《自然》:科学家首次证实,肿瘤中存在大量与癌症不相关的“吃瓜”杀伤性 T 细胞,难怪有些患者对免疫治疗没反应

伴随着《我不是药神》票房的高歌猛进,格列卫的抗癌奇迹为更多的人知晓。

遗憾的是,这个奇迹是无法复制的。即使是当下被誉为“神药”的 PD- 1 抗体等免疫检查点抑制剂,在疗效上也无法与格列卫媲美。

QQ 截图 20180710072155

免疫治疗,尤其是免疫检查点抑制剂治疗,可以有效恢复 T 细胞消灭癌细胞的能力,从而给患者带来显著和持续的临床反应。不过,越来越多的研究证明,仅有一部分患者能从治疗中获益,大部分患者对这种疗法还是不响应。

至于背后的原因,比较复杂,有科学家认为是肿瘤还有更多的免疫抑制手段待发现,也有科学家发现是 PD- 1 抗体进入人体之后被“吃掉”了。

前不久,来自新加坡的 Singapore Immunology Network(SIgN)的 Evan W. Newell 团队发现了一个让人无奈的原因。

理论上讲,进入到肿瘤里面的杀伤性 T 细胞应该是为了杀灭癌细胞而生的。但是,Newell 的团队却发现,患者肿瘤组织里面不仅有杀灭癌细胞杀伤性 T 细胞;还有大量与癌症无关的、原本应该是识别病毒的“旁观者”杀伤性 T 细胞,这些 T 细胞根本就“不认识”癌细胞。

QQ 截图 20180710072244

跟癌症相关的杀伤性 T 细胞被癌细胞干趴下了,周围是一群没有抗癌能力的旁观者杀伤性 T 细胞(插画师:王爽)

尤其是在那些预后差的癌症患者肿瘤组织中,旁观者杀伤性 T 细胞占比更多。这些旁观者杀伤性 T 细胞眼看着有杀癌细胞能力的 T 细胞被肿瘤组织耗竭,不会伸以援手,所以免疫检查点抑制剂拿这帮 T 细胞也是没办法了。

Newell 团队的这一重要研究成果发表在顶级期刊《自然》上 [1]。这一发现将对免疫检查点抑制剂和 CAR- T 治疗产生深远的影响。

QQ 截图 20180710072307

肿瘤组织里面存在多种不同的 T 细胞

之前的大量研究表明,肿瘤里面的浸润 T 细胞(TILs)是有高度的异质性的 [2-4]。Newell 团队也发现,肺癌和肠癌患者的肿瘤浸润性杀伤性 T 细胞也存在高度的异质性。

于是这帮科学家就想调查抗原特异性杀伤性 T 细胞,了解肿瘤微环境内杀伤性 T 细胞异质性的基础,以及这种异质性对癌症治疗的影响。

他们使用质谱流式细胞术联合主要组织相容性复合体(MHC)四聚体染色技术,分析肿瘤中 T 细胞对 1091 个假定的新抗原,123 个肿瘤相关抗原和 46 个与肿瘤无关的抗原(主要是病毒抗原)的特异性识别情况。

QQ 截图 20180710072330

研究流程

让他们没有料到的是,他们在 37.5% 的肺癌患者癌组织里面检测到了癌症不相关的 MHC 四聚体,在 50% 的肠癌肠癌患者癌组织里面也检测到了癌症不相关的 MHC 四聚体。

在这些患者组织里发现的 MHC 四聚体都是特异性识别 EB 病毒、人巨细胞病毒,或者流感病毒的抗原决定簇。肿瘤里面的这些特异性识别病毒的 CD8+ T 细胞是从哪里来的呢?

研究人员分析了它们表面的 CD69 和 / 或 CD103,这两个蛋白都是肿瘤浸润 T 细胞的标志性特点 [5],结果发现大量的细胞都表达了这两个标志物,这就表明这些肿瘤不相关的 CD8+ T 细胞应该是肿瘤自己的,不是经过血管从其他受感染的地方溜达过来的。

QQ 截图 20180710072352

这个发现表明,并不是所有的 CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞都是特异性识别肿瘤表面的抗原的,有些旁观者 CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞特异性识别癌症不相关的抗原决定簇。(至于为什么会这样,作者没有探讨,隐约感觉背后有大秘密)

既然,肿瘤组织里面存在肿瘤特异性和肿瘤不相关的 CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞,那么它们的表型有啥差异呢?

仔细分析之后,研究人员发现,肿瘤特异性的 CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞与肿瘤不相关的 CD8+ T 细胞在表型上有重叠,例如它们都表达共刺激因子;甚至原本认为只在肿瘤特异性 CD8+ T 细胞上才表达的抑制受体 TIGIT 和 PD-1[6,7],在肿瘤不相关的 CD8+ T 细胞表面也有。

QQ 截图 20180710072418

难道就没有办法区分它们了吗?

