尽管最近FDA批准的治疗方法取得了进展，但急性髓细胞白血病（AML）仍然是一种难以治疗的疾病，很少有患者能得到长期缓解[1]。
2021年11月美国德州大學安德森癌症中心发表在《Blood Advances》上的一篇论文中，研究人员对复发/难治性（R/R）的AML患者进行了一项2期试验。这些患者接受了阿扎胞苷与PD-1检查点抑制剂尼沃鲁单抗的联合治疗[1]。与只接受阿扎胞苷治疗的患者相比，这些患者显示了良好的反应率（33%）和中位无事件生存期和总生存期。此外，经评估，阿扎胞苷/尼沃鲁单抗联合治疗具有可接受的安全性。
在这项研究中，研究小组利用单细胞多重免疫测定来测量16名接受阿扎胞苷/尼沃鲁单抗治疗的R/R AML患者治疗前骨髓中CD4+和CD8+T细胞的功能状态。他们发现效应性CD4+T细胞具有明显的多功能组，并与阳性反应结果有关性，而CD8+T细胞没有明显的多功能性或药物反应[1]。
接受阿扎胞苷/尼沃鲁单抗联合治疗的AML患者，通常有短期阳性治疗效果，但长期治疗效果却很罕见。该研究小组利用IsoPlexis单细胞功能蛋白质组学技术来研究哪些在治疗前的骨髓浸润免疫细胞亚群与治疗后反应有关，并找出在这个亚群那些细胞因子驱动更高的多功能性。
图1：CD4及CD8单细胞多功能细胞比例
分析结果揭示每个病患的骨髓浸润免疫细胞里有不同程度的多功能CD4+T 及CD8+T细胞。多功能单细胞是指能共分泌至少2个或更多细胞因子的单个细胞。图1显示对治疗有反应的患者有更高比例的多功能CD4+T和CD8+T细胞亚群。
图2：CD4及CD8多功能强度指数（PSI）
图3：不同类型细胞因子分群数据图
该研究组进一步利用IsoPlexis的多功能强度指数（Polyfunctional Strength Index, PSI）将所有的单细胞多维数据汇总为一个单一的指数。PSI定义为多功能细胞的百分比乘以这些细胞分泌的蛋白质的平均荧光强度（MFI）。该指数通过IsoPlexis的软件——IsoSpeak进行分析获取PSI数据图表。PSI图利用颜色来显示不同类别的细胞因子的贡献例如，效应性、刺激性、化合吸引性和调节性细胞因子等，也能将不同类别的细胞因子分群进行分析，如图3。
图2里 CD4+T与CD8+T细胞亚群的PSI相比，可以显著的显示对治疗有反应的患者和无反应的患者PSI的差别。在对治疗有反应的患者的CD4+T和CD8+T细胞亚群中，抗肿瘤相关蛋白的分泌量比无反应者有更大的增加。PSI指数比起多功能性细胞比例数据（图1）提供更显著的相关性。例如，CD4+T细胞亚群多功能细胞百分比p值为0.0362，而CD4+T细胞PSI的p值是0.0128。
图4：PSI与AML病患总存活率（按月计算）相关性
研究小组也得到了一个很有趣而且很重要的发现。尽管对检查点阻断的反应一直以来被认为是由CD8+T细胞主导的，但IsoPlexis技术显示是CD4+T细胞的PSI跟存活率相关性更好（图4）。有阳性治疗反应的AML患者在接受联合治疗前骨髓细胞里有明显高比例的多功能的CD4+T细胞亚群。这非常重要的发现证实了CD4+T免疫细胞群体对检查点抑制剂治疗能有效反应的重要性，也显示了多功能的CD4+T细胞是潜在的生物标记，可以在用药前预测病人对治疗的反应。
图5：3D-tSNE揭示PD-1药物治疗前骨髓CD4+和CD8+细胞亚群中多功能细胞比例及分泌的细胞因子
除了多功能细胞百分比及PSI数据图，IsoSpeak也提供了3D-tSNE（图5）and 多功能热图（图6）。3D-tSNE（图5）通过根据细胞因子的最大功能差异对样本进行分层。有反应的AML患者的CD4+T和CD8+T中具有抗肿瘤相关蛋白分泌物的多功能细胞亚群比没反应患者的亚群明显增加（紫色圆圈突出显示）。捐赠者小组（Donor Groups）的细胞图从有反应患者（橙色）和没反应患者（蓝色）的样本中划分数据点。而主导功能组（Dominant functional group）通过颜色标记主要细胞因子的分泌情况,显示生物驱动因素。
图6：多功能热图揭示抗PD-1治疗前的骨髓CD4+和CD8+细胞亚群中不同的细胞因子与强度
多功能热图（图6）比较了样本分泌各种单功能和多功能组的频率。热图显示，与没反应的AML病患相比，有反应的病患的CD4+T和CD8+T细胞亚群中具有独特细胞因子特征的多功能亚群的上调幅度更大（绿色矩形为突出显示）。
在文献的尾端，作者总结说：“治疗前PSI值推测与CTLA4、PD-L1、TIM3以及其他基于T细胞策略的AML临床试验的治疗结果也是正向关联，期待可以在AML免疫治疗中作为潜在的生物标志物”。
结论：
治疗AML并非易事。它是一种侵略性的癌症，需要在诊断后立即采取行动。这项研究强调IsoPlexis的单细胞功能表型平台的潜在预判能力，是目前唯一能揭示真正单细胞功能洞察力的技术，可望加速下一代治疗的发展。这项研究是其中一个例子说明IsoPlexis如何为癌症研究的产品特性鉴定和优化提供关键的预测指标。
参考文献
[1] Abbas HA, Alaniz Z, Mackay S, Cyr M, Zhou J, Issa GC, Alfayez M, Matthews J, Kornblau SM, Jabbour E, Garcia-Manero G, Konopleva M, Andreeff M, Daver N. Single-cell polyfunctional proteomics of CD4 cells from patients with AML predicts responses to anti-PD-1-based therapy. Blood Adv. 2021 Nov 23;5(22):4569-4574.
转自：基迪奥生物
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