2021年10月14日，北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）、生命科學(xué)學(xué)院，北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng)新中心（ICG）張澤民課題組聯(lián)合中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院劉芝華課題組、馬飛和徐兵河課題組，在國(guó)際期刊Cancer Cell上以Article形式在線發(fā)表了題為“Single-cell analyses reveal key immune cell subsets associated with response to PD-L1 blockade in triple negative breast cancer”的研究論文。

論文截圖

乳腺癌位于女性惡性腫瘤之首，其中三陰性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer, TNBC）是復(fù)發(fā)率和死亡率最高的乳腺癌亞型。TNBC對(duì)激素療法和靶向療法均無(wú)效，目前以傳統(tǒng)化療為主要治療手段，但效果不甚理想。盡管癌癥免疫治療已進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，TNBC的免疫治療卻舉步維艱: 雖然早期IMpassion 130臨床試驗(yàn)表明，anti-PD-L1抗體阿替利珠單抗（Atezolizumab）聯(lián)合白蛋白結(jié)合型紫杉醇（Nab-paclitaxel）能夠顯著降低PD-L1⁺TNBC患者的無(wú)疾病進(jìn)展或死亡風(fēng)險(xiǎn)，然而近期IMpassion 131臨床試驗(yàn)表明，阿替利珠單抗聯(lián)合紫杉醇卻無(wú)法使TNBC患者獲益。不同臨床試驗(yàn)的結(jié)果差異提示不同的化療藥物可能會(huì)導(dǎo)致不同的腫瘤微環(huán)境特征，進(jìn)而影響免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療效果。系統(tǒng)解析用藥前后的腫瘤微環(huán)境變化是理解當(dāng)前免疫治療和化療藥物的作用機(jī)制以及提高TNBC整體治療效果的關(guān)鍵。

該課題的研究人員收集了來(lái)自22例TNBC患者（11例接受阿替利珠單抗聯(lián)合紫杉醇化療，11例接受紫杉醇單藥化療）治療前和治療后的78例配對(duì)樣本，通過(guò)整合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、T細(xì)胞受體序列測(cè)序和染色質(zhì)可及性測(cè)序，構(gòu)建了TNBC患者腫瘤微環(huán)境和外周血來(lái)源免疫細(xì)胞的高分辨率轉(zhuǎn)錄組和表觀組動(dòng)態(tài)圖譜。該研究在單細(xì)胞水平上對(duì)來(lái)自接受兩種治療方案的TNBC病人的腫瘤組織和外周血的免疫細(xì)胞進(jìn)行刻畫(huà)，系統(tǒng)比較了響應(yīng)患者和非響應(yīng)患者的腫瘤微環(huán)境及外周血免疫特征，闡明了免疫細(xì)胞在不同治療方案下的動(dòng)態(tài)變化，揭示了anti-PD-L1免疫治療聯(lián)合紫杉醇化療在TNBC中的作用機(jī)制（見(jiàn)下圖）。

課題研究方案及主要結(jié)論

通過(guò)比較聯(lián)合用藥組不同響應(yīng)患者的腫瘤及外周血免疫細(xì)胞的組成差異，研究人員發(fā)現(xiàn)響應(yīng)患者的腫瘤微環(huán)境富集了兩群高表達(dá)CXCL13的T細(xì)胞(CD8-CXCL13和CD4-CXCL13)，這兩群細(xì)胞同時(shí)高表達(dá)T細(xì)胞毒性和“耗竭”相關(guān)基因。為了進(jìn)一步精確刻畫(huà)不同免疫細(xì)胞的組成成分和比例變化與治療效果的關(guān)聯(lián)，研究人員設(shè)計(jì)了兩個(gè)指數(shù)：“預(yù)測(cè)指數(shù)”和“治療指數(shù)”，通過(guò)“預(yù)測(cè)指數(shù)”和“治療指數(shù)”分析，研究人員發(fā)現(xiàn)更高基線水平的CD8-CXCL13和CD4-CXCL13能夠預(yù)測(cè)更好的免疫治療響應(yīng)，且這兩群CXCL13⁺T細(xì)胞在響應(yīng)患者中經(jīng)過(guò)聯(lián)合用藥后細(xì)胞比例顯著增加。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)響應(yīng)患者的腫瘤微環(huán)境中富集了兩群高表達(dá)CXCL9和CXCL10的促炎性巨噬細(xì)胞，且這兩群促炎性巨噬細(xì)胞與CXCL13⁺T細(xì)胞存在顯著正相關(guān)。CXCL9和CXCL10能夠參與T細(xì)胞招募，而促炎性巨噬細(xì)胞的特征基因受到IFNG和TNF信號(hào)調(diào)控，表明發(fā)揮殺傷功能的CXCL13⁺T細(xì)胞與高表達(dá)CXCL9和CXCL10的促炎性巨噬細(xì)胞之間存在正反饋信號(hào)。與之相反，不響應(yīng)患者的腫瘤微環(huán)境中幾乎檢測(cè)不到CXCL13⁺T細(xì)胞，但富集了大量發(fā)揮免疫抑制功能的巨噬細(xì)胞。值得注意的是，研究人員發(fā)現(xiàn)響應(yīng)患者的外周血單核細(xì)胞表現(xiàn)出促炎特征，而不響應(yīng)患者的外周血單核細(xì)胞表現(xiàn)出抗炎特征，提示外周血能夠在一定程度上反映腫瘤微環(huán)境特征。

