nature communications|NSCLC T細(xì)胞綜合分析

生物_醫(yī)藥_科研 2020-03-30

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Comprehensive T cell repertoire characterization of non-small cell lung cancer

非小細(xì)胞肺癌T細(xì)胞的綜合分析

一．研究背景

T細(xì)胞免疫療法越來越多地應(yīng)用于包括非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)在內(nèi)的實(shí)體瘤治療中。文章對236例早期NSCLC患者的T細(xì)胞進(jìn)行了分析，研究了T細(xì)胞與臨床病理特征、突變和免疫系統(tǒng)的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)腫瘤中一部分最常見的T細(xì)胞也存在癌旁肺組織中，并且對于共同的背景突變或病毒感染具有特異性。腫瘤中與癌旁肺組織T細(xì)胞同源性較高的患者生存期較差。這些發(fā)現(xiàn)表明，應(yīng)該對NSCLC中的抗原和T細(xì)胞有一個清晰的認(rèn)識，以提高免疫治療的療效和降低毒性。

二．研究的主要內(nèi)容和結(jié)果

2.1 T細(xì)胞克隆性與CD8 T細(xì)胞有關(guān)

為了對肺癌中T細(xì)胞的屬性進(jìn)行研究，在文章的第一部分作者對236例初治性NSCLC患者切除的腫瘤中涉及抗原結(jié)合的TCR 鏈的CDR3可變區(qū)進(jìn)行了測序。接著研究了T細(xì)胞的三個屬性：密度、豐度、克隆性。分析這些屬性與T細(xì)胞marker的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞的密度、豐度與CD3、CD4、CD8有關(guān)（圖1a），而克隆性僅與CD3及CD8相關(guān)（圖1b，c）。同時，腫瘤RNA表達(dá)分析表明，T細(xì)胞的克隆性也與GzmB和IFN-γ表達(dá)呈正相關(guān)（圖1d，e）。作者研究了不同水平CD45RO以及PD-1腫瘤的T細(xì)胞的密度、豐度及克隆性。結(jié)果如圖2a-c所示，CD45RO-hi腫瘤與CD45RO-lo腫瘤相比，T細(xì)胞浸潤率更高，豐度略有增加，但克隆性無差異。然而，PD-1-hi 腫瘤的T細(xì)胞密度、豐度和克隆性均高于PD-1-lo 腫瘤(圖2d - f)。

圖1 TCR克隆性與CD8 T細(xì)胞功能相關(guān)

圖2 PD-1-hi 腫瘤中T細(xì)胞密度、豐度和克隆性均較高

2.2 腫瘤突變負(fù)荷與T細(xì)胞活化相關(guān)

由于腫瘤突變負(fù)荷(TMB)通過T細(xì)胞反應(yīng)靶向新抗原的產(chǎn)生促進(jìn)免疫原性，因此較高的TMB與肺癌患者較高的應(yīng)答率和良好的生存率相關(guān)。所以在這一部分作者評估了TMB與T細(xì)胞屬性之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)TMB越高，T細(xì)胞克隆性越高，CD4:CD8比值越低，GzmB越高，這揭示了體細(xì)胞突變在增強(qiáng)腫瘤免疫原性和通過產(chǎn)生新抗原觸發(fā)T細(xì)胞反應(yīng)方面的關(guān)鍵作用。

2.3 EGFR突變與低T細(xì)胞克隆性相關(guān)

在這一部分作者試圖評估典型致癌驅(qū)動突變的存在與T細(xì)胞屬性之間的相關(guān)性。分析表明，與EGFR野生型腫瘤相比，EGFR突變型腫瘤具有更高的豐度和更低的T細(xì)胞克隆性，在T細(xì)胞密度上沒有差異(圖3b - e)。為了較正TMB差異，作者關(guān)注了最低TMB三分位內(nèi)的EGFR-WT腫瘤。在這個亞組中，EGFR-MUT和EGFR-WT TMBl-o腫瘤的TMB具有可比性（圖3f），發(fā)現(xiàn)EGFR-WT腫瘤的T細(xì)胞克隆性較高（圖3i）。這些結(jié)果表明EGFR-WT腫瘤無論TMB低與否，都有可能誘導(dǎo)T細(xì)胞擴(kuò)增，作者推測或者這些腫瘤的TMB低可能是由于反應(yīng)性T細(xì)胞對免疫原性腫瘤克隆的破壞，從而導(dǎo)致TMB的降低。

