Immunity(IF=32.4)空间多组学揭示免疫检查点联合疗法响应机制

Immunity(IF=32.4)|空间多组学揭示免疫检查点联合疗法响应机制柳荫免疫检查点疗法（immunecheckpointblockade，ICB）已经在肿瘤疾病中得到了广泛应用，但部分患者依然出现低应答甚至不应答的现象。因此开发新型免疫疗法是解决患者低响应的关键。aPD-L1+aCTLA4联合治疗是目前研究最广泛的联合疗法之一，在部分疾病中联合治疗患者显示出了更好的临床结局，但联合治疗的细胞机制依然未知。来自比利时鲁汶大学的研究团队在《Immunity》（IF=32.4）发表的一项题为“CD4+Tcellactivationdistinguishesresponsetoanti-PD-L1+anti-CTLA4therapyfromanti-PD-L1monotherapy”的研究，使用单细胞测序、空间转录组和PCF空间单细胞蛋白组（PhenoCycler-Fusion，原CODEX）对头颈癌患者的肿瘤免疫微环境进行了检测，发现了头颈癌患者接受免疫联合治疗时的早期响应标志。一、传统免疫治疗与联合治疗显示不同的T细胞变化为了评估免疫治疗和联合治疗对患者免疫微环境的影响，研究人员首先使用单细胞测序（scRNA-seq）对患者肿瘤组织进行了免疫细胞分析。作者分别分析了4种CD8+T细胞亚型和5种CD4+T细胞亚型。结果显示接受了aPD-L1治疗的患者体内多个CD8+T细胞亚群出现上调，而CD4+T细胞没有出现扩增。但在aPD-L1+aCTLA4联合治疗的患者中即便CD8+T细胞出现了相同的扩增情况，但CD4+T细胞比例相较于aPD-L1治疗更高（图1）。图1aPD-L1治疗和aPD-L1+aCTLA4联合治疗的免疫微环境二、空间单细胞蛋白组发现扩增T细胞区域的空间关系为了进一步研究免疫治疗的细胞机制，研究人员使用PhenoCycler-Fusion对两种疗法的患者肿瘤组织切片进行了分析。分别使用Ki67/CD3e/CD8和Ki67/CD3e/CD4来定义治疗后出现扩增的CD4+T细胞和CD8+T细胞。空间单细胞蛋白组结果显示，相比于aPD-L1治疗，联合治疗的患者肿瘤组织中扩增的CD4+T细胞和CD8+T细胞出现了更多的共定位（图2A-B）。同时研究人员还分析了Th1、CD8+Tem、和Tex细胞的标志物，发现以上细胞的标志物主要分布在CD4+T细胞和CD8+T细胞的共定位区域，这个结果也验证了scRNA-seq的发现（图2C）。空间单细胞蛋白组技术阐述了T细胞扩增的空间特征，即在联合治疗时，CD4+T细胞也会出现扩增，且在空间位置上与CD8+T细胞邻近。图2空间单细胞蛋白组显示T细胞扩增区域空间特征三、DC和浆细胞与T细胞的扩增相关研究人员通过单细胞测序分析了与T细胞扩增相关的通路，发现T细胞活化、细胞毒性和MHCI型抗原呈递相关基因部分上调（图3A）。研究人员猜测T细胞和髓系细胞可能存在联系，空间转录组分析显示，在T细胞相关基因高表达区域同时含有较高的髓系细胞基因（图3B）。接下来研究人员使用空间单细胞蛋白组验证髓系细胞与T细胞的共定位，结果显示在含有扩增T细胞的区域内，髓系细胞出现的频率较高。同时研究人员还分析了扩增T细胞与浆细胞的空间位置，发现两者也出现了共定位的现象（图3C）。这种空间上的关系预示着细胞间可能存在互作，研究人员通过相关性分析发现，表达抗原呈递和T细胞归巢基因的DC与T细胞扩增相关，同时T细胞扩增与IgG+浆细胞的扩增相关（图3D）。图3多组学分析扩增T细胞区域内细胞空间位置四、联合治疗促进肿瘤部位T细胞的募集最后研究人员分析了肿瘤引流淋巴结（tdLNs）和肿瘤组织中T细胞的变化情况，接受治疗的患者的tdLNs中T细胞主要由初始/中央记忆CD4+T细胞组成，而肿瘤中主要以效应T细胞为主（图4A-B）。研究人员接着对两种疗法患者的肿瘤和tdLNs的TCR-seq（T细胞抗原受体）数据进行了分析，发现了在aPD-L1+aCTLA4治疗时tdLNs部位的初始/中央记忆CD4+T细胞会被招募，并进行分化和扩增，从而转变为效应T细胞实现对肿瘤细胞的杀伤（图4C），而aPD-L1治疗患者肿瘤部位效应T细胞的含量则相对较少，这也是联合治疗对肿瘤杀伤效果更好的原因之一。图4联合治疗tdLNs和肿瘤部位T细胞的变化情况小结本研究通过多组学分析头颈癌患者免疫治疗前后的肿瘤样本，揭示了aPD-L1+aCTLA4联合治疗增强T细胞扩增的细胞机制，描绘了联合治疗中头颈癌患者免疫微环境的空间状态。最终确定了CD4+T细胞的激活以及肿瘤引流淋巴结部位T细胞的招募是头颈癌免疫联合治疗早期响应的标志。PhenoCycler-Fusion单细胞原位空间蛋白组学优势华盈生物PhenoCycler-Fusion单细胞原位空间蛋白组学技术资格证书华盈生物是美国AkoyaBioscience公司的PhenoCycler-Fusion空间单细胞蛋白组学技术认证服务商，已经被纳入了该技术的全球CRO服务提供者体系。借助全球领先的PhenoCycler-Fusion空间单细胞蛋白组学技术平台的建立，华盈生物将为中国客户提供更具精准医学特色的服务与合作，推动中国团队在空间生物学领域的研究水平，加快构建符合中国人群的精准医学模式。即刻加入“STAMP邮戳”计划华盈生物推出肿瘤微环境空间蛋白组解剖分析项目”STAMP邮戳”计划(SpatialTumorAnatomyofMicroenvironmentProteome),常备15-plex、25-plex、35-plex三款固定标志物组合,与国内肿瘤研究领域的科学家共同推进肿瘤空间生物学研究。多年来华盈生物服务客户已经覆盖国内各大著名的高校院所和多位院士课题组。华盈的专业和专注也已获得业界普遍认可，合作者的科研成果也先后在CellResearch、CancerCell、PNAS、JClinInvest、NatCommun、JHepatol、SciTranslMed、Circulation等著名期刊上发表。相关文献：FrankenA,BilaM,MechelsA,etal.CD4+

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cellactivationdistinguishesresponsetoanti-PD-L1+anti-CTLA4therapyfromanti-PD-L1monotherapy.Immunity.2024;57(3):541-558.e7.相关阅读：1）炎症性肠病开启新的研究模式：从单细胞到空间原位分析2）CancerResearch|三级淋巴结构中的细胞亚型作为癌症复发的预测标志物3）血液肿瘤进展｜免疫细胞空间关系是细胞治疗应答的关键决定因素4）CancerCell|PCF空间单细胞蛋白组鉴定三阴乳腺癌不同的治疗反应轨迹5）PCF空间单细胞蛋白组发现免