《科学》:分析了40万个T细胞 发现他们“躺”的方式大不相同

来源：奇点蛋糕2022-01-14 18:05

近年来，癌症免疫治疗(主要以T细胞为靶点)在临床上取得了巨大成功，大大延长了癌症患者的生存期，但不同类型癌症的治疗效果差异很大。这主要是因为免疫治疗的效果不仅取决于癌症患者的肿瘤免疫浸润，还取决于肿瘤免疫微环境中的效应T细胞是否更容易“耗竭”，这在不同类型的癌症中有很大的不同。一直以来，肿瘤免疫治疗领域没有什么区别。

近年来，癌症免疫治疗(主要以T细胞为靶点)在临床上取得了巨大成功，大大延长了癌症患者的生存期，但不同类型癌症的治疗效果差异很大。

这主要是因为免疫治疗的效果不仅取决于癌症患者的肿瘤免疫浸润，还取决于免疫微环境中的效应T细胞是否更容易“耗竭”，这在不同类型的癌症中有很大的不同。

长期以来，免疫治疗领域一直没有对不同癌症的免疫微环境进行系统的比较研究。随着单细胞技术和TCR测序技术的兴起，这个谜团正在逐渐被揭开[1]。

近日，由北京大学张泽民、季家福、卜兆德、胡雪达四位科学家领衔的研究团队在《科学》发表了重要研究成果[2]。

利用单细胞技术，他们建立了涉及21种癌症类型和397，810个T细胞的转录组图谱。他们发现有许多不同的方式使T细胞衰竭。不同类型的癌症有特定的方式，特定的T细胞亚群与患者的某些属性有关，如突变负荷，这表明微环境可能在这一过程中发挥重要作用。

肿瘤浸润淋巴细胞是微环境的重要组成部分，称为免疫微环境。其中，T细胞是影响患者免疫治疗反应的细胞。一旦大量的T细胞从功能性效应T细胞的状态进入到禁用耗竭的状态，免疫治疗的效果就会大大降低。

不同癌症中T细胞耗竭的过程是不一致的。有研究发现，CD8 T细胞会从失能前的状态逐渐线性转变为衰竭的T细胞[3]；然而，肺癌患者的T细胞有两种残疾前状态[4]。这一动态过程也受到许多转录因子的调控。

不仅如此，不同类型癌症的T细胞特征也不同，比如与肺癌相比，结肠癌中衰竭的T细胞比例更高[5]，而多发性骨髓瘤几乎没有衰竭的T细胞[6]。

但目前该领域的研究仅限于比较3-4种癌症，不够全面。有鉴于此，张泽民教授等人建立了包含21种癌症T细胞的单细胞转录组图谱，从316例患者的组织、邻近组织和外周血中提取了397，810个T细胞。他们测量了46.4%的细胞，其余的来自批量校正后公布的数据。

他们从这些T细胞中鉴定出17个CD8和24个CD4亚群，这些亚群为80%的癌症类型所共有。

有一些以前报道过的和新发现的，包括GZMK效应记忆T细胞(Tem)、终末分化效应记忆T细胞(Temra)、ISG T细胞、KIR NK样T细胞、组织驻留记忆T细胞(Trm)、四个耗竭的CD8 T细胞(Tex)、三个卵泡辅助T细胞(TFH)和四个调节性T细胞(Treg)。

通过比较不同的组织，他们发现不同组织中T细胞的组成是不同的。组织中的大多数CD8 T细胞是衰竭的T细胞，而大多数CD4 T细胞是TNFRSF9 Treg。

为了确定哪些T细胞是潜在的肿瘤反应性T细胞(pTRTs)，研究人员计算了上述类型T细胞的数量增殖率(表示数量)和群体扩增率(表示亚群的分布范围)，这两个值非常大，以考虑某个T细胞为肿瘤反应性T细胞，即群体数量和细胞数量相对较大。

经过比较，他们认为TFH/TH1、TNFRSF9 Treg、CD8 ISG T细胞和4个Tex细胞属于pTRTs。这也代表了体内的抗免疫反应。

在属于CD8的pTRTs中，Tex是主要类型。因此，研究人员结合基因表达和TCR数据来分析T细胞耗竭过程的轨迹。

总的来说，CD8 T细胞从最初的T细胞分化，最终成为Temra或Tex。但是，通过进一步分析Tex的进化分支，他们发现了两种不同的进化路径，一种是初始T细胞到IL7R记忆T细胞，再到GZMK T细胞，最后到末端Tex(P1)；另一个是IL7R记忆T细胞到达ZNF683 CXCR6 Trm，最终成为终端Tex(P2)。这两条进化路径甚至在某些样本中同时存在。

之前假设表达CXCR5和TCF7的祖细胞会增加末端Tex。然而，研究人员在他们的数据中没有发现这种现象。

然后，他们分析了P1和P2途径在不同类型癌症中的普遍性，发现12种癌症中的11种的T细胞通过P1或P2转化为Tex，这表明P1和P2是普遍性的T细胞进化途径。然而，仍然有一些T细胞进化没有使用P1和P2，比如已经被Tc17进化的，这显示了T细胞进化的异质性。

以上分析是通过比较末端Tex和中间Tex(如GZMK Tex)TCR的相似性来确定T细胞的进化路径。此外，研究人员还比较了末端Tex之间与非衰竭状态相关的特征基因的表达模式(相同细胞类型的比较)。

他们发现，在卵巢癌中，Treg相关转录因子FOXP3高表达的末端Tex被转化为CD8 Tex相关基因CXCL13高表达的末端Tex。此外，食管癌和胃腺癌中的Tc17相关特征也具有与表达CXCL13的Tex相似的TCR。这些结果再次证明了T细胞的进化路径，也表明Tex在不同的癌症中可能有不同的功能。