背景：
免疫疗法在治疗癌症方面取得了显著的临床进展。T细胞是目前癌症免疫疗法的关键，包括免疫检查点抑制剂和过继细胞疗法。然而，癌症与T细胞衰竭有关，T细胞衰竭是一种功能低下的状态，其特征是T细胞效应功能和自我更新能力的逐步丧失。T细胞在肿瘤微环境中的“不耗竭”通常被认为是免疫检查点抑制剂的一个关键作用机制，而T细胞耗竭被认为是细胞免疫疗法的一个耐药性途径。一些出色的研究为控制T细胞衰竭的转录和表观遗传程序提供了重要的见解。
简介：
2022年10月10日，来自美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心医学系的Andrew Chow教授课题组在Nat Rev Clin Oncol（IF: 66.7）杂志上发表题为“Clinical implications of T cell exhaustion for cancer immunotherapy”的文章[1]。在这篇综述中，作者强调了与T细胞衰竭免疫生物学相关的最新发现，这些发现提供了一个更微妙的视角，超越了这种完全不受欢迎的低功能状态。作者回顾了证据，T细胞衰竭可能是一个反映，因为它是肿瘤控制不良的原因。此外，作者假设，在慢性抗原刺激的某些情况下，中断耗尽程序可能会损害T细胞的持久性。因此，优先考虑缓解T细胞衰竭发展的干预措施，包括正交细胞减少疗法和新的细胞工程策略，可能最终会带来更好的临床结果和癌症免疫治疗的最大进步。
主要结果：
T细胞衰竭的平衡观点。
耗尽的CD8+ T细胞被肿瘤反应克隆富集。2014年，Gros等人报道，在黑素瘤患者中，表达PD-1、LAG3和/或TIM3的CD8+ TILs包含一个低克隆T细胞群，该T细胞群富集于能够识别自体肿瘤细胞的克隆型。该研究小组的后续工作表明，在黑色素瘤和胃肠道癌症患者的循环PD-1+淋巴细胞中也富含肿瘤反应性和肿瘤抗原特异性T细胞。肿瘤内PD-1highCD8+ T细胞的优先肿瘤抗原反应性在非小细胞肺癌(NSCLC)患者中也被证实。此外，据报道，在肺癌和结直肠癌中，肿瘤抗原连接的MHC四聚体优先结合表达CD39的CD8+ TILs(与旁观者相反，大多数是缺乏CD39表达的病毒特异性CD8+ T细胞)。与此同时，来自黑素瘤或头颈癌患者的CD39+CD103+CD8+ TILs对自体肿瘤细胞表现出选择性反应，对于分析的一名患者来说，与自体CD103−和/或CD39−CD8+ TILs相比，其细胞毒性增强。值得注意的是，CD39+CD103+CD8+ TILs也表达高水平的PD-1、CTLA4和TIM3。
T细胞衰竭在持续性肿瘤中是不可避免的。上述发现的一种解释是，在慢性抗原暴露的情况下，CD8+ TILs的枯竭是不可避免的。与20年前提出的“电位下降”模型一致，出现的这幅图是由于持续的肿瘤抗原的连续刺激而导致的渐进性T细胞衰竭的线性图（图1a）。重要的是，该模型不排除其他因素的作用，如靶肿瘤细胞对细胞毒性的耐药性，缺氧，免疫环境，或TCR信号质量和/或数量，在影响衰竭的速度。
在慢性抗原暴露的情况下，T细胞衰竭不可避免的一个推论是，在临床前实验和临床试验中的评估时间对解释衰竭是至关重要的。这一因素可能部分解释了一个看似矛盾的现象，即治疗前和治疗早期肿瘤样本中CD8+ T细胞衰竭的证据预测了ICIs的临床效益(这意味着它表明了一种预先存在的抗肿瘤T细胞反应可以通过治疗干预增强)。然而，在治疗后期和治疗后读数中观察到的相同信号预示着不利的结果(考虑到耗竭作为持久性癌症的一个指标，尽管进行了治疗干预，但仍然存在)。
对ICIs机制的新见解。
