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導讀
免疫治療改變了晚期腫瘤的治療方式，但許多患者沒有從這些藥物中長期獲益。其中T細胞是首要的抗腫瘤免疫調節因子并在免疫治療反應中發揮著重要的作用。前段時間我看到The New England Journal of Medicine上發表了一篇文章名為Tumor-Infiltrating T Cells — A Portrait1給我帶來很多啟發，在此為大家解讀這篇文章，并分享相關的科研思路。
文獻速讀
盡管免疫治療已經在臨床上取得了實質性進展，但我們并不了解腫瘤浸潤性T細胞在不同類型癌癥中的表型和功能，以及它們如何影響臨床結果。近年來，單細胞RNA序列分析技術使我們能夠更加深入了解各種腫瘤及其浸潤性免疫細胞的細胞組成和表型。在研究慢性病毒感染和黑色素瘤的小鼠模型中，科學家們已經發現了高度功能失調的“終末衰竭”CD8+T（Tex）細胞、祖細胞以及能夠增殖和分化的中間態T細胞亞群。此外，對人類單個腫瘤類型也有研究。比如在黑色素瘤的病人中Tex祖細胞在免疫治療的作用以及腫瘤浸潤性T細胞在腎細胞癌進展過程中的變化。但是，在不同類型腫瘤中，腫瘤浸潤T細胞的表型和亞群尚未明確。值得注意的是近期張澤民教授團隊發表文章對腫瘤免疫環境的T細胞異質性進行全面的闡述。
張澤民教授團隊匯總了316名患者的397810條個體腫瘤浸潤T細胞或循環T細胞scRNA序列（部分含有T細胞受體數據），并將其整合成具有21種不同腫瘤的T細胞泛癌圖譜。其團隊發現不同腫瘤中的CD8+T細胞和CD4+T細胞表型具有高度異質性。腫瘤中可見4種耗竭型CD8+T群體的富集，并通過計算細胞分化軌跡發現2條幼稚T細胞激活到終末CD8+T細胞耗竭的潛在途徑：第一條途徑通過GZMK（顆粒酶K）陽性效應記憶T細胞；另一條通過ZNF683（鋅指蛋白683）表達陽性的組織駐留記憶T細胞（Trm）。盡管一些腫瘤以其中一種途徑為主，但是在絕大多數腫瘤中都能發現這兩種途徑。同時，作者還發現了其他具有個體腫瘤特有的T細胞耗竭途徑。
張澤民教授團隊還推斷出在腫瘤組織中富集的潛在腫瘤反應性CD4+T細胞——表達IFNγ（干擾素γ）的濾泡輔助性T細胞（Tfh）（或稱1型輔助T細胞Th1）及表達TNFRSF9（腫瘤壞死因子受體超家族成員9）的調節性T細胞。上述細胞與Tex細胞同時存在腫瘤中，這一T細胞組合似乎會對I型干擾素和轉化生長因子β產生應答反應。這一發現提示腫瘤微環境可能影響腫瘤浸潤T細胞的表型。作者還發現臨床特征（BMI）和體細胞腫瘤特征（腫瘤突變負荷和 FAT1 突變）會影響腫瘤浸潤T細胞。最后，通過分析所有腫瘤樣本中的T細胞組成，作者確定了兩個的腫瘤組——富含Trm細胞組或Tex細胞組。外部數據表明，Tex細胞的富集在多種類型腫瘤中與更差的預后相關，且在黑色素瘤中導致患者對PD-L1阻滯劑敏感性下降。
該研究的數據不僅根據病理特征還綜合浸潤免疫細胞特征來定義腫瘤類型。最終，明確腫瘤免疫學特征（免疫原型）可能有助于精準免疫治療的發展，這種新方法可以指導個體或組合療法（針對特定免疫病理機制、針對靶標腫瘤抗原的抗原）。但是，仍需要對所提出的細胞表型的作用機制和分化途徑進行功能驗證，才能將這類計算數據轉變為腫瘤免疫環境中的評估指標。在生物學層面，RNA表達情況可以影響對應蛋白質功能。此外，為了使T細胞發揮抗腫瘤活性，它們必須識別特異性腫瘤抗原，并克服免疫抑制細胞間的相互作用。因此，了解抗腫瘤T細胞的特定靶點、細胞相互作用方式以及空間位置，對于理解T細胞亞群對患者預后的影響以及提高癌癥免疫療法的療效至關重要。
