在與病毒或癌癥的長期對抗中，精疲力竭的T細胞會逐漸喪失功能，這種狀態(tài)被稱為T細胞耗竭。在當今大熱的免疫治療中，檢查點阻斷會促進腫瘤浸潤CD8⁺ T淋巴細胞的增殖。不過，這種現象背后的機理仍不清楚。

瑞士洛桑大學Werner Held領導的研究團隊近日鑒定出腫瘤內Tcf1⁺PD-1⁺CD8⁺ T細胞，這些細胞表現出干細胞樣特征，并響應治療性疫苗接種和免疫檢查點阻斷免疫療法，促進腫瘤控制。

這篇題為“Intratumoral Tcf1⁺PD-1⁺CD8⁺ T Cells with Stem-like Properties Promote Tumor Control in Response to Vaccination and Checkpoint Blockade Immunotherapy”的文章于1月15日發(fā)表在《Immunity》雜志上。
 

檢查點阻斷介導了腫瘤浸潤CD8⁺ T淋巴細胞（TIL）的增殖反應。這種反應的來源仍不清楚，因為慢性活化促進了T細胞的終末分化，也就是T細胞耗竭。研究人員此次鑒定出腫瘤反應性TIL的亞群，它們表現出耗竭細胞和中樞記憶細胞的標志，也就是表達檢查點蛋白PD-1和轉錄因子Tcf1。

他們發(fā)現，Tcf1⁺PD-1⁺ TIL介導了免疫治療時的增殖反應，產生了Tcf1⁺PD-1⁺細胞和分化的Tcf1⁻PD-1⁺細胞。Tcf1⁺PD-1⁺ TIL的消融限制了對免疫治療的響應。Tcf1不是產生Tcf1⁺PD-1⁺ TIL所必需的，但對于維持這些細胞的干細胞樣功能是必需的。

他們在黑色素瘤患者血液的腫瘤反應性CD8⁺ T細胞和原發(fā)性黑色素瘤的TIL中檢測到人Tcf1⁺PD-1⁺細胞。因此，免疫檢查點的阻斷不依賴于T細胞耗竭程序的逆轉，而是依賴于干細胞樣TIL亞群的增殖。

背景
CD8⁺ T細胞在某些腫瘤中的浸潤程度可以預測患者的總生存率，表明淋巴細胞可限制腫瘤生長。盡管如此，大多數浸潤的腫瘤仍有進展，表明這種自發(fā)的抗腫瘤免疫反應通常不足以控制腫瘤。免疫治療旨在增強抗腫瘤的免疫應答，以誘導持久的腫瘤控制。目前的方法包括過繼性T細胞治療以及抑制性受體（免疫檢查點）的阻斷。

在與病毒或腫瘤的長期對抗中，T細胞的功能會逐漸喪失（稱為T細胞耗竭）。它們失去效應功能，并誘導T細胞功能的負向調節(jié)劑PD-1。通常這種耗竭的表型被認為是終末分化的細胞，它們喪失擴增能力，且壽命短暫。然而，阻斷PD-1后腫瘤內CD8⁺ T細胞出現增殖，這與終末分化的概念存在矛盾。

為此，研究人員想了解自發(fā)或免疫治療引起的抗腫瘤CD8⁺ T細胞反應是否涉及到記憶性CD8⁺ T細胞組分，如果是這樣，這些細胞是否屬于腫瘤微環(huán)境的一部分。

Tcf1的缺乏削弱了腫瘤控制
為了確定CD8⁺ T細胞對腫瘤的反應是否涉及到記憶成分，研究人員檢測了這些反應是否依賴轉錄因子Tcf1，它對中樞記憶性CD8+ T細胞的形成和功能至關重要。他們將野生型WT或Tcf7^-/- CD8⁺ T細胞過繼轉移到幼稚C57BL/6（B6）小鼠中。一天后，在這種P14嵌合體小鼠皮下植入表達LCMV gp33的B16黑色素瘤細胞。這種方法可用來追蹤腫瘤特異性的CD8⁺ T細胞，并確定這些細胞及其亞群是否與腫瘤控制有關。

在腫瘤可觸摸時，他們利用gp33肽來免疫小鼠。疫苗接種以及WT或Tcf7^-/- P14細胞的組合導致腫瘤大約在一周后短暫消退。他們發(fā)現，與WT P14細胞相比，Tcf7^-/- P14細胞的保護作用是短暫的。在治療終點時，WT中腫瘤浸潤CD8⁺ T淋巴細胞的豐度比Tcf7^-/- P14高10倍。因此，缺乏Tcf7的P14 TIL在疫苗接種早期豐度高，但隨后下降，這與腫瘤控制的減少存在關聯。
 

腫瘤特異性TIL包含大量Tcf1⁺PD-1⁺ 和Tcf1^-PD-1⁺ CD8⁺ T細胞
由于延長的腫瘤控制依賴于Tcf1，研究人員接著鑒定接種疫苗和未治療的小鼠中WT P14細胞中Tcf1的表達。幼稚P14細胞表現為均勻的Tcf1⁺。類似地，當未治療小鼠出現可觸摸的腫瘤時，大部分P14 TIL為Tcf1⁺，但也表達PD-1。當腫瘤中等大小時，Tcf1⁺PD-1⁺ P14 TIL的豐度增加8倍，但當腫瘤增大至1 cm³時，其豐度下降。

