学术快讯 09| 《Cell》发现全新肿瘤特异性记忆T细胞

陆军军医大学全军免疫学研究所叶丽林团队与合作者们于2022年10月7日在《Cell》期刊发表论文"The primordial differentiation of tumor-specific memory CD8+ T cells as bona fide responders to PD-1/PD-L1 blockade in draining lymph nodes",研究使用多个临床前肿瘤模型,首次在肿瘤引流淋巴结(TdLN)中发现肿瘤抗原特异性记忆CD8+ T细胞(TdLN-TTSM),并证实了该细胞为真正响应PD-1/PD-L1疗法的细胞。

 

论文题

靶向PD-1/PD-L1通路的免疫检查点抑制剂(ICB)可缓解癌症患者的病情,目前已成为众多癌症的标准治疗方法。这些效果通常归结于肿瘤微环境(TME)来源的CD8T细胞,然而,并非所有耗竭的CD8T细胞都能对PD-1/PD-L1产生应答,CD8T细胞具有高度的异质性,包括耗竭前体T细胞(TPEX)和耗竭末期的CD8T细胞(TEX),引流淋巴结(dLNs)可容纳全身性CD8T细胞应答,然而,在肿瘤引流淋巴结(TdLN)中,肿瘤反应性CD8T细胞的分化状态及其对ICB的潜在反应在很大程度上仍是未知的。在这项研究中,研究团队首次发现了TdLN中存在一群高表达TCF-1、低表达PD-1、不表达耗竭特异性转录因子TOX的细胞亚群——肿瘤引流淋巴结抗原特异性记忆CD8T细胞(TdLN-TTSM,他们是真正响应PD-1/PD-L1 ICB的细胞亚群,具有强大的抗肿瘤能力。

 

 
TdLN来源的肿瘤特异性CD8T细胞的记忆特征
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

团队首先通过流式细胞检查了能够表达TCF-1的P14细胞,这是一种能够专门识别淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)抗原Gp33的CD8+ T细胞,团队发现TdLN中几乎所有活化的P14细胞均表现出转录因子TCF-1的高表达,且TdLN中表达TCF-1的P14细胞能够表达典型的记忆T细胞(TMEM)相关标志物,如IL7Rα(CD127)、IL2Rβ(CD122)和CD62L,而来自肿瘤微环境的P14细胞则几乎不表达这些标志物。TdLN来源的P14细胞对LCMV病毒感染表现出保护性免疫,而来自肿瘤微环境的P14细胞则未能为受体提供的保护。这些结果表明,TdLN来源的肿瘤特异性CD8+ T细胞在表型和功能上都与典型的记忆T细胞相似。

 

TdLN来源的肿瘤特异性CD8+ T细胞具有记忆T细胞的特征

 
TdLN来源的TCF1+CD8+ T细胞不同于肿瘤微环境中的TPEX细胞
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

团队注意到TdLN来源的P14细胞和P14记忆T细胞缺少效应分子KLRG1、粒酶B的表达,它们的PD-1表达水平较低,并且几乎不表达耗竭相关分子(如Tim-3、CD39、Lag3)。与TdLN来源的P14细胞相比,在肿瘤微环境或者慢性感染期间分化的TCF-1+TPEX P14细胞几乎不表达记忆标志物CD122、CD127和CD62L,但基本上都表达关键的耗竭标志物PD-1和TOX,这些结果表明来自TdLN的肿瘤特异性CD8+ T细胞在表型上与来自肿瘤微环境的TPEX不同。

 

TCF1+CD8+ T细胞不同于肿瘤微环境中的TPEX细胞

 
TdLN来源的TCF1+CD8+ T细胞的转录和表观遗传学分析
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

团队随后对来自TdLN的肿瘤特异性CD8+ T细胞进行了单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析,来自6个样本的22376个细胞被分为七个主要簇,TdLN-P14和TMEM P14大致分布在簇1和2中,耗竭的CD8+ T细胞则主要分布在簇4-7中,主成分分析(PCA)显示来自TdLN的肿瘤特异性CD8+ T细胞的转录特征和TMEM接近,而与肿瘤微环境中耗竭的CD8+ T细胞差异较大。

 

scRNA-seq对TdLN来源的CD8+ T细胞细胞进行转录谱分析

 
TdLN来源的TCF-1+TOX-CD8+ T细胞是真正的记忆细胞
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

为了进一步探究TOX在TCF-1+TOX-CD8T细胞和TCF1+TOX+CD8+ T细胞之间的差异,团队构建了LUAD小鼠模型,发现相较TCF1+TOX+CD8+ T细胞,TCF-1+TOX-CD8T细胞表现出记忆相关表型,其CD122、CD127、CD62L标志物表达水平较高,而PD-1表达水平则较低。团队认为TdLN来源的肿瘤特异性TCF-1+TOX-CD8T细胞代表了一个独特的记忆T细胞亚群,命名为肿瘤引流淋巴结来源的肿瘤特异性记忆T细胞(TdLN-TTSM),而TdLN来源的TCF1+TOX+CD8+ T细胞被命名为TdLN-TPEX。团队综合对比了TdLN-TTSM的TdLN-TPEX的表观遗传学数据,认为TdLN-TTSM细胞具有典型的记忆特征,而非TdLN-TPEX

