2021年12月17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)合北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院季加孚、步召德課題組以及北京大學(xué)第三醫(yī)院，在國(guó)際期刊Science上發(fā)表了題為“Pan-Cancer Single Cell Landscape of Tumor-Infiltrating T Cells”的研究論文。結(jié)合單細(xì)胞基因表達(dá)譜和T細(xì)胞受體序列，研究者系統(tǒng)地刻畫(huà)了腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞的異質(zhì)性和動(dòng)態(tài)性，并系統(tǒng)地比較了癌癥類(lèi)型之間的異同。

T細(xì)胞是最關(guān)鍵的抗腫瘤免疫細(xì)胞，其中毒性T細(xì)胞是殺傷癌細(xì)胞的最主要細(xì)胞類(lèi)群。腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞中含有應(yīng)答腫瘤抗原的T細(xì)胞。然而伴隨著腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程，這些T細(xì)胞往往分化為功能失調(diào)狀態(tài)，即T細(xì)胞耗竭。調(diào)節(jié)腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞的治療方法已經(jīng)取得了顯著的臨床效果，但在不同癌癥類(lèi)型之間差異很大。越來(lái)越多的證據(jù)表明不同癌種的腫瘤微環(huán)境對(duì)塑造T細(xì)胞的組成和狀態(tài)發(fā)揮著重要作用。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序 (scRNA-seq) 已成功應(yīng)用于多種癌癥的腫瘤微環(huán)境的精細(xì)解析。例如，利用單細(xì)胞測(cè)序和生物信息技術(shù)，張澤民課題組及合作者之前曾對(duì)三個(gè)癌種，即肝癌、非小細(xì)胞肺癌和結(jié)直腸癌完成了單細(xì)胞水平的T細(xì)胞研究。但迄今為止仍然缺少對(duì)不同癌癥類(lèi)型的T細(xì)胞在單細(xì)胞水平進(jìn)行系統(tǒng)比較分析。

為了更好地了解腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞的全貌，揭示癌種間的共性和特殊性，該研究新產(chǎn)生了更多癌種的T細(xì)胞數(shù)據(jù)，包括骨髓瘤、淋巴瘤、腎癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、食道癌、甲狀腺癌、乳腺癌、胃癌和胰腺癌，并廣泛收集領(lǐng)域內(nèi)已發(fā)表的類(lèi)似數(shù)據(jù)。該研究通過(guò)創(chuàng)新生物信息方法，校正混雜因素和批次效應(yīng)后，有效整合了不同實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室來(lái)源的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建了系統(tǒng)的單細(xì)胞水平的泛癌癥T細(xì)胞圖譜（圖1）。圖譜最終涵蓋了來(lái)自21種癌癥類(lèi)型的316名患者的397,810高質(zhì)量T細(xì)胞數(shù)據(jù)。

該研究一共識(shí)別出17個(gè)CD8+T細(xì)胞類(lèi)群和24個(gè)CD4+T細(xì)胞類(lèi)群。癌、癌旁組織和外周血的T細(xì)胞組成具有明顯的差異。特別是癌組織中出現(xiàn)了特有的耗竭CD8+T細(xì)胞，而TNFRSF9+Treg也在癌組織中高度富集。這些結(jié)果表明，腫瘤微環(huán)境明顯地重塑了T細(xì)胞的狀態(tài)。

該研究揭示了CD4+和CD8+T細(xì)胞亞群的異質(zhì)性、分化路徑以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控。對(duì)于 CD8+ T 細(xì)胞，研究者揭示了T細(xì)胞耗竭的兩種常見(jiàn)主要途徑，即分別通過(guò)效應(yīng)記憶T細(xì)胞和組織駐留T細(xì)胞這兩種未耗竭狀態(tài)。此外，KIR+類(lèi)NK態(tài)T 細(xì)胞、TC17細(xì)胞或CD8+ Treg細(xì)胞均有可能轉(zhuǎn)化為耗竭T細(xì)胞，但這些轉(zhuǎn)化只在少數(shù)癌種中觀察到。研究者進(jìn)一步分析了T細(xì)胞耗竭相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。TOX，PRDM1等已被報(bào)道的轉(zhuǎn)錄因子在大多數(shù)癌種的耗竭T細(xì)胞里高表達(dá)，但也有一些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)呈現(xiàn)一定的癌種偏向性，如SOX4和FOXP3等。對(duì)于 CD4+ T 細(xì)胞，IFNG+ TFH/TH1 和TNFRSF9+ Treg是兩群主要的潛在腫瘤響應(yīng)T細(xì)胞。該研究推斷IFNG+ TFH/TH1 細(xì)胞可能由經(jīng)典的IL21+TFH分化而來(lái)。TNFRSF9+ Treg主要由其他Treg轉(zhuǎn)化而來(lái)，但在少數(shù)癌種里TNFRSF9+ Treg可能從一些非Treg 細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來(lái)，如TH17和TFH。

該研究還探索了多種因素和腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞組成的關(guān)系。腫瘤的突變總量以及具體的基因突變都能夠影響腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞。例如，腫瘤突變負(fù)荷與IFNG+ TFH/TH1 細(xì)胞的比例顯著正相關(guān)，而腫瘤的FAT1體細(xì)胞突變與TNFRSF9+ Treg細(xì)胞的比例也顯著正相關(guān)。此外，研究者發(fā)現(xiàn)腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞的組成在不同癌種間也有顯著差異?；诖?，研究者提出了根據(jù)腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞的組成對(duì)患者進(jìn)行免疫分型。研究者發(fā)現(xiàn)可以將癌癥患者分為終末耗竭 CD8+ T 細(xì)胞占比高與組織駐留記憶 CD8+ T 細(xì)胞占比高的兩個(gè)組群，并且后者總體上比前者有更好的生存預(yù)后。

該單細(xì)胞水平的泛癌種T細(xì)胞研究在多方面加深了人們對(duì)腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞的認(rèn)識(shí)，也將進(jìn)一步促進(jìn)新的癌癥免疫治療方法開(kāi)發(fā)。

圖1. T細(xì)胞單細(xì)胞圖譜的研究框架和主要發(fā)現(xiàn)

北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士畢業(yè)生鄭良濤、生命科學(xué)學(xué)院博士生秦世尚、前沿交叉學(xué)科研究院博士后司雯為該論文的并列第一作者，張澤民、季加孚和步召德、百奧智匯胡學(xué)達(dá)博士為該論文的共同通訊作者。該課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市生命科學(xué)前沿創(chuàng)新培育項(xiàng)目和北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng)新中心的資助，以及北大高通量測(cè)序平臺(tái)的協(xié)助與支持。

來(lái)源： 北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心