他們?yōu)槌霈F腫瘤的小鼠上接種治療性疫苗，一周后，Tcf1⁺PD-1⁺ P14 TIL強烈擴增（176倍），并且這些細胞在終點時仍然以很高的數量存在。P14 TIL還包含相當量的Tcf1^-PD-1⁺亞群，它們與Tcf1⁺PD-1⁺ TIL平行擴增和減少。通過GFP標記實驗，他們還發(fā)現Tcf1⁺PD-1⁺ TIL組成型地存在于腫瘤中。隨著腫瘤進展，它們的豐度瞬時增加，并且通過治療性疫苗接種而進一步擴增。

Tcf1⁺CD8⁺ T細胞在腫瘤控制中的作用
為了評估腫瘤特異性Tcf1⁺CD8⁺ T細胞在免疫應答和腫瘤控制中的重要性，研究人員委托賽業(yè)生物（Cyagen）生成了一種小鼠品系，允許在體內選擇性消融表達Tcf1的細胞。他們將白喉毒素受體（DTR）T2A GFP融合基因插入含有Tcf7基因座的BAC中，制備出Tcf7^DTR-GFP轉基因小鼠。接著，他們生成了Tcf7^DTR-GFP P14嵌合體小鼠，并植入B16-gp33腫瘤細胞。白喉毒素（DT）處理能夠有效去除GFP⁺ P14 TIL，但對GFP^- P14 TIL的豐度無影響。

他們之后用DT處理荷瘤小鼠，并再次免疫接種。DT暴露使得表達GFP或Tcf1蛋白的P14細胞幾乎消失，而Tcf1^- P14細胞的豐度也降低。這表明Tcf1⁺細胞維持了Tcf1^- TIL的產生。Tcf7^DTR-GFP P14嵌合體小鼠在處死時腫瘤的體積和重量都較低。相比之下，當Tcf1⁺ P14細胞被消融時腫瘤出現進展。這些數據表明，腫瘤特異性Tcf1⁺PD-1⁺ CD8⁺ T細胞是形成抗腫瘤免疫力所必需的。

如此看來，治療性疫苗的接種所帶來的腫瘤控制依賴于腫瘤特異性Tcf1⁺PD-1⁺CD8⁺ T細胞的存在。之后，研究人員又通過一系列實驗，證實了的確是瘤內細胞而不是外周細胞的貢獻。

對免疫檢查點阻斷療法的響應
在動物模型和癌癥患者中，共抑制受體（如PD-1和CTLA-4）的阻斷可以介導T細胞依賴的腫瘤消退。然而，這種治療干預背后的分子機制仍不清楚。研究人員猜測，Tcf1⁺ CD8⁺ T細胞可能在免疫檢查點阻斷療法中發(fā)揮作用。

他們使用了Tcf7^DTR-GFP P14嵌合體小鼠，利用FTY720來防止新的T細胞流入腫瘤，并利用白喉毒素（DT）來消融Tcf1⁺ P14 TIL。與對照小鼠相比，檢查點阻斷療法使Tcf1⁺和Tcf1^- P14 TIL的豐度增加10倍以上。Tcf1⁺ TIL的消除則大大減少了Tcf1^- P14 TIL的豐度。因此，檢查點阻斷擴增了腫瘤內Tcf1⁺ TIL，而這些細胞是產生分化的Tcf1^- TIL所必需的。
 

腫瘤內Tcf1⁺PD-1⁺CD8⁺ T細胞具有干細胞和耗竭細胞的特征
考慮到Tcf1⁺PD-1⁺ TIL對于腫瘤控制的重要性，研究人員對這些細胞進行了分子鑒定。他們通過功能分析發(fā)現，Tcf7^GFP+ TIL具有擴增、分化和再生Tcf7^GFP+細胞的潛力。與這些干細胞樣特征一致，RNA-seq分析也發(fā)現Tcf7^GFP+ P14 TIL的轉錄本與成體干細胞或造血干細胞表達的部分基因顯著重疊。同時，Tcf7^GFP+ TIL也表達了多個耗竭標志物（Lag3、Pdcd1、CTLA4），而Tcf7^GFP- TIL還選擇性地表達了更多的耗竭相關基因，表明這些基因的表達與分化相關。

黑色素瘤患者中存在Tcf1⁺PD-1⁺CD8⁺ T細胞
之后，研究人員又對黑色素瘤患者的外周血CD8⁺ T細胞以及原發(fā)性黑色素瘤進行分析，的確檢測到Tcf1⁺PD-1⁺CD8⁺細胞。單細胞RNA-seq數據表明，人黑色素瘤含有TCF7⁺PDCD1⁺CD8A⁺ TIL，其基因表達譜與小鼠模型中鑒定出的細胞相似。通過TCGA數據庫的薈萃分析，他們認為TCF7/PDCD1特征與患者生存率的改善相關。

研究人員認為，這項研究揭示了共表達Tcf1和PD-1的腫瘤內CD8⁺ T細胞在免疫治療中發(fā)揮關鍵作用。研究結果有助于人們了解免疫干預如何影響抗腫瘤的免疫應答。這些干細胞樣細胞的鑒定有望進一步改善所有類型的癌癥免疫治療。

原文檢索
Intratumoral Tcf1+PD-1+CD8+ T Cells with Stem-like Properties Promote Tumor Control in Response to Vaccination and Checkpoint Blockade Immunotherapy
DOI: https://doi.org/10.1016/j.immuni.2018.12.021