腫瘤微環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其中固有免疫和適應(yīng)性免疫細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、癌細(xì)胞及其相互作用，構(gòu)成精細(xì)的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，共同決定癌癥的發(fā)生和發(fā)展。雖然T細(xì)胞是當(dāng)前腫瘤免疫研究的重點(diǎn)細(xì)胞類型，其他類型的免疫細(xì)胞亦可通過(guò)調(diào)控作用或與T細(xì)胞互作，影響免疫治療效果。通過(guò)系統(tǒng)刻畫(huà)免疫細(xì)胞的比例組成及動(dòng)態(tài)變化，研究人員發(fā)現(xiàn)B細(xì)胞尤其是濾泡B細(xì)胞，顯著富集在響應(yīng)患者的腫瘤微環(huán)境中，且其在免疫治療后顯著增加。進(jìn)一步通過(guò)相關(guān)性分析及配體-受體互作對(duì)共表達(dá)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)濾泡B細(xì)胞與CXCL13⁺T細(xì)胞顯著正相關(guān)且存在相互作用。此外，基于單細(xì)胞水平的細(xì)胞組成和TCGA公共數(shù)據(jù)的特征基因表達(dá)，研究人員發(fā)現(xiàn)cDC1與CXCL13⁺T細(xì)胞顯著正相關(guān)，且cDC1在免疫治療作用下顯著增加，暗示cDC1可能參與CXCL13⁺T細(xì)胞的激活。

通過(guò)比較化療組和聯(lián)合用藥組免疫細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化，研究人員發(fā)現(xiàn)與聯(lián)合用藥相反，紫杉醇單藥化療方案能夠顯著降低響應(yīng)患者腫瘤微環(huán)境中的CXCL13⁺T細(xì)胞，并導(dǎo)致具有免疫抑制功能的巨噬細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中富集。上述發(fā)現(xiàn)表明紫杉醇化療方案可能會(huì)削弱核心抗腫瘤免疫細(xì)胞，而免疫檢查點(diǎn)抑制劑則能夠顯著增加核心抗腫瘤免疫細(xì)胞，提示紫杉醇化療方案與阿替利珠單抗聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，會(huì)影響anti-PD-L1抗體對(duì)TNBC患者的治療效果。

綜上，該研究揭示了TNBC患者對(duì)anti-PD-L1免疫治療敏感和耐藥的分子機(jī)制，鑒定了關(guān)鍵免疫組分及其在免疫檢查點(diǎn)抑制劑和紫杉醇化療方案下的動(dòng)態(tài)變化，闡明了紫杉醇化療與阿替利珠單抗聯(lián)合應(yīng)用不能有效增加TNBC患者治療效果的原因。該課題的研究結(jié)果對(duì)當(dāng)前免疫治療聯(lián)合化療方案有重要指導(dǎo)意義，提示需要進(jìn)一步系統(tǒng)評(píng)估不同化療藥與免疫治療藥聯(lián)合使用的分子機(jī)制，才能有效提高聯(lián)合用藥方案對(duì)TNBC患者的治療效果。

此項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的新穎性工作，是國(guó)際上迄今為止針對(duì)TNBC腫瘤相關(guān)免疫細(xì)胞的規(guī)模最大的單細(xì)胞組學(xué)研究，為深入理解TNBC患者的免疫特質(zhì)及免疫治療聯(lián)合化療方案的作用機(jī)制提供了可靠基礎(chǔ)，也為后續(xù)相關(guān)研究工作提供了極有價(jià)值的數(shù)據(jù)資源。該研究的科學(xué)發(fā)現(xiàn)為解析腫瘤及其他疾病中免疫細(xì)胞的動(dòng)態(tài)調(diào)控、指導(dǎo)TNBC患者臨床分型以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療，以及開(kāi)發(fā)新的臨床檢測(cè)與治療手段提供了新的思路。

北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心（CLS）博士后張園園博士，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院陳洪巖博士、莫紅楠博士，以及百奧智匯胡學(xué)達(dá)博士為該論文的并列第一作者。張澤民、劉芝華、馬飛和徐兵河為該論文的共同通訊作者。該研究得到北京市科委、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、ICG的支持和資助。張園園博士得到北京大學(xué)博雅博士后及拜耳博士后基金的資助。

來(lái)源：北京大學(xué)