Nature Cancer：单细胞分析揭示了肿瘤反应性CXCL13+T细胞对免疫检查点阻断的反应

导读

免疫检查点阻断（ICB）疗法代表了人类癌症治疗模式的转变；然而，人们对不同类型的肿瘤反应性T细胞如何对ICB作出反应仍不完全了解。作者证明测量CXCL13的表达可以有效地识别肿瘤内的前体和终末分化的肿瘤反应性CD8+T细胞。应用这种方法，作者对已发表的单细胞数据进行了荟萃分析，这些数据来自102名接受ICB治疗的五种癌症类型的患者的225个样本中的CXCL13+CD8+T细胞。作者发现，CXCL13+CD8+T细胞与ICB的有利反应相关，而且该治疗进一步增加了反应性肿瘤中的此类细胞。此外，CXCL13+肿瘤反应性亚群在不同的情况下对ICB表现出不同的反应，可能是由于不同程度的衰竭相关免疫抑制。作者的综合分析提供了对ICB基础机制的见解，并表明加强前体肿瘤反应性CD8+T细胞可能提供一种有效的治疗方法来改善癌症治疗。

论文ID

题目：Single-cell meta-analyses reveal responses of tumor-reactive CXCL13+ T cells to immune-checkpoint blockade

期刊：Nature Cancer

IF：23.177

发表时间：2022年9月22日

通讯作者单位：北京大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s43018-022-00433-7

主要内容：

使用表型标志物识别肿瘤反应性T细胞在治疗无效的肿瘤中已得到证实。然而，目前还不清楚这些标记物在免疫检查点阻断（ICB）后是否也能发挥作用。一项新的研究发现，CXCL13的表达在ICB之前和之后都能有力地识别肿瘤反应性T细胞，并与治疗反应相关。

肿瘤特异性CD8+T细胞具有识别和消灭癌细胞的能力，但在肿瘤微环境（TME）中往往功能受损，例如通过PD-1等免疫检查点的信号传导。免疫检查点阻断（ICB）可以导致T细胞反应的恢复，并在许多癌症类型中显示出临床活性。然而，ICB如何重新激活肿瘤特异性T细胞，以及不同人类癌症之间是否存在重新激活的差异，这些机制仍不清楚。解决这个问题的一个关键限制是在肿瘤内大量的旁观者T细胞中识别肿瘤反应性T细胞库的挑战。作者对五个人类实体肿瘤类型的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集进行了荟萃分析。他们报告说，CXCL13的表达可以有力地识别肿瘤反应性T细胞，并利用这一标记物追踪ICB之后的肿瘤特异性T细胞反应。

以前鉴定肿瘤反应性T细胞的方法包括使用体内外扩增的肿瘤浸润淋巴细胞，或从肿瘤材料中分离出T细胞受体（TCRs）并转移到健康供体T细胞中，对自体肿瘤材料或含有患者特异性表位的迷你基因库进行功能测试。然而，这种方法很耗时，而且很难在每个病人的基础上进行。另外，人们还努力利用T细胞的表型特征来推断肿瘤反应性。因此，通过对分类的CD8+T细胞进行功能测试，使高表达的衰竭相关标志物（例如CD39、PD-1和LAG-3）与肿瘤反应性相联系。最近有三项研究从功能上验证了通过单细胞测序确定的TCR的肿瘤特异性，进一步证实了肿瘤反应性T细胞显示出衰竭的细胞状态。因此，使用衰竭相关的表型标志物提供了一个相对直接的方法来识别未经处理的肿瘤样本中的肿瘤反应性T细胞。然而，在ICB治疗后，当T细胞恢复活力或癌细胞被杀死后失去抗原刺激时，是否可以利用同样的标志物还不清楚。因此，为了剖析ICB治疗期间肿瘤反应性T细胞的时间变化，需要有不被治疗改变的表型标志物。为此，作者比较了从以前发表的两个肺癌和头颈癌的数据集中获得的经功能验证的肿瘤反应性和旁观者T细胞的转录谱。与以前的数据一致，该分析确定，与旁观者T细胞相比，肿瘤反应性T细胞不仅显示出衰竭相关基因的表达，而且高度表达CXCL13。CXCL13是一种通常由CD4+滤泡辅助T细胞分泌的化学吸引剂，以前发现它在非小细胞肺癌（NSCLC）的肿瘤特异性CD8+T细胞中表达。作者将他们的分析扩展到其他scRNA-seq数据集，这些数据集来自NSCLC、基底细胞癌（BCC）、鳞状细胞癌（SCC）和乳腺癌中单独使用ICB或与化疗联合治疗的T细胞。值得注意的是，CXCL13的表达不仅在识别治疗前样本中的肿瘤反应性T细胞方面最具鉴别力，而且在ICB反应后的肿瘤中也是如此，这与治疗后仅能低度检测到的衰竭特征相反。