 

TdLN-TTSM是真正的记忆细胞

 
HCC患者中存在TdLN-TTSM细胞
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

为了探索TdLN-TTSM细胞在肝细胞癌(HCC)患者中的存在情况,团队对HCC患者TdLN和肿瘤微环境中活化的CD8+ T细胞进行分选,并进行scRNA-seq及T细胞受体测序(sc-TCR-seq)。聚类分析显示,来自TdLN来源的肿瘤特异性CD8+ T细胞大多是TCF-1+TOX-TTSM细胞,而来自肿瘤微环境的CD8+ T细胞则大多为TCF-1+TOX+TPEX细胞和TCF-1-TOX+TEX细胞。虚拟时序分析表明肿瘤微环境中的特异性T细胞起源于TdLN中对应的TTSM细胞,早期TCR克隆表现出记忆表型,而后期则表现出明显的耗竭特征。这些证据综合表明,在HCC患者体内存在TdLN-TTSM细胞。

 

 

HCC患者TdLN-TTSM细胞的鉴定和表征

 
TdLN-TTSM在肿瘤发生过程中分化为TdLN-TPEX细胞
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

团队接着研究了TdLN-TTSM与TdLN-TPEX在肿瘤进展中的分化关系。在移植瘤小鼠中,部分TdLN-TTSM细胞分化为了TdLN-TPEX细胞,但并没有出现相反的情形,这表明TdLN-TTSM细胞是TdLN-TPEX的前体细胞。在肿瘤微环境中,TdLN-TTSM细胞和TdLN-TPEX细胞大部分最终分化为TCF-TOX+TEX细胞。这些结果共同揭示了肿瘤发生过程中,TdLN-TTSM、TdLN-TPEX、TdLN-TPEX和TEX之间存在着线性的分化模式。

 

TdLN-TTSM细胞分化为TdLN-TPEX细胞

 
TdLN-TTSM在过继转移中表现出优越的抗肿瘤能力
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

团队接下来评估了TdLN-TTSM过继转移中的抗肿瘤效果,相比较TdLN-TPEX和TME-TEX细胞,TdLN-TTSM细胞表现出最明显的肿瘤抑制能力,接下来是TdLN-TPEX细胞,最后是TME-TEX细胞。接受TdLN-TTSM细胞的小鼠表现出完全缓解,而其他两组则在第40天死亡。这些结果揭示了TdLN-TTSM细胞在过继转移时对肿瘤生长的强大控制能力,因而可作为过继转移T细胞免疫治疗的一种富有前景的策略。

 

TdLN-TTSM细胞具有优越的抗肿瘤能力

 
TdLN-TTSM是真正响应PD-1/PD-L1治疗的细胞
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

最后,团队探究了TdLN-TTSM细胞对PD-1/PD-L1 ICB的作用,在接入了相同数量TdLN-TTSM和TdLN-TPEX细胞的小鼠中,指定时间进行抗PD-1治疗,在第10天观察到TdLN-TTSM衍生细胞的扩增比TdLN-TPEX衍生细胞更显著,TdLN-TTSM来源的细胞数量和细胞因子表达都优于于TdLN-TPEX来源的细胞,表明TdLN-TTSMPD-1/PD-L1的主要反应者,而非TdLN-TPEX。在手术切除TdLN时,抗PD-L1单克隆抗体的肿瘤抑制能力几乎被消除,且在治疗期间任意时间去除TdLN都会消除PD-L1治疗的作用,表明PD-L1 ICB的有效性强烈依赖于TdLN中肿瘤特异性CD8+ T细胞的存在。这些证据共同表明,TdLN-TTSM是真正响应PD-1/PD-L1治疗的细胞群体。

 

TdLN-TTSM细胞是PD-L1 ICB的真正应答者

 
总结
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

这项研究表明:来自肿瘤引流淋巴结的一个CD8+ T细胞亚群——TdLN-TTSM,是真正响应PD-1/PD-L1治疗的细胞群。TdLN-TTSM表现出典型的记忆T细胞的特征,在肿瘤早期便建立起记忆相关的表观遗传学程序,并在过继转移后表现出强大的肿瘤抗性。研究认为PD-L1 ICB首先在TdLN中扩增TTSM细胞,并驱动TTSM细胞分化为TdLN-TPEX细胞,后者迁移到肿瘤微环境中,并分化为TEX细胞,从而有效地对抗肿瘤。这项研究对打破了在肿瘤负荷中不存在肿瘤特异性记忆T细胞的传统观念,并进一步完善了PD-1/PD-L1 ICB的时空作用机制,具有较大的临床转化价值。

文案撰写:晶准生物医学(深圳)临床医学科研部

 

参考文献:

[1] Huang, Qizhao et al. “The primordial differentiation of tumor-specific memory CD8+ T cells as bona fide responders to PD-1/PD-L1 blockade in draining lymph nodes.” Cell vol. 185,22 (2022): 4049-4066.e25. doi:10.1016/j.cell.2022.09.020

 
 
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