肿瘤引流淋巴结中的PD-L1+ cDCs是ICIs的关键靶点。如果逆转TME中肿瘤反应性效应因子CD8+ T细胞的衰竭程序是ICIs的主要治疗机制，那么在新T细胞的肿瘤浸润被阻断的临床前实验中，我们就可以预期药效会被保留。然而，在多个小鼠模型中，在肿瘤侵袭后，在使用抗PD-(L)1抗体治疗前，使用鞘氨甘肽1-磷酸受体激动剂FTY720阻断从次级淋巴器官的T细胞出口，会使治疗效果失效。鉴于淋巴出口的阻断有效地消除了新的CD8+ T细胞进入肿瘤的招募，这些研究结果表明，仅在TME中重新激活T细胞不足以介导抗PD-(L)1抗体的临床前疗效。这一假设提出了一个问题，即TME外的哪个部位是PD-1-PD-L1轴阻断的关键目标。
ICI的疗效依赖于TCF1+前体耗尽的CD8+ T细胞。如果抗PD -(L)1抗体的疗效依赖于TDLN中的细胞相互作用，而不是TME，另一个暗示是淋巴细胞肿瘤反应性PD-1+CD8+ T细胞群必须是激活的关键靶点。多个小组的研究共同表明，在慢性病毒感染的情况下，存在于淋巴组织中的CXCR5+TCF1+PD-1+CD8+ T细胞群是最终耗尽CD8+ T细胞的前体来源。这些前体耗尽的CD8+ T细胞的自我更新依赖于TCF7的表达，TCF7编码转录因子TCF1。在小鼠和人类肿瘤中，由于Tcf7/ Tcf7位点的表观遗传沉默，浸润的T细胞经历渐进式衰竭，并伴随TCF1表达的丢失。
ICI疗效的新机制见解的含义。总之，这些发现挑战了人们普遍持有的观点，即PD-(L)1抑制剂的关键靶点只包含在TME中。然而，这些数据与抗PD-(L)1抗体对TME中PD-1+CD8+ T细胞的直接作用并不完全一致。事实上，从卵巢癌患者中分离出的CD8+ TILs在阻断PD-1-PD-L1 轴后仍保留了体外激活和细胞毒性的能力。此外，对接受ICIs联合化疗的NSCLC患者的纵向肿瘤样本进行广泛的单细胞RNA和TCR测序显示，除了新的克隆型的强大浸润外，也发生了已有CD8+ TIL克隆型的显著扩增。这种双重来源的抗肿瘤T细胞(即预先存在的TILs的扩展和新浸润的T细胞的克隆替代)被称为“克隆复兴”。理论上，不同的癌症对这两种来源的肿瘤反应性T细胞有不同的贡献。
图1：肿瘤反应性CD8+ T细胞在TME中逐渐衰竭
CAR - T细胞衰竭的证据。
如前所述，CAR-T细胞治疗后的疾病复发仍然是一个主要的挑战，激发了人们理解CAR-T细胞衰竭作为肿瘤逃逸的潜在机制的愿望。与内源性肿瘤反应性T细胞相比，CAR-T细胞通过基因修饰进行标记，便于追踪和评估这些肿瘤靶向细胞。此外，下一代CAR-T细胞疗法可以进一步进行基因编辑，以减轻或中断疲劳。这些因素使CAR-T细胞治疗既成为临床相关背景，又成为研究T细胞衰竭的重要模型。
临床前体内模型对理解CAR-T细胞衰竭程序至关重要。在一个黑色素瘤小鼠模型中，肿瘤浸润CAR-T细胞具有PD-1+ TIM3high表型，与衰竭TOX和TOX2以及NR4A1、NR4A2和NR4A3的典型转录因子表达增加相关。同样，慢性抗原诱导的信号传导和本构性、低水平、基础(或“强张性”)信号传导都被证明会驱动CAR - T细胞衰竭。这些临床前发现表明CAR - T细胞可以有表型、转录和表观遗传特征的衰竭。
中断CAR - T细胞衰竭。
