸趨于正?；慕M織結構。而部分響應者顯示出逐漸增強的腫瘤富集相關信號，反應出治療引起的抗腫瘤免疫激活。

其中，研究團隊關注到耗竭T細胞在細胞程序中的突出作用，并通過TCR追蹤的方式鑒定出腫瘤特異性CD8⁺T細胞群體（Ttr-like cells）。在基線水平該類群豐度更高的患者普遍顯示出在免疫治療后更優(yōu)的療效。通過對這一細胞類群亞型的進一步刻畫，研究者觀察到在治療后，完全響應的患者中終末耗竭亞群（T_ext）豐度降低，轉而積累了更多具有前體特征亞群（T_exp），而部分響應患者中則仍能觀察到大量T_ext （圖2），提示PD-1阻斷治療在不同程度響應患者中對Ttr-like細胞耗竭過程的阻斷效果存在差別。

除此之外，研究團隊還關注到外周循環(huán)在免疫治療過程中的參與。通過與外周循環(huán)中T細胞的克隆共享分析，研究者區(qū)分出Ttr-like類群中潛在的新浸潤入腫瘤組織的亞群（blood-associated Ttr-like cells）。這些細胞表型上尚未完全耗竭，且在不同響應組間的豐度存在顯著差異（圖2），提示它們可能參與了TME中的抗腫瘤反應，并在免疫治療中發(fā)揮了重要作用。

考慮到系統(tǒng)免疫與TME在免疫治療下的緊密關聯(lián)，研究者進一步對外周血中富集的Ttr-like細胞亞群進行了差異表達分析，在循環(huán)CD8⁺T細胞中鑒定出一組與MHC II相關的基因指標，可以在治療前有效預測治療響應（圖2）。這一發(fā)現為預測PD-1阻斷治療療效提供了新的分子標志物，有望在臨床實踐中進一步推動個體化醫(yī)療方案的制定。