作者接下来调查了CXCL13+T细胞的存在与ICB反应的相关性。作者整理了来自102名五种癌症类型患者的225份ICB前后的单细胞数据，观察到与没有反应的患者相比，CXCL13+CD8+T细胞在反应患者的治疗前标本中富集，这些细胞在治疗后进一步增加，为这些细胞在抗肿瘤免疫中的关键作用提供了进一步的相关支持。功能失调的T细胞不会获得统一的，而是有梯度的细胞状态，从前体样到终末分化状态。为了了解肿瘤反应性T细胞显示哪种功能障碍的细胞状态，作者检查了CXCL13+T细胞的转录组。该分析显示，肿瘤反应性T细胞获得了不同的功能障碍状态，包括两个分别由IL7R或GZMK表达定义的前体状态，以及一个与功能障碍相关基因高表达的最终分化状态，包括HAVCR2、LAG3、TIGIT、CD39和TOX。为了评估ICB如何影响这些状态的扩展，作者比较了匹配的治疗前和治疗后样本中类似前体和最终分化的CXCL13+T细胞的比例。有趣的是，他们观察到在NSCLC中，前体样亚群增加最多，而BCC和SCC的ICB后样本，以及部分乳腺癌，都富含终末分化的细胞库。然而，重要的是要意识到，这些观察结果来自于非常少的病人，并可能进一步被治疗、病变类型和取样时间点的差异所混淆，因此需要额外的研究来验证这些观察结果。

作者接下来假设，这些亚群的优先扩展可能是由TME的抑制状态所驱动。与此假设一致，他们发现免疫和肿瘤细胞上共抑制配体的累积表达与ICB后前体样细胞的比例成反比。这一观察结果至少可以用三种不同的模式来解释。首先，这些配体的表达可能限制前体样细胞的扩展和/或促进它们的分化。第二种解释可能是终末分化的T细胞可能促进共抑制配体的表达本身。由于这些细胞准备采取效应状态，重新激活后效应分子的释放可能诱导配体的表达，如观察到的由IFNγ诱导的PD-L1表达。第三，TME中的一个独立因素可能同时驱动T细胞状态和配体表达，例如TGFβ被发现在T细胞和癌细胞中诱导抑制性信号。在未来的研究中，进一步研究这些不同的模型将是有趣的。

一个重要但尚未回答的问题是，ICB是否主要重新激活肿瘤中预先存在的T细胞，或者它是否促进从外围招募新的T细胞克隆。为了解决这个问题，作者评估了匹配的纵向样本中CXCL13+T细胞克隆型的组成。这一分析再次显示了癌症类型之间的差异，在BCC肿瘤中新克隆的丰度较高，而在NSCLC、SCC以及部分乳腺癌中则富集了先前存在的克隆型（图1c）。有趣的是，ICB后新克隆的频率与基线时CXCL13+CD8+T细胞的数量呈负相关，这表明在基线时存在较少肿瘤反应性T细胞的肿瘤中，成功的ICB后有更多的新CXCL13+T细胞克隆浸润。总之，这些发现表明，ICB后扩大的肿瘤反应性CD8+T细胞池可能由外周和原有的克隆补充，而主要的机制取决于肿瘤反应性T细胞的基线频率。

除了CD8+T细胞，CD4+T细胞也可以通过激发抗原依赖性细胞毒性反应或提供帮助来促进抗肿瘤免疫力。在他们的荟萃分析中对CD4+ T细胞池进行剖析，作者发现CXCL13+ CD4+ T细胞表现出1型辅助T细胞样状态，表达IFNG和IL21等效应分子，以及PDCD1、HAVCR2、TIGIT和TOX等衰竭标志物，这与之前的观察一致，表明这些细胞可能在肿瘤中积极看到抗原。与其他CD4+T细胞亚群相比，CXCL13+CD4+T细胞在ICB后反应的肿瘤中比无反应的肿瘤增加。值得注意的是，对基线CXCL13+ CD4+和CD8+ T细胞的联合评估在预测ICB反应性方面达到了≥90%的高准确率，这表明肿瘤特异性CD4+和CD8+ T细胞都可能对ICB反应有所贡献。

总之，作者的荟萃分析验证了CXCL13作为肿瘤反应性T细胞的标志物，与它们的分化状态无关，并对ICB介导的T细胞重新激活的时间动力学提供了耐人寻味的见解。同时，这些发现提出了几个有趣的新问题。首先，作者观察到不同类型的肿瘤在ICB后肿瘤反应性T细胞状态的扩展存在差异。如果这些ICB后细胞状态的差异能在更大的数据集和功能研究中得到验证，那么了解这些差异是由不同的肿瘤反应性亚群的重新激活造成的，还是由终端分化造成的，这在重新激活后的某些肿瘤微环境中会得到促进。其次，作者表明，与多种衰竭标志物相比，CXCL13基因表达在ICB治疗后保持稳定。这一观察结果与CXCL13即使在没有抗原的情况下也能由功能失调的CD8+T细胞构成性分泌的概念相一致7，表明CXCL13的表达可能是由TCR触发以外的其他刺激诱导的。了解是什么驱动了CXCL13在肿瘤特异性T细胞中的表达，以及这种趋化因子是否调节了它们的抗肿瘤功能，将是很有意义的。最后，CXCL13对三级淋巴结构（TLSs）的形成和维持至关重要，而且已经发现PD-1高的CXCL13+T细胞主要定位在TLSs内7。因此，确定CXCL13+T细胞是否有助于TLS的形成，反之亦然，TLS如何塑造肿瘤特异性T细胞的状态和重新激活，将是很有趣的。总的来说，在ICB之前和之后，CXCL13作为肿瘤反应性T细胞的有力标志物的鉴定，可能为追踪和剖析治疗期间的T细胞反应开辟了新的途径，并可能利用新的生物标志物来识别从ICB受益的患者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43018-022-00433-7

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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