2021年12月23日，北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）、生命科學學院、北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心（ICG）張澤民課題組聯(lián)合301醫(yī)院韓為東課題組在國際期刊Nature Cancer上發(fā)表了題為“Temporal single-cell tracing reveals clonal revival and expansion of precursor exhausted T cells during anti-PD-1 therapy in lung cancer”的研究論文，提出了克隆復興（clonal revival）的概念并揭示了PD-1抗體治療在肺癌中的作用機制。

論文截圖

以anti-PD-1為代表的免疫療法顯著地改善了癌癥治療的格局，但是免疫治療只在一部分癌癥患者中有作用。為了促進下一代免疫治療的發(fā)展，首先需要清楚anti-PD-1治療的作用機制。研究人員收集了anti-PD-1治療前后的肺癌患者的腫瘤樣本，利用單細胞測序系統(tǒng)地追蹤了T細胞在治療前后的動態(tài)變化，并分析了有響應患者和無響應患者之間的差異（圖1）。

圖1. 課題研究方案及主要發(fā)現(xiàn)

腫瘤浸潤T細胞既包含能夠識別腫瘤抗原并殺傷癌細胞的腫瘤特異性T細胞，也包含專門識別非腫瘤抗原例如流感病毒的T細胞，而且在腫瘤中非腫瘤特異性T細胞占了很大一部分比例^[1]。因此在分析過程中如何排除非腫瘤特異性T細胞的潛在影響，精準地研究腫瘤特異性T細胞的動態(tài)變化是一個挑戰(zhàn)。之前的多個研究表明，由于腫瘤抗原的持續(xù)刺激，腫瘤中的腫瘤特異性CD8 T細胞克隆會同時高表達T細胞殺傷和“耗竭”相關基因，而非腫瘤特異性CD8 T細胞則不會表達“耗竭”相關基因^[2-4]。因此在腫瘤中，耗竭CD8 T細胞可以當作腫瘤特異T細胞的一個替代^[5]。

研究人員開發(fā)了一套新的分析思路（圖1），首先通過聚類分析鑒定了耗竭CD8 T細胞類群，進而以耗竭CD8 T細胞克隆的TCR序列為基礎，將所有的CD8 T細胞分為腫瘤特異性CD8 T細胞和非腫瘤特異性CD8 T細胞：根據上面提到的結論和假設，與耗竭CD8 T細胞有完全相同TCR序列的細胞為腫瘤特異性T細胞，剩下的為非腫瘤特異性T細胞。研究發(fā)現(xiàn)在有響應的腫瘤當中，治療顯著提高了耗竭信號低的腫瘤特異T細胞前體細胞的比例，表明了PD-1抗體可能阻斷了腫瘤特異T細胞向耗竭狀態(tài)的分化。相反，這一趨勢在治療前和治療后無響應的腫瘤中并沒有觀察到。

有效治療后腫瘤特異T細胞前體細胞的增加有三種可能：1. 耗竭T細胞的逆轉；2. 腫瘤中之前存在的前體細胞的擴增；3. 來自腫瘤外例如外周血中的T細胞的補充。研究者通過相關分析排除了第一種可能，強調了后面兩種模式的重要性。耗竭T細胞的逆轉是領域內長期存在的一種假設，但是之前的小鼠研究表明耗竭T細胞的表觀修飾和特征是穩(wěn)定的，很難改變^[6]。研究者對人類腫瘤的分析進一步支持了這一觀點。

此外，之前斯坦福大學Howard Chang研究組提出了克隆替代（clonal replacement）的概念，認為治療后腫瘤中的腫瘤特異T細胞的克隆型都是新出現(xiàn)的^[7]。而該研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌治療的過程中，新的克隆和之前存在的克隆都會被招募到腫瘤中進而發(fā)揮功能（圖2）。針對這一現(xiàn)象，研究人員提出了克隆復興（clonal revival）的概念，拓展了clonal replacement的模式。該研究的科學發(fā)現(xiàn)揭示了anti-PD-1療法在肺癌中的作用機制，為開發(fā)新的臨床檢測與治療手段提供了新的思路。

圖2. 克隆復興（clonal revival）

北大BIOPIC/生命科學學院博士生劉寶琳，百奧智匯胡學達博士以及301醫(yī)院豐愷超博士為該論文的并列第一作者。北京大學BIOPIC/生命科學學院張澤民教授和301醫(yī)院韓為東教授為該論文的共同通訊作者。該研究得到北京市科委、國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、ICG、和勃林格殷格翰（Boehringer Ingelheim GmbH）公司的支持和資助。

參考文獻：

[1] Simoni et al., Bystander CD8+ T cells are abundant and phenotypically distinct in human tumour infiltrates, Nature(2018).

[2] Caushi et al., Transcriptional programs of neoantigen-specific TIL in anti-PD-1-treated lung cancers, Nature(2021).

[3] Oliveira et al., Phenotype, specificity and avidity of antitumour CD8+ T cells in melanoma, Nature(2021).

[4] Ahmadzadehet al. Tumor antigen-specific CD8 T cells infiltrating thetumor express high levels of PD-1 and are functionally impaired. Blood (2009).

[5] van der Leun et al., CD8 + T cell states in human cancer: insights from single-cell analysis, Nat Rev Cancer(2020).

[6] Pauken et al., Epigenetic stability of exhausted T cells limits durability of reinvigoration by PD-1 blockade, Science(2016).

[7] Yost et al., Clonal replacement of tumor-specific T cells following PD-1 blockade, Nat. Med. (2019).

來源：北京大學