Cancer Cell | 胃肠癌中新抗原反应性 T 细胞的转录组学特征

原创 榴莲不酥 图灵基因 2022-04-29 07:03

收录于合集#前沿分子生物学机制

撰文：榴莲不酥

IF= 31.743

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亮点：

使用单细胞RNA-seq和体外免疫筛选试验来识别和表征浸润胆管癌和胰腺癌的新抗原反应性T细胞，结果发现大多数CD8+和CD4+新抗原反应性T细胞具有明显转录组特征的耗竭特征。

2022年4月11日，在Cancer cell杂志上发表了一篇“Transcriptomic profiles of neoantigen-reactive T cells in human gastrointestinal cancers”的文章，通过对胆管和胰腺癌患者的肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）进行个性化新抗原的免疫筛选，并结合单细胞RNA测序，表征了浸润胃肠道肿瘤的新抗原反应性T细胞独特的转录组特征。

癌症免疫治疗可以在一些转移性实体癌患者中介导持久的完全应答，越来越多的证据表明，针对体细胞癌突变产生的新抗原的T细胞是这些应答的基础。然而大多数胃肠道癌的突变负担较低，对免疫检查点封闭没有反应，这可能是因为新抗原反应性T细胞反应不足。单细胞测序已成为描述多种癌症类型中TIL的组成和转录组的有力技术，这些研究揭示了TIL的不同基因表达谱，但由于TIL识别的抗原尚未定义，这限制了研究肿瘤反应性T细胞转录组谱的能力，因为并非所有浸润癌症的T细胞都识别肿瘤抗原。因此，需要进行描绘有效的新抗原反应性 T 细胞的转录组学特征。

研究团队首先通过使用已建立的新抗原筛选试验确定是否可以在5名胆管癌患者和5名胰腺腺癌（PDAC）患者中检测到新抗原反应性TIL。为了确定来自TIL片段的淋巴细胞或来自个体患者的分选TIL群体是否可以识别其自体肿瘤突变，将T细胞与表达其TMG或突变肽库的自体APC共培养，并评估通过IFN-γ酶联免疫斑点测定法或T细胞活化标志物4-1BB的流式细胞术分析细胞反应性。在一些胆管癌或PDAC患者中可以发现新抗原反应性TIL。然而，在PD-1high或CD39+、CD103+群体中新抗原反应性T细胞的频率高度可变，并且大多数患者在这些群体中缺乏新抗原反应性T细胞，这表明使用这些方法的方法存在局限性。

为了评估 CD8+ TIL的克隆性，在 1659 个细胞中中成功组装了全长TCRα或β 序列，揭示细胞中的独特 TCRs 和T 细胞中的克隆性 TCRs。不同 T 细胞亚群和簇的克隆扩增程度不同，此外与其他簇相比，只有耗尽的 T 细胞簇 (S8_C3) 在克隆 T 细胞中高度富集。为了评估肿瘤内克隆 T 细胞是否识别自体肿瘤新抗原，将所有分类的 T 细胞亚群中的 36个最具克隆性的 TCR重建并逆转录病毒转导到供体 T 细胞，通过将 TCR 转导的 T 细胞与患者表达 TMG、新抗原肽库和 CEF肽库共培养。测试这些TCR是否能够识别患者的自体新抗原，对于患者 CRI-3061，六个测试的 TCR中有两个识别 TMG3以及 PP3，并且两个 TCR 都特异性识别相同的 COL6A1G1015R突变肽。结果强调，单细胞测序流程可以识别出其他新抗原筛查方法遗漏的新抗原反应性 T 细胞。

新抗原反应性CD8+ TIL的鉴定使我们能够进一步探索这些细胞的特征。超过75%的新抗原反应性T细胞克隆在耗尽的T细胞簇中富集，而不是在未耗尽的GZMK+和ZNF683+簇中富集。在这些观察的基础上，将肿瘤内CD8+ T细胞克隆分为三个子簇：未耗尽的非反应性T细胞克隆（NexNre）、耗尽的非反应性T细胞克隆（ExNre）和耗尽的反应性T细胞克隆（ExRe）并进行了不同亚群之间的差异基因表达分析。结果表明，与NexNre克隆相比，ExRe克隆和ExNre克隆表现出相似的耗竭特征，TOX、HAVCR2、TIGIT、RBPJ和PHLDA1的表达较高，IL7R的表达较低。然而ExReT细胞显著表达高水平的CXCL13和GZMA，与ExNreT细胞相比，ITM2C和GZMK水平较低。进一步分析表明，大多数新抗原反应性细胞共同表达CXCL13和GZMA，而只有少数NexNre和ExNre细胞共同表达这些基因。