输注前和输注后CAR - T细胞表型与临床前体内建模数据一起显示，但没有最终证明CAR - T细胞衰竭在限制临床反应方面的作用。如果CAR-T细胞确实因耗竭而受损，那么中断这种功能低下的细胞状态将会提高治疗效果。通过废除典型的TOX和NR4A转录因子或抗体介导的对PD-1等共抑制受体的封锁，CAR - T细胞衰竭程序的中断可能实现。非对抗性NFAT信号会导致耗竭相关的T细胞转录因子NR4A和TOX的表达，从而加强与耗竭相关的表观遗传和转录程序。三次删除Nr4a1, Nr4a2和Nr4a3恢复了一个功能和表观遗传程序，增强了CAR-T细胞在实体肿瘤小鼠中的疗效。类似地，具有短发夹RNA介导的Tox敲除的小鼠CAR-T细胞比Tox野生型细胞更持久，具有更大的治疗活性，特别是当同样缺乏Tox2基因时。
减轻CAR - T细胞衰竭。
上述研究结果表明T细胞的终末衰竭是表观遗传固定的，人们普遍认为，T细胞终末衰竭的后期不太适应治疗干预，针对T细胞分化途径早期阶段的干预可能是提高抗肿瘤免疫最有效的方法。改善细胞培养条件、优化CAR设计和下游信号转导的策略不是中断T细胞衰竭程序，而是提供了减少该程序诱导从而增强CAR - T细胞功能的潜力。
增加CAR - T细胞与肿瘤细胞的比例。衰竭并不完全是T细胞固有的过程，它取决于肿瘤和患者的特征。T细胞衰竭可由TME中的代谢和基质因子调节，这在不同的癌症组织学中可能有所不同。此外，恶性细胞的特征可以决定CAR-T细胞治疗的疗效。例如，白血病细胞中死亡受体信号通路受损可诱导CAR-T细胞衰竭。此外，CAR-T细胞活性的疾病特异性差异已被注意到。例如，CAR-T细胞对实体肿瘤的细胞毒性，与血液系统恶性肿瘤相比，已被发现依赖于IFN-γ受体信号。
优化T细胞培养条件。生产临床级CAR-T细胞产品需要一系列优化和标准化的操作程序。大量的临床前研究已经集中在修改这一过程，以减少CAR-T细胞的衰竭。在B-ALL的小鼠异种移植模型中，CAR-T细胞只培养了3天，而不是9天(标准为7-14天)，尽管注入剂量降低了6倍，但CAR-T细胞在体内的扩展和持久性更强，对肿瘤的控制也更强。数据表明，9天CAR-T细胞的分化程度越高，其增殖能力和效应功能就越受限制。作者推测，9天的CAR-T细胞更加疲惫，这表明较短的培养时间可能缓解T细胞耗竭。
CAR工程优化信号。在内源性T细胞中，耗竭是由TCR反复刺激所传递的信号所驱动的。在Shakiba等人的一项出色的临床前研究中，通过对靶肿瘤抗原的氨基酸修饰，在肿瘤特异性CD8+ T细胞中获得了三种不同水平的TCR信号强度。值得注意的是，高信号强度与T细胞衰竭相关，但在小鼠模型中，低信号强度和高信号强度TCRs都不能导致最佳的肿瘤控制。相反，一个中等信号强度的TCR导致了最佳体内抗肿瘤活性的“Goldilocks”信号水平。
减轻代谢耗竭。持续的T细胞刺激与大量线粒体功能障碍相关。此外，代谢和肿瘤环境条件，如缺氧，促进T细胞衰竭，并触发由转录抑制因子BLIMP1(也称为PRDM1)驱动的功能障碍代谢程序，导致转录共激活因子PGC1α的沉默。事实上，在小鼠模型中，肿瘤特异性T细胞中PGC1α的过表达可以增强线粒体适应性和肿瘤控制。
图2：缓解或中断CAR-T细胞衰竭的策略概述
结论和展望：
在这篇综述中讨论的进展突出了T细胞衰竭概念的细微差别。对于癌症患者的治疗，非耗尽的、肿瘤反应性T细胞无疑优于耗尽的、肿瘤反应性T细胞;然而，这可能是一个错误的选择，因为我们已经强调的证据表明，在持续性肿瘤抗原的环境下，T细胞衰竭是不可避免的。更复杂的是，在某些情况下，耗尽程序的中断会损害T细胞的持久性。因此，我们主张，提高免疫治疗疗效的最大希望是首先关注减轻T细胞衰竭诱导的策略。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41571-022-00689-z
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