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文献解读:scRNA-seq表征TIL

前言

1986年Rosenberg研究组首先报道了肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocyte, TIL)。尽管在T淋巴细胞等肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)的研究上投入了大量精力,但包括异质性,克隆扩增,迁移和功能状态转变在内的一系列基本特性仍然难以捉摸。由于先前技术的局限性,对不同疾病在单细胞水平上的T细胞特性的详细了解一直是一项挑战。单细胞测序技术的进步为此提供了新机会。除了T细胞本身以外,肿瘤细胞还可能影响T细胞在肿瘤微环境中的形成。北大张泽民团队对此作出了详细阐述。

文献解读:scRNA-seq表征TIL

本篇旨在介绍单细胞分析揭示的不同癌症中T细胞亚型的不同模式。

文献解读:scRNA-seq表征TIL

图A:单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术的进展

展示当前对不同肿瘤进行scRNA-seq研究使用的方法:
基于板的SMART-seq及SMART-seq2技术,较灵敏;
合并方法(例如CEL-seq和MARS-seq),较精确;
基于液滴的大规模并行方法(例如Drop-seq,inDrop和10XGenomics),较高效。

图B:剖析TIL异质性的策略

设计单个TIL的研究时要考虑的一个关键问题是如何平衡患者队列的大小和测序细胞的数量
个别研究的目标可能会选择适当的策略,在固定预算范围内达到一定敏感性,深度和规模。尽管这种全免疫分选策略涵盖了更多的细胞类型,但是每种细胞类型对应的细胞数很少,限制了更详细的特征评估。
关注深度而不是广度可以更有效地解决与患者人数无关的问题。高测序深度能够检测具有较低表达的基因和全长TCR的会聚,从而鉴定出T细胞的精确克隆谱系

图C:不同肿瘤和邻近正常组织的T细胞分别表现出不同的模式

尽管血液来源的T细胞的组成和丰度在不同的癌症中相似,但不同肿瘤和邻近的正常组织的T细胞模式不同。

TUMOR ADJACANT NORMAL TISSUE
HCC CD8+TEM, CD8+TEX CD8+MAIT, CD8+TEFF
NSCLC CD8 + ZNF683 + TRM CD8+MAIT, CD8+TEFF
CRC CD8+TEM, CD8+TEX, CXCL13 + TH1-like, TH17 CD8+CD160+IEL, CD8+TRM
BLOOD CD4+TN, CD8+TN, TCM, CD8+TEFF, CD4+TEFF, CD4+Treg CD4+TN, CD8+TN, TCM, CD8+TEFF, CD4+TEFF, CD4+Treg

对于肿瘤组织中的T细胞,HCC和结直肠癌中主要的CD8 + T细胞亚型是效应记忆T(TEM)细胞和耗竭的T(TEX)细胞,而在NSCLC表现出高丰度的CD8 + ZNF683 + TRM细胞。对于CD4 + T细胞,TH17细胞在结直肠癌患者的亚群中特异性富集。另外,在以上三种癌症类型中都可检测到CD4 + CXCL13 + TH细胞,但是该细胞在MSI大肠癌患者中表现出明显的富集。
肿瘤中不同T细胞模式的潜在机制仍然未知。一种可能的解释是这些T细胞模式归因于它们的组织起源。例如,CD8 + TRM,CD8 +上皮内淋巴细胞(IEL)和CD4 +滤泡辅助性T(TFH)细胞,在结肠直肠癌患者的正常黏膜中特异性富集,而黏膜相关恒定T细胞(MAIT)和效应T细胞(TEFF)分别在HCC和NSCLC患者的正常组织富集。这些分析表明,某些T细胞亚型具有组织特异性,同时,不同的癌症也会影响不同T细胞亚型的形成

以 T 细胞为核心的细胞免疫可以看成是人体免疫系统的终极底线,一旦他们被突破,后果将不堪设想。因此,T 细胞免疫显得格外重要。按照功能可将T 细胞分为杀伤性 T 细胞(CD8+)、辅助性 T 细胞(CD4+)和调节性 T细胞(CD4+CD25+)。

耗竭/功能失调的CD8+T细胞

HCC和大肠癌CD8 + TILs的TCR共享分析显示,耗竭的CD8+T细胞与GZMK + T细胞之间存在发育联系,而后者也与效应T细胞有联系。NSCLC T细胞分析给出了一个更复杂的情况,发现两个不同的耗竭前 T细胞亚群(CD8+GZMK+和CD8+ZNF683+T细胞)与耗竭的CD8+T细胞进行状态转换,而只有GZMK+T细胞与效应T细胞有联系。

CD4+细胞

Treg异质性

大量TCRb测序的研究表明,Treg与常规T细胞几乎没有TCR共享,HCC,NSCLC和结直肠癌中浸润的Treg也有较大比例的独特TCR克隆型在肿瘤中扩展,表明它们的局部扩展特征和识别肿瘤相关抗原的潜力。但也有例外,研究发现部分浸润大肠癌的Tregs与TH17和CD4 + CXCL13 + TH细胞共享TCR。

TH

除了耗竭的CD8+T细胞和Treg外,单细胞结肠直肠癌研究还揭示了鲜为人知的T细胞亚群CD4 + CXCL13 + TH细胞,它们被定义为TH1样细胞,在微卫星不稳定(MSI)大肠癌肿瘤中优先富集。临床试验表明,MSI大肠癌患者对PD-1抗体免疫治疗更敏感,MSI大肠癌患者中CXCL13 + BHLHE40 + TH1样细胞特异性增加可以解释这一现象。
同时,状态转换指数表明CXCL13 + TH1样细胞与CD4 + GZMK +记忆T细胞表现出发育联系,这可以追溯CXCL13 + TH1样细胞的潜在起源。另外,深度转录组数据在该T细胞亚群中发现潜在的新型调控基因,例如IGFLR1和BHLHE40。研究推测BHLHE40可能有助于TH1样T细胞与传统TH1细胞区分,IGFLR1激活T细胞可以为抗肿瘤免疫治疗提供新途径。

作者最后作出展望,随着单细胞技术的发展,我们对免疫细胞的类型及功能的认识会有越来越深入,”肿瘤免疫图谱”对未来的免疫治疗设计和临床实践提供重要指导。

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