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通過免疫指標對腫瘤進行分型這個思路相信小伙伴們一定不陌生，今天小編給大家推薦的這篇文章是今年9月發表在Nature communications（IF=14.919）一篇非常新穎的免疫分型。作者通過實驗確定了三種空間免疫表型，并通過測序數據構建了基因分類器，探討了不同空間免疫表型的基因組特征和免疫逃逸途徑以及對預后和抗PD1治療的預測價值。文章生物學知識非常豐富，快跟著小編一起來學習一下吧！
Spatial immunophenotypes predict response to anti-PD1 treatment and capture
distinct paths of T cell evasion in triple negative breast cancer
空間免疫表型預測抗 PD1 治療的反應并捕獲三陰性乳腺癌中 T 細胞逃避的不同路徑
一.研究背景
三陰性乳腺癌是一種侵襲性乳腺癌（BC）（占所有BC的10–20%），與其他類型的乳腺癌相比，TNBC具有較高水平的腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL），被認為對免疫檢查點抑制（ICI）反應的可能性更高。雖然一些PD-L1陽性的患者受益于PD-L1阻斷劑+紫杉醇聯合治療，但仍有相當一部分TNBC患者沒有從ICI中獲益。有研究表明，PD-L1表達情況、腫瘤突變負荷（TMB）以及TIL豐度并不能很好的預測TNBC患者對ICI的反應。最新的研究表明，TIL的細胞組成、激活狀態和空間定位對TNBC的ICI反應有預測價值。基于空間免疫表型，作者通過使用多重免疫熒光及下一代測序技術（NGS）證明了空間表型對TNBC和其他腫瘤類型的預后有顯著的相關性，并可以預測轉移性TNBC和黑色素瘤對抗PD1治療的反應。
二.主要結果
1.TNBC 中淋巴細胞而非髓細胞的空間結構可預測預后
為了評估TNBC中的腫瘤免疫相互作用，作者采用免疫組織化學染色（IHC）對236里未經治療的原發TNBC中CD8+ T細胞的存在及空間結構進行了分析。在這里，作者定義了三種空間免疫表型：excluded表型（26%；CD8+ T細胞主要位于腫瘤邊緣）；ignored表型（28%；CD8+ T細胞在邊界和中心均不存在）；inflamed表型（46%；CD8+ T細胞均勻分布于腫瘤邊緣和中心），如圖1a所示。通過單變量分析，作者發現這些空間表型與無遠處轉移生存率（MFS）、無病生存率（DFS）和總生存率（OS）顯著相關（圖1b）。
通過多重免疫熒光（IF）成像，作者還評估了出CD8+ T細胞外其他免疫效應細胞的存在（圖1c）。圖1d顯示，CD4+ T細胞和CD20+ B細胞通常與CD8+ T細胞共同出現在腫瘤的邊緣和中心，而CD56+ NK細胞在TNBC中幾乎不存在。此外，CD8+ T細胞與腫瘤細胞之間的距離在excluded表型和inflamed表型之間顯著增大（圖1e）。接下來作者評估了三級淋巴結構（TLS；被定義為CD4+ T細胞和CD20+ B細胞陽性的病灶區域，是T細胞啟動抗腫瘤免疫反應的重要部位）的存在，圖1f顯示，inflamed表型和excluded表型的腫瘤邊緣觀察到大量的TLS，ignored表型中并無顯著現象。
2.空間表型的基因分類器可預測 TNBC 患者抗 PD1 治療的結果
接下來，作者基于三個空間免疫表型的差異表達基因集（圖2 a）開發了一個基因表達分類器，能夠在無需CD8+ T細胞染色數據就可以評估空間免疫表型的預后和預測價值。在兩個獨立的具有基因表達和CD8+染色數據的驗證集中，分類器對于空間免疫表型的分類分別具有81%和83%的高正確率（表1&2）。隨后在一個僅有基因表達數據的BC隊列中測試了空間表型分類器的預后價值（表3）。