在分析了大量的数据之后,研究人员终于发现,肿瘤不相关的 CD8+ T 细胞似乎表达极其少,或者不表达 CD39。但是那些肿瘤特异性的 CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞高表达。

基于这些数据,研究人员认为,CD39 可以作为肿瘤特异性的 CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞的一个有效的标志物。

为了更好的比较 CD39-CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞和 CD39+CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞的特点,研究人员又对这两类 T 细胞做了转录组分析。

他们发现,CD39+CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞表达的基因更多是与细胞的增殖和耗竭相关,这是慢性抗原持续刺激的 T 细胞特征。蛋白层面分析发现,从肠癌和肺癌肿瘤组织中分离出的 CD39+CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞,无论是表型还是功能都表现出耗竭特点。说明这类 T 细胞有抗癌的能力,不过活性已经被肿瘤抑制,亟待免疫检查点抑制剂的解救。

这就意味着,表达 CD39 定义了一类高度耗竭的 T 细胞;而那些不存在 CD39 的 T 细胞则是另外一个群体,它们的表型与肿瘤的慢性抗原刺激不一致,是个彻头彻尾的旁观者。

QQ 截图 20180710072444

那么在临床中 CD39 作为一个新的标志物是不是好使呢?

在肺癌患者的肿瘤组织里,CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞表面 CD39 的表达水平在每个患者之间的差异是非常大的。而且 CD39+CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞出现的频率与 EGFR 突变的状态有密切的关系。

之前的研究表明,与 EGFR 野生型的肺癌患者相比,EGFR 突变型的患者对 PD- 1 的治疗反应较差 [8]。这是否与肿瘤浸润 T 细胞的异质性有关呢?

在本研究中,研究人员发现,与 EGFR 突变型的患者相比,CD39+CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞的频率在 EGFR 野生型的肺癌患者显著升高。

甚至在大约 50% 的 EGFR 突变型的患者体内,几乎就找不到 CD39+CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞。而这个群体接受 PD- 1 抗体治疗效果恰恰比较差,这可能与 EGFR 突变型的患者体内存在大量的旁观者 CD39-CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞有关。

QQ 截图 20180710072505

研究人员随后有分析了一个微卫星不稳定的转移性结直肠癌患者的外周血。这位患者在接受 PD- 1 抗体治疗之后,实现了快速的临床响应。他们发现,这名患者外周血的 CD8+ T 细胞高表达 CD39。这个数据表明,外周血中 CD39+ T 细胞的变化,可能是患者响应 PD- 1 抗体治疗的表现。这就意味着,医生可以用外周血中 CD39+ T 细胞的变化判断患者对 PD- 1 抗体治疗的响应程度。

总的来说,这个研究证实人体肿瘤组织中不仅有肿瘤特异性的 CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞,还有大量与肿瘤无关的旁观 CD8+ 肿瘤浸润 T 细胞,而这两类 T 细胞可以用 CD39 这个标记物区分开。

旁观者 T 细胞标记物的确定,不仅可以辅助免疫检查点抑制剂治疗,还可以用于 CAR- T 细胞制备过程中 T 细胞的筛选。可以预见,免疫治疗的效果,将因为这个标记物的出现而变得更加有效。

参考资料:

[1]. Simoni Y, Becht E, Fehlings M, et al. Bystander CD8+ T cells are abundant and phenotypically distinct in human tumour infiltrates[J]. Nature, 2018, 557(7706): 575.

[2]. Lavin Y, Kobayashi S, Leader A, et al. Innate Immune Landscape in Early Lung Adenocarcinoma by Paired Single-Cell Analyses[J]. Cell, 2017, 169(4): 750-765.

[3]. Chevrier S, Levine J H, Zanotelli V R, et al. An Immune Atlas of Clear Cell Renal Cell Carcinoma[J]. Cell, 2017, 169(4): 736-749.

[4]. Zheng C, Zheng L, Yoo J, et al. Landscape of Infiltrating T Cells in Liver Cancer Revealed by Single-Cell Sequencing[J]. Cell, 2017, 169(7): 1342-1356.

[5]. Anz D, Mueller W, Golic M, et al. CD103 is a hallmark of tumor‐infiltrating regulatory T cells[J]. International Journal of Cancer, 2011, 129(10): 2417-2426.

[6]. Johnston R J, Compsagrar L, Hackney J A, et al. The Immunoreceptor TIGIT Regulates Antitumor and Antiviral CD8+ T Cell Effector Function[J]. Cancer Cell, 2014, 26(6): 923-937.

[7]. Gros A, Robbins P F, Yao X, et al. PD-1 identifies the patient-specific CD8 + tumor-reactive repertoire infiltrating human tumors[J]. Journal of Clinical Investigation, 2014, 124(5): 2246-2259.

[8]. Gainor J F, Shaw A T, Sequist L V, et al. EGFR Mutations and ALK Rearrangements Are Associated with Low Response Rates to PD-1 Pathway Blockade in Non–Small Cell Lung Cancer: A Retrospective Analysis[J]. Clinical Cancer Research, 2016, 22(18): 4585-4593.

本文作者:BioTalker