Nature Cancer | T細(xì)胞與樹(shù)突狀細(xì)胞的相互作用是腫瘤微環(huán)境及免疫治療的關(guān)鍵

原創(chuàng)?蘇安?圖靈基因?2022-03-30 07:03

收錄于話題#前沿分子生物學(xué)機(jī)制

撰文：蘇安

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雖然T細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中具有關(guān)鍵的調(diào)控作用和治療效力，但在腫瘤微環(huán)境中裆站，T細(xì)胞和抗原提呈的髓系細(xì)胞之間相互作用的分子特征仍不明確沃暗。在這里，作者利用細(xì)胞的RNA測(cè)序(PIC-seq)系統(tǒng)地描述了這些相互作用，并發(fā)現(xiàn)CD4+PD-1+CXCL13+T細(xì)胞是人非小細(xì)胞肺癌腫瘤微環(huán)境中與抗原提呈細(xì)胞的主要相互作用樞紐。他們將這種克隆擴(kuò)增、腫瘤特異性和保守的T細(xì)胞亞群定義為T輔助性腫瘤(Tht)細(xì)胞喂窟，它們的功能對(duì)于利用抗PD-1治療的抗腫瘤反應(yīng)非常重要，這些研究結(jié)果提示我們可以通過(guò)對(duì)Tht-樹(shù)突狀細(xì)胞相互作用檢查點(diǎn)的調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行免疫治療央串。

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腫瘤微環(huán)境(TME)是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)磨澡，癌癥、免疫和間質(zhì)細(xì)胞的相互作用都能影響腫瘤免疫和腫瘤生長(zhǎng)质和。免疫檢查點(diǎn)封鎖(ICB)療法是通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通信的方式增強(qiáng)抗腫瘤效果稳摄。因此，更好地理解TME內(nèi)的細(xì)胞通信對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)有的治療方法和開(kāi)發(fā)更有效的免疫治療靶向方案至關(guān)重要饲宿。

近期厦酬，在Nature Cancer?雜志上發(fā)表了一篇名為“The interaction of CD4+ helper T cells with?dendritic cells shapes the tumor microenvironment and immune checkpoint blockade response”的文章，本文的研究人員通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)對(duì)人非小細(xì)胞肺癌進(jìn)行分析瘫想，詳細(xì)描述了CD4+輔助T細(xì)胞與樹(shù)突狀細(xì)胞的相互作用仗阅，并且作者在體外和卵清蛋白特異性αβTCRCD4+T-t細(xì)胞模型中重建了它們的相互作用，發(fā)現(xiàn)了Tht程序由呈現(xiàn)腫瘤抗原的樹(shù)突狀細(xì)胞在腫瘤淋巴結(jié)中啟動(dòng)国夜，這些功能對(duì)于利用抗PD-1治療的抗腫瘤反應(yīng)非常重要减噪。

為了表征和分子分析TME中髓系細(xì)胞和T細(xì)胞之間的物理相互作用，作者將PIC-seq技術(shù)應(yīng)用于早期非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)病變的臨床樣本進(jìn)行分析支竹。他們分析了10例患者通過(guò)手術(shù)切除的早期未接受治療的NSCLC病變，并將腫瘤參與的病變與鄰近的無(wú)腫瘤組織進(jìn)行了比較鸠按，使用MetaCell創(chuàng)建了TME和健康組織中單細(xì)胞狀態(tài)的背景模型礼搁。根據(jù)基因表達(dá)將T細(xì)胞進(jìn)行分類(lèi)：遷移T細(xì)胞，幼稚T細(xì)胞目尖，增殖T細(xì)胞馒吴，CD4+激活T細(xì)胞，CD4+記憶T細(xì)胞，CD8+T細(xì)胞饮戳，CD8+細(xì)胞毒性T和CD8+功能失調(diào)T細(xì)胞豪治。他們同樣根據(jù)VCAN或CD31基因?qū)⒐撬杓?xì)胞分為單核細(xì)胞的兩個(gè)子集，并且將其他髓系亞群分類(lèi)為四組樹(shù)突狀細(xì)胞：表達(dá)DC的單核細(xì)胞基因扯罐、經(jīng)典DCI型樹(shù)突狀細(xì)胞负拟、經(jīng)典DCII型細(xì)胞和富含免疫調(diào)節(jié)分子的成熟樹(shù)突狀細(xì)胞。作者發(fā)現(xiàn)腫瘤組織和鄰近無(wú)腫瘤組織之間的細(xì)胞組成存在一致的差異歹河，他們計(jì)算了每個(gè)標(biāo)本的TME與健康細(xì)胞狀態(tài)的比率掩浙，并量化了子集豐度之間的相關(guān)性。結(jié)果與之前對(duì)NSCLC病變的的單細(xì)胞分析一致秸歧，因此這個(gè)結(jié)果可以作為研究TME中定義細(xì)胞相互作用的分子程序的基線厨姚。圖1.PIC-seq在NSCLC患者活檢的腫瘤和鄰近健康組織上的分析。