通過在第三組原發性TNBC患者中測試分類器的性能，作者驗證了該分類器的預后價值（圖2 c）。如圖2 b所示，excluded和ignored表型的基因集與預后不良相關，而inflamed表型的基因集與預后良好相關。
接下來，為了測試基因分類器在TNBC抗PD1治療后預測治療結果的能力，作者將該分類器應用于一項轉移性患者數據集中，該數據集患者均在經過短時間的免疫誘導治療后接受抗PD1治療。作者發現，excluded基因集在無反應（進展性(PD)疾病）患者中顯著高表達，而inflamed基因集在有反應患者（（完全緩解（CR）+部分緩解 PR）+疾病穩定（SD））中表達更高（圖2 d,e），未發現ignored基因集與治療反應相關。圖2 f顯示，三個基因集的分類效能均高于TIL及免疫細胞PD-L1表達的分類效能。此外作者還發現，無應答者中excluded和ignored表型較為豐富，而應答者中，inflamed表型最豐富（圖2g）。圖2h顯示了三種表型患者的抗PD1后預后生存情況。
3.空間表型在多種癌癥中的預后和預測價值
接下來，作者將空間表型分類器應用于其他腫瘤類型，結果顯示空間表型在多種癌癥中就有顯著的預后價值，但與ICI治療反應沒有直接關系。作者發現對ICI反應較差的腫瘤如PRAD和PAAD，在excluded和ignored表型中比例最高；對ICI反應良好的腫瘤如SKCM和LUAD，在inflamed表型中占比最高，其中SKCM的結果與TNBC一致。總之，空間表型分類器識別并捕獲淋巴細胞活性和位置優于其他基因分類器。
4.空間表型在 TCR 庫偏度和突變特征方面存在差異，但突變負荷沒有差異
作者在這一部分對淋巴結陰性、未經全身治療的原發性TNBC患者的臨床病理學和基因組學特征進行了研究，以求尋找到空間表型的潛在驅動因素。經過分析，作者并沒有發現BRCA1 或 BRCA2 種系突變頻率（圖 3a）、β2 微球蛋白丟失頻率（圖 3b)、TMB或基因組改變的類型，包括非同義 SNV、外顯子移碼、插入缺失（圖 3c）或預測的新抗原（圖 3d）在空間表型間具有顯著差異。相反，空間表型在突變特征和TCR克隆方面具有顯著的差異性（圖3e-i）。
5.空間表型的特征在于不同的免疫逃避途徑
接下來，作者研究了空間表型是否捕獲了不同的免疫逃逸模式。通過cibersort算法（圖4a），作者證實了圖1d免疫效應細胞豐度的觀察結果。隨后，作者評估了與T細胞逃逸各種機制相關的基因集表達，并通過基因集富集分析進行驗證（圖4b-d），圖4d、4e表明這些途徑都與TGFβ通路相關。作者還發現excluded表型與inflamed表型相比，最上調的基因之一是COL100A1（圖4c），且與CD8A表達呈負相關（圖4 e.h）。
通過實驗，作者發現在excluded表型的腫瘤中心，膠原蛋白-10沉積在腫瘤和免疫細胞之間的基質區域（圖5a,b），這種物理屏障會影響T細胞的進入。最近鄰分析顯示（圖5c），無論空間表型如何，巨噬細胞和骨髓細胞顯示出于CD8+ T細胞較低的距離。在ignored表型的一個子集中，作者發現了CD66b+中性粒細胞（在腫瘤微環境中有免疫抑制作用）與巨噬細胞和骨髓細胞共同產生（圖5e）。
通過圖5f作者發現，盡管具有高密度的T細胞和TLS，也只有一小部分CD4+和CD8陽性T細胞表達共刺激受體ICOS或者41BB，推斷其與腫瘤細胞的低表達MHC-Ⅱ分子相關。
以上這篇文章就介紹完啦，總結一下：作者基于免疫組化實驗中CD8+T細胞的空間位置定義了三個空間免疫表型，進而計算了三個免疫表型間的差異表達基因并構建分類器，并將分類器擴展到泛癌水平，再通過實驗及測序數據探討了三個免疫表型間的基因組差異和不同的T細胞逃逸特征。生信分析的部分并不難，這個思路還有很多我們生信值得深挖的點，感興趣的小伙伴們千萬不要錯過啦！
