《自然·医学》：发现T细胞“躺平”的第二种方式

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肿瘤浸润T细胞是打入肿瘤内部的重要免疫战士，通过识别肿瘤细胞上表达的特定抗原，释放细胞因子或激活其他免疫细胞来抑制和杀伤肿瘤细胞。然而伴随着肿瘤发展，经历不断的抗原刺激和免疫抑制信号的干扰，一些T细胞也会进入疲软期，分化为功能丧失的状态，我们称之为T细胞耗竭（TEX）。

近日，一篇发表在《自然·医学》上的文章，揭示了肿瘤浸润T细胞的“罢工”新形式——T细胞应激反应状态（TSTR）[1]。

美国MD安德森癌症中心的王淩华团队，通过对来自16种癌症的308048个肿瘤浸润T细胞的基因表达进行分析，构建了迄今为止最为详细的泛癌肿瘤浸润T细胞图谱，展示了肿瘤浸润T细胞的不同表型及其对免疫疗法的影响。

其中，他们发现了一种新的T细胞状态，即TSTR。TSTR与TEX的分化轨迹完全不同，以表达热休克蛋白基因等应激相关基因为特征。对免疫检查点阻断治疗无响应的患者肿瘤中，存在更高丰度的TSTR细胞。

论文首页截图

调节肿瘤浸润T细胞的癌症治疗方法已经取得了显著的临床效果，比如CAR T细胞疗法、免疫检查点抑制剂疗法等，但疗效在不同癌症类型之间差异很大。了解肿瘤浸润T细胞的组成和功能，对于开发更为有效的治疗策略至关重要。

单细胞RNA测序（scRNA-seq）的应用，已经革新了我们对于肿瘤免疫微环境中免疫细胞的认知，近期也有泛癌研究对肿瘤浸润T细胞的耗竭机制进行了详尽描述[2]。但是，拥有高度异质性的TILs仍然像繁星一样，有待我们不断探索。

此次，王淩华团队收集了来自16种癌症类型、9种非肿瘤/健康组织类型的scRNA-seq数据，共计486个样本、308048个T细胞，并进行鉴定。

结果确定了6种主要类型T细胞，为CD4+T细胞、CD8+T细胞、γδT细胞、自然杀伤T细胞（NKT）、黏膜相关固有T细胞（MAIT）和增殖性T细胞。其中，CD4+T细胞是数量最多的亚群，且在不同部位或环境下的组织中分布存在显著差异。

数据收集和主要T细胞类型

使用聚类分析等方法对T细胞的转录状态和基因表达模式进行分析后，研究者们鉴定出处于不同细胞状态的14种CD8+T细胞亚群、12种CD4+T细胞亚群。

除了已知的CD4+/CD8+初始T细胞（TN）、CD4+/CD8+耗竭T细胞（TEX）、CD4+滤泡辅助性T细胞（TFH）、CD4+调节性T细胞（Treg）、CD8+组织驻留记忆T细胞（TRM）等，此次还在CD4+或CD8+T细胞中发现了之前从未描述过的细胞状态，也就是T细胞应激状态（TSTR）。

细胞应激状态是指，当细胞面临不利环境或压力时触发的一系列生化和生理变化，以保持细胞的稳态和适应环境。适度的应激刺激可以激活细胞的防御机制，促进修复和适应能力的提高。然而，长期或过度的应激可能导致细胞功能紊乱或疾病发生。

CD4+/CD8+TSTR细胞亚群，则是以高表达HSPA1A、HSPA1B等热休克蛋白基因以及其它应激反应相关基因为特征。同时，细胞内核因子-κB蛋白（NF-κB）表达上调，而由NF-κB介导的信号通路在调节细胞应激反应中起到关键作用。

肿瘤微环境中的各路细胞（肿瘤细胞：棕黄色；成纤维细胞：黄色；T细胞：酒红色；处于应激状态的T细胞：白点标记，点数代表热休克蛋白基因转录本的丰度；B细胞：蓝色；浆细胞：海军蓝；巨噬细胞：深/浅绿色；上皮细胞：粉红色；肥大细胞：紫色；内皮细胞：棕色）[3]

研究者们进一步分析了不同T细胞亚群与主要临床结果、组织病理学、分子特征之间的相关性。

结果显示，TSTR细胞在健康/非受累组织中丰度较低或无法检测到，而在原发性肿瘤或转移瘤中高度富集，主要定位于肿瘤缺氧微环境。尤其是多种癌症类型中的侵袭性表型，包括三阴性乳腺癌、直肠腺癌、肝细胞癌、头颈鳞状细胞癌和非小细胞肺癌，TSTR细胞丰度较高。

TSTR细胞在各种肿瘤组织中的富集情况

另外，肿瘤中的TSTR细胞还与免疫检查点抑制剂治疗的不良预后相关。

研究者们获得133名接受抗PD-1/PD-L1抑制剂治疗的肾细胞癌、非小细胞肺癌、乳腺癌等癌症患者的scRNA-seq数据，并利用其团队开发的T Cell Map工具[4]，将这些scRNA-seq数据与上述构建的高分辨率T细胞图谱对齐，从而自动将数据集中的T细胞进行注释。

研究表明，对免疫检查点抑制剂治疗无响应的患者，在接受治疗后肿瘤中存在更高丰度的TSTR细胞，肿瘤中热休克蛋白基因表达水平更高。此外，与原发肿瘤相比，淋巴结转移灶中的TSTR细胞富集水平更高。

TSTR细胞丰度与多种癌症免疫治疗无响应相关

研究者们猜测，与TEX细胞相似，TSTR细胞也是属于被漫长而重复的抗肿瘤工作折磨到无力奋战，最终功能失调[3]。不过值得注意的是，分析结果显示，这两种细胞的命运并不相同，T细胞是通过两条截然不同的途径分化为TEX细胞与TSTR细胞。

TEX细胞与TSTR细胞分化轨迹不同

总体来说，王淩华团队通过对肿瘤浸润T细胞的单细胞转录组数据进行全面的分析，揭示了T细胞的多样性和复杂性，以及它们在肿瘤和非肿瘤组织中的分布差异，为未来生物标志物和治疗靶点的开发提供了帮助。

更重要的是，这项研究帮助我们首次认识T细胞应激状态，并看到了TSTR细胞在免疫治疗中的潜在抑制效应。T细胞如何进入应激状态、TSTR细胞与肿瘤微环境中其它细胞有何关系，这些问题都是接下来值得进一步思考的问题。

有个好消息，研究团队在Single-Cell Research Portal社区中分享了他们的超详细T细胞图谱，感兴趣的同学可以移步这条链接：https://singlecell.mdanderson.org/TCM/

参考文献：

[1]https://www.nature.com/articles/s41591-023-02371-y

[2]Zheng, C. et al. Landscape of infiltrating T cells in liver cancer revealed by single-cell sequencing. Cell 169, 1342–1356 (2017).

[3]https://www.mdanderson.org/newsroom/pan-cancer-t-cell-atlas-reveals-new-details-of-tumor-microenviro.h00-159618645.html

[4]https://github.com/Coolgenome/TCM

本文作者丨张艾迪

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