由于其PIC-seq反褶積的低特異性键菱，他們?nèi)コ薚-NK細(xì)胞的PICs谬墙，分析了具有異型基因表達(dá)的CD64+CD11c+TCRβ+PICs的偶聯(lián)物，量化了人類(lèi)腫瘤和健康肺組織分離后形成的真實(shí)和假雙態(tài)的頻率经备。隨后作者通過(guò)對(duì)839個(gè)qc陽(yáng)性pic的T細(xì)胞和髓系細(xì)胞特性進(jìn)行推斷拭抬，對(duì)其進(jìn)行了總體建模。結(jié)果表明弄喘，與鄰近組織相比玖喘，腫瘤組織中T-髓系pic中的mregDC頻率(P=0.043)顯著富集，同時(shí)cDC1(P=0.0079)減少蘑志。PICs中的mregDC注釋是基于單態(tài)中識(shí)別的獨(dú)特基因轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)累奈。有趣的是，在對(duì)患者進(jìn)行分層時(shí)急但，也觀察到mregDC在pic中的過(guò)度表達(dá)(配對(duì)Mann-WhitneyU-檢驗(yàn)澎媒；P=0.039)。綜上所述波桩，通過(guò)研究細(xì)胞相互作用戒努，他們確定了CD4+PD-1+CXCL13+T細(xì)胞和mregdc，兩種狀態(tài)在TME中比健康對(duì)照富集镐躲，并在TME中特別參與T髓細(xì)胞相互作用储玫，表明它們潛在的TME交互能力和功能。圖2.PIC-seq揭示了T細(xì)胞和髓系細(xì)胞亞群的相互作用

為了研究CD4+PD-1+CXCL13+T細(xì)胞在TME中的基因表達(dá)和具體的相互作用萤皂，作者使用來(lái)自25名黑色素瘤患者和42例乳腺癌患者的scRNA-seq數(shù)據(jù)集撒穷，對(duì)不同腫瘤類(lèi)型的T細(xì)胞狀態(tài)進(jìn)行了注釋?zhuān)⒋_定了與在NSCLC中相似的亞群，獲得了一個(gè)泛腫瘤特征裆熙，即CD4+PD-1+CXCL13+細(xì)胞表達(dá)趨化因子和細(xì)胞因子(CXCL13端礼、IL21禽笑、IFNG和CCL3)、標(biāo)志性免疫檢查點(diǎn)(BTLA蛤奥、PDCD1佳镜、TIGIT和CTLA4)和轉(zhuǎn)錄因子基因(MAF、HIF1A和ZBED2)凡桥，作者將該程序注釋為T(mén)輔助性腫瘤特異性(Tht)細(xì)胞蟀伸。為了更深入地了解PICs中Tht細(xì)胞的分子特征，他們對(duì)來(lái)自PIC-seq模型的觀察表達(dá)和預(yù)期表達(dá)進(jìn)行了差異基因表達(dá)分析唬血，結(jié)果發(fā)現(xiàn)望蜡，與單線態(tài)Tht細(xì)胞相比，主要的細(xì)胞因子和趨化因子(CXCL13拷恨、CCL4和CCL5)脖律、免疫檢查點(diǎn)基因(CTLA4和PDCA4和PDCD1)和轉(zhuǎn)錄因子(MAF)在相互作用的Tht細(xì)胞中特異性上調(diào)，這表明相互作用的髓系細(xì)胞具有獨(dú)特的Tht-cell特征腕侄。為了研究Tht細(xì)胞與TMETLS生態(tài)位中其他髓系和淋巴細(xì)胞亞群的空間關(guān)聯(lián)小泉，作者對(duì)NSCLC患者的福爾馬林固定石蠟包埋(FFPE)切片的單片(MICSSS)進(jìn)行了多重免疫組化連續(xù)染色。研究結(jié)果表明冕杠，克隆擴(kuò)增的CD4+PD-1+CXCL13+Tht細(xì)胞在腫瘤病變的TLSs中與mregDCs的物理相互作用中富集微姊，表明Tht細(xì)胞具有抗腫瘤抗原的作用。圖3.CD4+PD-1+CXCL13+T細(xì)胞在TME中具有獨(dú)特的基因表達(dá)和交互作用譜