为了测试观察到的结果的稳健性，使用10x基因组学平台评估了来自CRI-3571的CD3+TIL的转录组学图谱。在CD8+ T细胞群中，共鉴定出五个簇，包括相同的GZMK+、ZNF683+、PDCD1+、SLC4A10+MAIT细胞簇，这些簇是通过Smart-seq2方法鉴定出来的，而只有一个表达SALL和CCR7的独特的次要中央记忆T细胞簇是通过10x方法捕获的。与大多数耗尽的非反应性TCR克隆相比，携带这种新抗原反应性TCR的大多数细胞共同表达更高水平的CXCL13和GZMA，从而突出了从两个独立平台确定的新抗原反应性转录组谱的一致性。

尽管新抗原反应性CD8+ T细胞一直是抗肿瘤免疫的主要焦点，但CD4+新抗原反应性T细胞也可以介导癌症消退。因此使用scRNA-seq对来自同五名患者的分类CD4+ PD-1-/+/high和CD39+CD103+人群研究了肿瘤新抗原反应性CD4+ T细胞的转录组学特征。共有1441个CD4+ T细胞分布在六个不同的簇中，包括HSPA6+应激相关、CXCL13+衰竭、CCR7+记忆、GZMH+细胞毒性和FOXP3+调节性T细胞簇。CXCL13+耗尽的T细胞和GZMH+细胞毒性T细胞在CD4+ PD-1高人群中显著富集。同时也从患者CRI-3281识别的突变肽池1（PP1）的单细胞数据中发现了五个TCR中的两个。两个TCR识别相同的CELSR2Y2144C突变，但MHC II类等位基因限制不同。来自两个CD4+新抗原反应性克隆的T细胞主要在PD-1高表达人群中富集，但在CD39+CD103+表达中有一小部分，这与流式细胞术结果一致。

为了表征新抗原反应性CD4+ T细胞，团队研究了受试TCR克隆的集群分布，将CD4+克隆分为三个亚组：NexNre、ExNre和ExRe。值得注意的是，耗尽的新抗原反应性和非反应性细胞主要来源于CXCL13表达的耗尽簇，但新抗原反应性CD4+克隆抑制效应器、记忆Th1细胞标记物HOPX、或细胞毒性相关基因ADGRG1的表达增加IL7R表达缺失，表明CD4+新抗原反应性T细胞是具有细胞毒性功能的潜在效应Th1细胞。与DNA错配修复熟练型（MMRp）结直肠癌相比，浸润DNA错配修复缺陷型（MMRd）结直肠癌（CRC）的耗尽克隆性CD4+ T细胞（具有高突变负荷）的CD4+ T细胞的富集程度更高，表明MMRd结直肠癌可能含有高频率的新抗原反应性CD4+ T细胞，这可能有助于提高接受检查点阻断免疫治疗的MMRd癌症患者的临床疗效。

在这项研究中，研究团队开发了一种基于单细胞的方法来描述浸润人类肿瘤的真正抗新生反应性T细胞的转录组学特征。同时表明，与非新抗原反应的旁观者TIL相比，浸润胆管和胰腺癌的新抗原反应性CD8+和CD4+ T细胞具有独特的基因图谱。

作者介绍

EricTran博士，2004年获得维多利亚大学微生物学学士学位，2010年获得维多利亚大学生物化学哲学博士学位，2016年就读于美国国立卫生研究院（NIH）国家癌症研究所外科分部博士后，现任波特兰普罗维登斯癌症中心EarleA.Chiles研究所助理。他是一位经验丰富的研究科学家，其毕生目标是为癌症患者开发新的、更有效的基于T细胞的免疫疗法。曾获得2015年联邦技术转移奖和2017年金梅尔学者奖。他在针对癌症的转化和临床过继T细胞疗法以及评估针对肿瘤新抗原的T细胞反应方面拥有丰富的经验。其目标是开发更有效的基于T细胞的免疫疗法，旨在治疗患有胰腺癌、胆囊癌和其他具有上皮组织的实体器官的癌症患者。

参考文献

Zheng C, FassJN, Shih YP, et al. Transcriptomic profiles of neoantigen-reactive T cells inhuman gastrointestinal cancers. Cancer Cell. 2022 Apr 11;40(4):410-423.e7. doi:10.1016/j.ccell.2022.03.005. PMID: 35413272.