思路擴展：
目前，還有相當多的癌癥患者不能夠很好地響應腫瘤免疫治療，其中很重要的一個原因就是我們對腫瘤微環境了解的不多，單細胞測序技術恰好可以解決這一問題。單細胞組學技術助力腫瘤免疫研究體現在多個方面，比如，能夠讓我們更進一步的了解腫瘤免疫微環境和腫瘤微環境，從而指導腫瘤免疫治療的方案。
CAF通過調節血管生成、細胞外基質(ECM)的組織和TME中的炎癥來誘導腫瘤的進展和轉移。針對TME中腫瘤間質的藥物，如血管生成抑制劑，正在開發中。然而，這些藥物在一小部分患者中表現出的療效有限。因此，迫切需要更全面地了解TME中間質細胞的概況，并更深入地了解不同癌癥與TME細胞亞群之間的關系。如下案例中2，作者發現腫瘤上皮細胞表現出顯著的瘤內和瘤間變異，而CAF主要表現為瘤內變異。此外，作者還在GC中鑒定了四個不同性質的CAF亞群。這四個CAF亞群與其鄰近粘膜中的常駐成纖維細胞具有相似的特性，但同時也顯示出增強的促腫瘤活性。此外，兩個CAF亞群，炎性CAF(ICAF)和細胞外基質CAF(ECAF)與GC TME中相鄰的免疫細胞亞群相關。ICAF通過分泌IL-6和CXCL12與T細胞相互作用，而ECAF通過Periostin(POSTN)表達與M2巨噬細胞相關。另外，ECAF作為促侵襲性CAF亞群減少了GC患者的總體生存時間。
同時，癌癥相關成纖維細胞(CAF)被認為是檢查點免疫治療反應的潛在介質。然而，這些細胞的異質性阻礙了人們對它們在腫瘤微環境中的免疫調節作用的理解。于是下文3作者對4例患者腫瘤進行了單細胞RNA測序(scRNA-seq)，這些腫瘤是晚期頭頸部鱗狀細胞癌患者并且接受了αpd-1（nivolumab）治療。然后作者進行相關分析，鑒定出14種不同的CAF細胞類型。結果顯示，成纖維細胞群體在接受nivolumab治療后顯示出顯著的豐度變化。在成纖維細胞亞型中，HNCAF-0/3是nivolumab應答的預測指標，而HNCAF-1與免疫抑制有關。從功能上講，HNCAF-0/3可減少的PD-1+TIM3+ CD8 T細胞的耗竭（TGFβ依賴性），增加CD103/NKG2A型T細胞的駐留記憶表型，并增強T細胞的細胞毒性作用。
簡單的總結下單細胞分析CAF的切入點：CAF的異質性與其他基質細胞、腫瘤細胞的相互作者用，在腫瘤發展、轉移、預后的作用（如上述案例一），對免疫治療效果的評估（如上述案例二）。其中案例二的方法重復性高，容易學習，強烈推薦。
其在調節腫瘤炎癥反應以及血管生成等方面發揮重要作用，因而成為腫瘤治療的又一熱門細胞。盡管單細胞轉錄組測序技術已經被廣泛應于描述腫瘤浸潤免疫細胞特征，并在特定腫瘤類型內鑒定出新的髓系細胞類群。但是，這些新鑒定的髓系細胞亞群是否廣泛存在于各類腫瘤內部尚不清楚。比如，檢查點免疫療法增加了T細胞對腫瘤的控制，但受到免疫抑制髓系細胞的破壞。TREM2是一種髓系受體，當然腫瘤浸潤性巨噬細胞也表達TREM2。在這里，作者發現TREM2-/-小鼠對各種癌癥的生長比野生型小鼠更具抵抗力，并且對抗PD-1免疫治療更敏感。此外，聯合使用抗PD-1抗體時，抗TREM2單抗可抑制腫瘤生長并促進腫瘤消退。ScRNA-seq顯示，TREM2缺失和抗TREM2都與腫瘤浸潤液中MRC1+和CX3CR1+巨噬細胞的稀少有關，同時伴隨著表達免疫刺激分子的髓系亞群的擴張，這些分子促進了T細胞反應的改善。TREM2在200多例人類癌癥患者的腫瘤巨噬細胞中表達，并且與兩種癌癥的生存時間呈負相關。因此，TREM2可能被用于修飾腫瘤髓系浸潤和加強檢查點免疫治療4。
