Nat Cancer | 韩吉昌等揭示免疫治疗后恶性黑色素瘤幸存者体内的长效抗肿瘤免疫保护机制

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肿瘤的发生发展不仅与肿瘤细胞自身相关，肿瘤微环境中的免疫细胞也与肿瘤的生长以及治疗有着密切的关系。其中CD8⁺ T 细胞通过细胞表面的TCR识别肿瘤相关抗原，进而杀伤肿瘤细胞，组成抗肿瘤免疫的重要一环。免疫检查点抑制剂免疫治疗 (checkpoint blockade immunotherapy) 通过调节肿瘤微环境中耗竭CD8⁺ T 细胞(exhausted CD8⁺ T cells) 的功能并促进免疫细胞的浸润和增殖，在多种癌症包括黑色素瘤，非小细胞肺癌的治疗中取得了重大成功。接受anti-PD1, anti-CTLA4 双单抗治疗的恶性黑色素瘤患者的5年生存率超过了50%【1-3】。由于黑色素瘤与正常的黑色素细胞共享某些抗原，因此在接受免疫治疗的恶性黑色素瘤患者中，有一部分患者会因为免疫细胞在杀伤肿瘤细胞的同时也杀伤自身黑色素细胞，进而产生自免疫疾病白癜风。而这一部分在黑色素瘤免疫治疗过程中产生白癜风的患者与其他患者相比往往有着更加良好的预后【4】。

CD8⁺ T细胞有不同的亚型，包括效应CD8⁺ T 细胞 (effector CD8⁺ T cell) 和记忆CD8⁺ T细胞 (memory CD8⁺ T cell) 。效应T细胞虽然细胞毒性强，杀伤力大，然而寿命短，细胞群体在增值后会快速收缩。而记忆CD8⁺ T细胞则可以长期生存，对于肿瘤这类慢性疾病的免疫监控发挥重要的作用。记忆CD8⁺ T细胞根据其存在位置和功能的不同可分为存在于血液和二级淋巴器官中的中央记忆CD8⁺ T细胞 (central memory CD8⁺ T cell, T_CM)，存在于血液和外周组织的效应记忆CD8⁺ T 细胞 (effector memory CD8⁺ T cell, T_EM)，具有高度增殖分化能力的干性记忆CD8⁺ T 细胞 (stem cell memory CD8⁺T cell, T_SCM) 和近几年发现的只存在于多种外周组织而不参与淋巴细胞再循环，在多种实体肿瘤抗肿瘤免疫中都发挥重要作用的驻留记忆CD8⁺ T 细胞(resident memory CD8⁺ T cell, T_RM)【5】。近年来，虽然有大量优秀的工作揭示了不同亚型CD8⁺ T细胞在免疫治疗和肿瘤免疫中发挥的重要作用，然而对于存在与良好预后的肿瘤患者幸存者体内的长效抗肿瘤免疫保护反应的探索缺尚未欠缺。因此，揭示存在于这些癌症幸存者体内的长效抗肿瘤免疫保护机制对于更好的理解和设计针对其他患者以及肿瘤类型的免疫治疗有重要的意义。

2021年3月24日，达特茅斯希区柯克癌症中心 (Dartmouth-Hitchcock Norris Cotton Cancer Center) Mary Jo Turk免疫学实验室与现就职于密歇根罗杰儿癌症中心的外科肿瘤学Christina Angeles团队合作 (第一作者为达特茅斯学院微生物与免疫系韩吉昌) 在Nature Cancer发表文章 Resident and circulating memory T cells persist for years in melanoma patients with durable responses to immunotherapy，对一组在免疫治疗中出现白癜风的恶性黑色素瘤幸存者体内的CD8⁺ T细胞进行了研究，意图揭示重要长效抗肿瘤免疫保护反应的相关特征。

作者从每位黑色素瘤幸存者身上采集了匹配的血液，肿瘤和肿瘤远端白癜风皮肤组织样本，并对其中的CD8⁺ T细胞进行了单细胞转录组 (single-cell RNA sequencing) 和单细胞T细胞受体 (single-cell TCR sequencing) 测序。实验结果首先发现了存在于血液中的CD8⁺ T细胞与存在于肿瘤和皮肤组织中的CD8⁺ T细胞整体有着不同的表型：中央记忆性CD8⁺ T细胞，效应记忆性CD8⁺ T细胞和效应CD8⁺ T细胞主要存在于血液中，而在驻留记忆性CD8⁺ T细胞以及干性记忆性CD8⁺ T细胞则只被发现存在于肿瘤和皮肤组织中。免疫组化和流逝细胞术的结果也证实了相同的结论。对于驻留记忆性CD8⁺ T细胞的进一步分析发现有三种不同的亚型，其中一群高表达重要的促炎症细胞因子——干扰素 (IFNG) 和肿瘤坏死因子 (TNF)，被命名为T_RM-IFNG。这群细胞的基因标签 (gene signature) 被发现可以预测恶性黑色素瘤患者的生存期，揭示了T_RM-IFNG驻留记忆性CD8⁺细胞在肿瘤患者的长期生存过程中可能发挥的重要作用。