為了探索誘導(dǎo)腫瘤特異性CD4+T細(xì)胞對(duì)腫瘤抗原呈遞反應(yīng)的機(jī)制分预，作者構(gòu)建了一個(gè)由識(shí)別OVA肽的小鼠卵清蛋白(OVA)特異性αβTCRCD4+T細(xì)胞(OT-II)組成的模型兢交。他們從C57BL/6野生型(WT)小鼠中分離脾CD11c+樹(shù)突狀細(xì)胞，并與表達(dá)OVA肽(B16-OVA)的mCherry-B16黑色素瘤細(xì)胞共培養(yǎng)2小時(shí)笼痹，然后與脾OT-IICD4+T細(xì)胞共培養(yǎng)20小時(shí)配喳。將B16-OVA細(xì)胞與脾OT-IICD4+T細(xì)胞部分共培養(yǎng)，并將脾OT-IICD4+T細(xì)胞單培養(yǎng)作為對(duì)照凳干。他們對(duì)從培養(yǎng)物中分離出來(lái)的1860個(gè)陽(yáng)性的單個(gè)TCRβ+T細(xì)胞進(jìn)行了MARS-seq檢測(cè)晴裹，基因相關(guān)分析顯示兩個(gè)高度相關(guān)的基因模塊豐富的基因相關(guān)的免疫激活和共同刺激；同時(shí)他們分析了抗原呈遞后的免疫條件下救赐，從B16-OVA+DC培養(yǎng)中分離的OT-IIT細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)與預(yù)先暴露于脂多糖(LPS)的ova呈遞共培養(yǎng)的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)涧团。他們發(fā)現(xiàn)，lps激活的OT-IIT細(xì)胞的抗原呈遞誘導(dǎo)了一般免疫激活基因经磅。然而泌绣，只有腫瘤特異性的OT-IIT細(xì)胞表達(dá)了共刺激和激活基因模塊。體外數(shù)據(jù)表明预厌，腫瘤特異性CD4+t細(xì)胞基因模塊在與腫瘤抗原引物的樹(shù)突狀細(xì)胞相互作用時(shí)阿迈，以抗原特異性的方式被驅(qū)動(dòng)。圖4.分化為小鼠Tht細(xì)胞狀態(tài)需要樹(shù)突狀細(xì)胞呈遞腫瘤抗原

為了更好地了解mTht細(xì)胞在體內(nèi)的時(shí)空分化動(dòng)態(tài)配乓，作者利用小鼠模型仿滔，將B16-OVA細(xì)胞移植到WTC57BL/6J受體中。在腫瘤注射后10天和17天犹芹，對(duì)從腫瘤引流淋巴結(jié)(tdLNs)和頸部周?chē)馨徒Y(jié)(cLNs)中分離的12154個(gè)陽(yáng)性單TCRβ+T細(xì)胞進(jìn)行MARS-seq檢測(cè)崎页，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抗原特異性的CD45.1+TCRβ+OT-IIT細(xì)胞上調(diào)了從體外研究中衍生的mTht細(xì)胞特征腰埂、tdLNCD45.1+TCRβ+OT-IIT細(xì)胞上調(diào)了T細(xì)胞激活特征飒焦、體內(nèi)mTht細(xì)胞特征與幼稚t細(xì)胞基因的表達(dá)減少相關(guān)，并與細(xì)胞周期基因的表達(dá)相關(guān)屿笼。接下來(lái)牺荠，作者探討了mTht細(xì)胞的細(xì)胞動(dòng)力學(xué)及其從tdln向TME遷移的可能性。他們收集并分析了內(nèi)源性TCRβ+T細(xì)胞驴一，并在第10和17天從TME過(guò)繼轉(zhuǎn)移OT-IICD45.1+TCRβ+T細(xì)胞休雌，以及在腫瘤注射后第10天從tdLNs和clns的細(xì)胞。結(jié)果表明肝断，與腫瘤浸潤(rùn)的T細(xì)胞上調(diào)mtht相關(guān)的激活程序杈曲。圖5.向mTht細(xì)胞狀態(tài)的分化僅限于tdln和腫瘤部位

