Nature Cancer | 傅阳心/李博团队合作发现新抗原疫苗与免疫检查点阻断联合治疗的新机制

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全球癌症疫苗研究已有近30年的历史。目前，仅在美国ClinicalTrials.gov注册的Cancer Vaccine临床研发项目就多达2153项。但真正能够被批准上市的治疗性癌症疫苗却寥寥无几。从研发策略来看，这些疫苗选择的大多数是肿瘤相关抗原（TAA）。TAA虽然在肿瘤细胞上高表达，但在一些正常组织也有表达，这样就会导致抗原特异性T细胞在发育过程中形成“中枢免疫耐受”，从而无法有效的刺激抗肿瘤T细胞免疫反应。随着NGS测序技术的发展，肿瘤新抗原（neoantigen）概念的提出为肿瘤疫苗的发展提供了新的思路。Neoantigen通常由肿瘤细胞基因组突变产生，仅存在于肿瘤细胞中。由于正常细胞不表达neoantigen，所以针对neoantigen的肿瘤疫苗能更有效的激发T细胞免疫反应。Steven Rosenberg和Robert Schreiber等团队先后报道了靶向neoantigen的免疫治疗策略【1,2】。Dana-Farber癌症研究中心的Catherine Wu团队在2017年首次报道了新抗原疫苗在黑色素瘤病人中的应用，在受试患者中均产生了理想的免疫反应和治疗效果，为该疗法的广泛应用奠定了基础【3,4】。

然而，尽管该疗法具有很好的应用前景，但患者响应与否的机制尚未阐明。一些对新抗原疫苗反应较差的病人在接受免疫检查点阻断（αPD-1）辅助治疗后能够产生完全的免疫应答，而这一联合治疗的机制也有待于进一步回答。

图1 基于新抗原的肿瘤疫苗临床实验【5】

2022年4月7日，美国德州大学西南医学中心傅阳心（现清华大学讲席教授）团队和李博团队在Nature Cancer杂志上发表了题为Concurrent delivery of immune checkpoint blockade modulates T cell dynamics to enhance neoantigen vaccine-generated antitumor immunity的文章。该研究利用小鼠的MC38肿瘤模型，通过单细胞测序技术和TCR谱系追踪的方法对新抗原疫苗（neoantigen vaccine）和免疫检验点阻断（αPD-L1）联合治疗过程中T细胞的动态变化进行了刻画。鉴定出联合治疗诱导的neoantigen特异性T细胞亚群及其表型。进一步的机制研究表明，疫苗在淋巴结中诱导的T细胞“克隆替换”了肿瘤组织中的T细胞并在αPD-L1的辅助下分化为效应T细胞，从而诱导了长效抗肿瘤免疫反应。该效应T细胞亚群的分子标志物能够预测病人的预后以及对免疫治疗的反应。

研究团队首先利用小鼠的MC38肿瘤模型【6】对neoantigen vaccine的治疗效果进行了评估，结果发现单独治疗只产生了部分抗肿瘤效果并伴随着neoantigen特异性T细胞在肿瘤中的耗竭（PD-1+TIM-3+），而 neoantigen vaccine与αPD-L1的联合治疗产生了协同效应和免疫保护，与临床实验所观察到的现象完全一致。基于此，研究团队进一步利用单细胞转录组和TCR测序技术对治疗过程中T细胞动态变化进行了分析。

图二：研究流程

结果表明，联合治疗有效的抑制了耗竭CD8 +T 细胞和Treg细胞的增值能力，增加了Th1-like CD4 T细胞和效应T细胞的比例。通过TCR的追踪，研究团队发现效应CD8 T 细胞与肿瘤内其他CD8 T细胞有较少的共享TCR，却与引流淋巴结中的记忆CD8 T 细胞有很多一致的TCR。通过假时间轨迹分析证明，联合治疗促进了淋巴结迁出T细胞在肿瘤组织里向效应T细胞的分化。

为了进一步鉴定出neoantigen特异性T细胞的表型，研究团队首先利用tetramer染色和流式分选建立了新抗原特异性TCR文库，然后又利用了前期开发的iSMART 算法对TCR的相似性进行了分类和排序【7】。经过这两步富集后，研究团队发现肿瘤中的neoantigen特异性T细胞主要分布在效应T细胞亚群中，这些T细胞高表达Cxcr3，Ccl5，Fasl和Gzma，同时不表达Havcr2和Lag3等共抑制分子。

为了验证单细胞测序分析的结论，研究团队首先对neoantigen 特异性T细胞的分子标志物（CXCR3+/LAG3-）进行了流式验证；其次，为了追踪neoantigen特异性T细胞的来源，研究团队利用FTY720阻断和过继转移的实验同时证明，淋巴结中的T细胞对联合治疗的效果是必需的。

最后，研究团队根据neoantigen特异性T细胞的差异表达基因定义了CAST (Cancer Antigen Specific T cell) score，该score不仅与病人的预后呈正相关，并且能够预测病人对免疫治疗的效果。

综上所述，该研究系统地阐明了neoantigen vaccine与αPD-L1联合治疗的机制。Neoantigen vaccine能够为αPD-L1提供有效的T细胞浸润，而αPD-L1又能够维持neoantigen vaccine诱导的T细胞在肿瘤组织的功能。因此，两种免疫治疗策略很好的产生了协同效应。同时，该研究鉴定出了新抗原特异性T细胞的分子标志物，为预测免疫治疗的效果提供了可靠的评判标准。

该研究的通讯作者是美国德州大学西南医学中心的李博教授和傅阳心教授（现清华大学讲席教授）。刘龙超博士、陈佳慧博士、张洪溢博士是本文的共同第一作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s43018-022-00352-7

制版人：十一

参考文献

1. Tran, E. et al. Cancer immunotherapy based on mutation-specific CD4+ T cells in a patient with epithelial cancer. Science 344, 641-645 (2014).

2. Alspach, E. et al. MHC-II neoantigens shape tumour immunity and response to immunotherapy. Nature 574, 696-701 (2019).

3. Ott, P.A. et al. An immunogenic personal neoantigen vaccine for patients with melanoma. Nature 547, 217-221 (2017).

4. Sahin, U. et al. Personalized RNA mutanome vaccines mobilize poly-specific therapeutic immunity against cancer. Nature 547, 222-226 (2017).

5. Jiang, T. et al. Tumor neoantigens: from basic research to clinical applications. J Hematol Oncol 12, 93 (2019).

6. Yadav, M. et al. Predicting immunogenic tumour mutations by combining mass spectrometry and exome sequencing. Nature 515, 572-576 (2014).

7. Zhang, H. et al. Investigation of Antigen-Specific T-Cell Receptor Clusters in Human Cancers. Clin Cancer Res 26, 1359-1371 (2020).

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