腫瘤相關巨噬細胞，（Tumor-Associated Macrophages，TAMs）作為眾多腫瘤浸潤免疫細胞中最重要的亞群之一，在免疫系統和腫瘤細胞的相互作用過程中發揮著至關重要的作用。腫瘤相關巨噬細胞是實體腫瘤中大量存在的一種免疫細胞，在大多數人類腫瘤中，腫瘤相關巨噬細胞的浸潤及其相關基因的表達嚴重影響腫瘤的預后和治療效果。
免疫治療，特別是抗體(Ab)介導的PD-1和PD-L1的阻斷，在PD-L1表達陽性或陰性的多種腫瘤類型中均顯示出持久的臨床反應。但是我們對免疫治療的機制目前知之甚少，這阻礙了新的免疫治療策略的發展。在下文中5，胰腺癌(PAC)對免疫檢查點治療具有抵抗力，但其潛在機制尚不清楚。作者用不同的PAC細胞系建立了四種原位PAC小鼠模型。治療檢查表明，只有由Panc02-H7細胞誘導的腫瘤對αPD-1抗體治療有反應，從而顯著減少腫瘤生長并提高受體小鼠的存活率。單細胞轉錄圖譜描述了腫瘤內不同細胞的分子活性。對比分析和驗證實驗表明，αPD-1敏感和耐藥腫瘤以不同的方式塑造腫瘤免疫微環境中，并顯著改變效應分子CD8+T細胞和腫瘤相關巨噬細胞的數量、頻率和基因圖譜。在耐藥的Panc02形成的腫瘤與Panc02-H7形成的腫瘤相比，耐藥的Panc02形成的腫瘤中檢測到更多耗盡的CD8+T細胞和增加的M2樣TAM，并降低了抗原提呈能力。總之，作者的數據強調了腫瘤誘導的巨噬細胞失衡與腫瘤駐留效應CD8+T細胞的命運以及對αPD-1免疫治療的PAC反應的相關性。
免疫治療所帶來的的不良反應也是一大切入點免疫治療發揮抗腫瘤的作用就是通過激活自身免疫系統來殺傷腫瘤。但是當免疫細胞被激活，有時又會反過來攻擊自身組織。然而，導致嚴重副作用的免疫學機制仍然知之甚少。下文中6，作者對結腸炎免疫細胞群體的全面單細胞分析，結腸炎是檢查點阻滯的一種常見和嚴重的副作用。作者觀察到CD8T細胞顯著積聚，并且處于高度細胞毒性和增殖狀態，沒有發現調節性T細胞耗竭。T細胞受體(TCR)序列分析表明，大部分與結腸炎相關CD8T細胞來自組織駐留群體，這就解釋了為什么治療開始后結腸炎經常發生。作者的分析還確定了細胞因子、趨化因子和表面受體可以作為結腸炎的治療靶點，并可能成為其它炎癥副作用（免疫檢查點阻滯治療導致）的治療靶點。
總之，腫瘤免疫治療是目前該領域最具前景的發展方向之一。隨著PD-(L)1、CTLA-4等免疫檢查點抑制劑應用范圍逐漸擴大，對復發、難治性腫瘤患者表現出了突破性療效，給更多腫瘤患者帶來希望。同樣，近60%的PD-(L)1、CTLA-4聯合治療患者出現嚴重的毒性反應等不良事件，也是停止治療的重要原因。我們目前對其發生及發展的機制仍不清楚，如果能夠找到應對的方法將會大大提高免疫檢查點抑制劑的受益群體。
全文總結：
目前，單細胞測序技術可以使我們更加深入了解腫瘤微環境，并助力腫瘤免疫研究。這體現在多個方面，比如，能夠讓我們更進一步的了解腫瘤免疫微環境和腫瘤微環境，從而指導腫瘤免疫治療的方案。因為還有相當多的癌癥患者不能夠很好地響應腫瘤免疫治療，以及免疫治療帶來的不良反應也是大家關注的重點，單細胞測序技術可以加深這方面的研究。
參考文獻
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