虽然从基因表达层面，作者发现了可能参与肿瘤长效免疫的重要免疫细胞群体，然而这群CD8⁺ T细胞是否能潜在的识别肿瘤抗原，也是他们是否能发挥抗肿瘤免疫的重要因素。CD8⁺ T细胞表面的T细胞受体(TCR)不会随着细胞的增殖和表型的变化而改变，因此可以利用在肿瘤里克隆性增殖的CD8⁺ T细胞上的T细胞受体作为标记物(clonal expanded CD8⁺ T cells)，匹配在血液和皮肤里的记忆性CD8⁺ T细胞表面的T细胞受体，从而探究非肿瘤组织中的CD8⁺ T细胞是否具有相同的肿瘤识别功能。通过分析单细胞T细胞受体测序数据，作者发现了许多共存于肿瘤以及血液和皮肤中的CD8⁺ T细胞克隆型；而且同时存在于血液，皮肤和肿瘤里的CD8⁺ T细胞克隆型在皮肤中以促炎性T_RM-IFNG驻留记忆性CD8⁺T细胞的表型存在，而这群细胞的基因标签恰恰也具有预测黑色素瘤患者预后的能力。

更加重要的问题是，这些从基因表达上展现出记忆性T细胞特征的CD8⁺ T细胞是否真的在肿瘤患者的体内可以长期存活并发挥抗肿瘤免疫功能？为了研究肿瘤长效免疫保护机制，作者收集了共7位黑色素瘤幸存者的皮肤，血液以及存储在病理科距离皮肤，血液取样至少3年以上的原发或转移黑色素瘤样本，并进行了T细胞受体测序 (bulk TCRβ DNA sequencing)。通过与肿瘤样本中的CD8⁺ T细胞克隆型进行比对，作者发现与肿瘤相关的CD8⁺ T细胞克隆型可以再血液和皮肤中存在长达9年之久，并且相对于血液，皮肤更像一个肿瘤相关CD8⁺ T细胞克隆的’博物馆’,保留着更加高密度的肿瘤相关CD8⁺ T细胞。通过与单细胞转录组的数据整合，作者发现存在长达数年的抗肿瘤CD8⁺ T细胞在皮肤里以T_RM-IFNG驻留记忆性CD8⁺T细胞的表型存在而在血液里以效应记忆性CD8⁺细胞存在。

这项研究证明了肿瘤相关CD8⁺T细胞在肿瘤幸存者的体内以多种不同的记忆性细胞表型存在，并且提供全身系统性的长效抗肿瘤免疫保护作用。更加深入的研究对免疫治疗有良好反应的肿瘤患者体内的免疫细胞的动态变化对理解有癌症治愈性的免疫反应以及如何利用这样的免疫反应挽救更多不同类型的肿瘤患者有重要的意义。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s43018-021-00180-1

制版人：十一

参考文献

1 Hellmann, M. D. et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Non-Small-Cell Lung Cancer. N Engl J Med 381, 2020-2031, doi:10.1056/NEJMoa1910231 (2019).

2 Larkin, J. et al. Five-Year Survival with Combined Nivolumab and Ipilimumab in Advanced Melanoma. N Engl J Med 381, 1535-1546, doi:10.1056/NEJMoa1910836 (2019).

3 Ganesan, A.-P. & Ottensmeier, C. H. H. Melanoma-reactive T cells take up residence. Nature Cancer 2, 253-255, doi:10.1038/s43018-021-00189-6 (2021).

4 Freeman-Keller, M. et al. Nivolumab in Resected and Unresectable Metastatic Melanoma: Characteristics of Immune-Related Adverse Events and Association with Outcomes. Clin Cancer Res 22, 886-894, doi:10.1158/1078-0432.CCR-15-1136 (2016).

5 Han, J., Khatwani, N., Searles, T. G., Turk, M. J. & Angeles, C. V. Memory CD8(+) T cell responses to cancer. Semin Immunol 49, 101435, doi:10.1016/j.smim.2020.101435 (2020).

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