接來(lái)下，作者研究了mTht細(xì)胞的狀態(tài)是否基于tdln中的髓系細(xì)胞的物理相互作用和抗原提呈胸懈。在注射后第10天担扑，當(dāng)mTht細(xì)胞在tdln中積累時(shí)，我們從tdLNs和cln中分離3406個(gè)qc陽(yáng)性cD11c+髓系細(xì)胞進(jìn)行MARS-seq趣钱，并使用MetaCell包對(duì)它們進(jìn)行分析涌献。他們另外分析了單TCRβ+和CD45.1+TCRβ+T細(xì)胞細(xì)胞和+，分組元細(xì)胞到幼稚T首有，增殖T燕垃，旁觀者CD8+T，細(xì)胞毒性CD8+T绞灼，OT-IImTht?和OT-IImTht+細(xì)胞子集利术。為了更好地定義抗PD-1治療后mTht細(xì)胞的分子重編程，作者對(duì)腫瘤注射后17天內(nèi)來(lái)自過(guò)繼轉(zhuǎn)移小鼠tdln的2867個(gè)多克隆TCRβ+和OT-IICD45.1+TCRβ+T細(xì)胞進(jìn)行了MARS-seq低矮。所有的這些結(jié)果表明印叁，Tht細(xì)胞直接參與了抗pd-1治療的抗腫瘤療效，并突出了mTht細(xì)胞在抗pd-1治療后的分子重編程军掂。圖6.mTht細(xì)胞在抗pd-1免疫治療中的作用

本文作者利用細(xì)胞的RNA測(cè)序(PIC-seq)系統(tǒng)地描述了CD4+T細(xì)胞與樹(shù)突細(xì)胞的相互作用對(duì)腫瘤微環(huán)境的影響轮蜕，并發(fā)現(xiàn)CD4+PD-1+CXCL13+T細(xì)胞是人非小細(xì)胞肺癌腫瘤微環(huán)境中與抗原提呈細(xì)胞的主要相互作用樞紐。并且作者通過(guò)體外模型驗(yàn)證了這個(gè)相互作用中樞的功能對(duì)于利用抗PD-1治療的抗腫瘤反應(yīng)非常重要蝗锥，這些研究結(jié)果提示我們可以通過(guò)對(duì)Tht-樹(shù)突狀細(xì)胞相互作用檢查點(diǎn)的調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行免疫治療跃洛。

教授介紹：

Merav Cohen?

Merav Cohen是以色列雷霍沃特魏茨曼科學(xué)研究所免疫學(xué)系研究員，同時(shí)是以色列特拉維夫大學(xué)助理教授终议』憬撸科恩博士實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)注于解剖腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞和組織駐留細(xì)胞之間的細(xì)胞間通訊葱蝗。科恩博士實(shí)驗(yàn)室結(jié)合了最先進(jìn)的單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)细燎、小鼠模型两曼、臨床方法和先進(jìn)的計(jì)算方法，以揭示驅(qū)動(dòng)細(xì)胞功能的相互作用細(xì)胞的分子特征玻驻。該實(shí)驗(yàn)室旨在評(píng)估組織發(fā)育過(guò)程和癌癥條件之間相互作用組分子特征的相似性和差異悼凑，以確定針對(duì)細(xì)胞間串?dāng)_的新免疫治療靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

Merav Cohen, Amir Giladi et al. The interaction of CD4+ helper T cells withdendritic cells shapes the tumor microenvironment and immune checkpointblockade response [J]. Nature Cancer . 2022.Mar 10:303–317.