圖3 T細(xì)胞克隆性在EGFR突變腫瘤中較低

2.4 T細(xì)胞與臨床病理特征有關(guān)

在這一部分作者試圖評估T細(xì)胞屬性是否與這些腫瘤的臨床病理特征相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞密度和豐度在腫瘤分化上無差異，但低分化腫瘤的T細(xì)胞克隆性高于中分化腫瘤。腺癌(ADCA)的T細(xì)胞密度和豐度高于鱗狀細(xì)胞癌(SCCA)(圖4a-b)。這突出了不同的T細(xì)胞對這些主要的非小細(xì)胞肺癌組織亞型的反應(yīng)。也觀察到T細(xì)胞與腫瘤大小呈負(fù)相關(guān)，較小的腫瘤比較大的腫瘤浸潤更密集和多樣化(圖4c-d)。此外，吸煙者和曾經(jīng)吸煙者的T細(xì)胞克隆性高于從不吸煙者(圖4e)。然而，在T細(xì)胞密度或豐度方面沒有發(fā)現(xiàn)差異，這揭示吸煙者體內(nèi)存在更活躍的抗原反應(yīng)性T細(xì)胞。值得注意的是，ADCA患者T細(xì)胞豐富度越高，復(fù)發(fā)率越低(圖4f)。這表明，在NSCLC腫瘤中存在與臨床病理特征相關(guān)的獨(dú)特的T細(xì)胞屬性及其對患者預(yù)后具有潛在影響。

圖4 T細(xì)胞與臨床病理特征相關(guān)

2.5 T細(xì)胞克隆性在腫瘤鄰近的肺中最高

接下來，在這一部分作者通過比較外周血單核細(xì)胞(PBMCs)、癌旁和腫瘤來系統(tǒng)評價T細(xì)胞。結(jié)果展示腫瘤內(nèi)的T細(xì)胞密度明顯高于癌旁(圖5a)。與癌旁相比，腫瘤T細(xì)胞的豐度明顯增高(圖5b)。T細(xì)胞克隆性在未受累腫瘤的鄰近肺中最高，這表明與腫瘤相比，抗原反應(yīng)更集中(圖5c)。然后，作者比較了腫瘤鄰近、COPD和健康肺樣本的T細(xì)胞，確定癌旁和COPD肺的T細(xì)胞密度高，推測這反映了這些患者的炎癥(圖5d)。同時作者也發(fā)現(xiàn)吸煙者和非吸煙者的癌旁肺組織的豐度最低，而克隆性最高，這展示了可能與腫瘤相關(guān)的更活躍的抗原反應(yīng)(圖5e-f)。

圖5 腫瘤旁肺T細(xì)胞克隆性增加

2.6 癌旁與腫瘤之間的同源性

接下來，作者評估了PBMC、癌旁肺組織和腫瘤之間T細(xì)胞的重疊。使用Jaccard指數(shù)(JI)和Morisita重疊指數(shù)(MOI)發(fā)現(xiàn)PBMC與癌旁肺組織或腫瘤之間存在有限的同源性，然而觀察到配對的癌旁和腫瘤之間有更大的同源性(圖6a)。此外，在腫瘤中發(fā)現(xiàn)的100個最常見的T細(xì)胞克隆中，57個在癌旁肺組織中檢測到(圖6b)。分析肺部富集的T細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，JI和MOI分別使癌旁和腫瘤之間的同源性增加了1.9倍和1.8倍，指明了局部抗原反應(yīng)的相似性(圖6c)。

圖6 T細(xì)胞在癌旁和腫瘤之間重疊

2.7 共享的T細(xì)胞可能針對共享的突變或病毒

由于改變蛋白序列的體細(xì)胞突變可以作為新抗原呈現(xiàn)給T細(xì)胞，作者接下來研究了共享非同義外顯子突變(NSEM)是否有助于癌旁和腫瘤之間的T細(xì)胞同源性。96例PBMC、配對腫瘤和未受累腫瘤鄰近肺組織的全外顯子組測序表明，平均只有0.7%的NSEM在腫瘤和癌旁肺組織之間共享(圖7a-e)。作者也觀察到癌旁與腫瘤間共享突變比例(NSEM)與前100 T細(xì)胞共享比例具有相關(guān)性（圖8a）。接著作者分析了病毒差異（圖8b，d）。這些結(jié)果表明，抗病毒T細(xì)胞反應(yīng)可能有助于腫瘤和癌旁肺組織的T細(xì)胞的同源性，并且越大比例的預(yù)測病毒基序出現(xiàn)在健康供體的肺部，這意味著更大比例的T細(xì)胞可能與COPD或NSCLC患者肺部的吸煙相關(guān)炎癥有關(guān)(圖8e-f)。

圖7 一些突變在腫瘤和癌旁之間共享

圖8 共享的T細(xì)胞可能針對共享的突變和病毒

2.8 腫瘤聚焦的T細(xì)胞與更好的生存率有關(guān)

考慮到T細(xì)胞在抗腫瘤反應(yīng)中的作用，作者接下來評估其與總生存率(OS)的關(guān)系，結(jié)果表明T細(xì)胞密度更大的患者OS明顯延長(圖9a)。相反，癌旁肺組織中較高的T細(xì)胞密度(圖9b)和較高的T細(xì)胞克隆性與較短的OS顯著相關(guān)(圖9c)。肺癌特異性生存率的分析顯示了大致相同的趨勢(圖9d-f)。

圖9 腫瘤聚焦的T細(xì)胞與更好的生存率有關(guān)

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