2021年12月17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）張澤民課題組聯合北京大學腫瘤醫(yī)院季加孚、步召德課題組以及北京大學第三醫(yī)院，在國際期刊Science上發(fā)表了題為Pan-Cancer Single Cell Landscape of Tumor-Infiltrating T Cells的研究論文。結合單細胞基因表達譜和 T細胞受體序列，研究者系統(tǒng)地刻畫了腫瘤浸潤性T細胞的異質性和動態(tài)性，并系統(tǒng)地比較了癌癥類型之間的異同。

T細胞是最關鍵的抗腫瘤免疫細胞，其中毒性T細胞是殺傷癌細胞的最主要細胞類群。腫瘤浸潤T細胞中含有應答腫瘤抗原的T細胞。然而伴隨著腫瘤發(fā)生發(fā)展過程，這些T細胞往往分化為功能失調狀態(tài)，即T細胞耗竭。調節(jié)腫瘤浸潤T細胞的治療方法已經取得了顯著的臨床效果，但在不同癌癥類型之間差異很大。越來越多的證據表明不同癌種的腫瘤微環(huán)境對塑造T細胞的組成和狀態(tài)發(fā)揮著重要作用。單細胞轉錄組測序 (scRNA-seq) 已成功應用于多種癌癥的腫瘤微環(huán)境的精細解析。例如，利用單細胞測序和生物信息技術，張澤民課題組及合作者之前曾對三個癌種，即肝癌、非小細胞肺癌和結直腸癌完成了單細胞水平的T細胞研究。但迄今為止仍然缺少對不同癌癥類型的T細胞在單細胞水平進行系統(tǒng)比較分析。

為了更好地了解腫瘤浸潤T細胞的全貌，揭示癌種間的共性和特殊性，該研究新產生了更多癌種的T細胞數據，包括骨髓瘤、淋巴瘤、腎癌、卵巢癌、子宮內膜癌、食道癌、甲狀腺癌、乳腺癌、胃癌和胰腺癌，并廣泛收集領域內已發(fā)表的類似數據。該研究通過創(chuàng)新生物信息方法，校正混雜因素和批次效應后，有效整合了不同實驗平臺和實驗室來源的數據，從而構建了系統(tǒng)的單細胞水平的泛癌癥T細胞圖譜（圖1）。圖譜最終涵蓋了來自21種癌癥類型的316名患者的397,810高質量T細胞數據。

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

該研究揭示了 CD4⁺和CD8⁺?T細胞亞群的異質性、分化路徑以及轉錄調控。對于 CD8⁺?T 細胞，研究者揭示了T細胞耗竭的兩種常見主要途徑，即分別通過效應記憶T細胞和組織駐留T細胞這兩種未耗竭狀態(tài)。此外，KIR⁺?類NK態(tài)T 細胞、TC17細胞或CD8⁺?_Treg細胞均有可能轉化為耗竭T細胞，但這些轉化只在少數癌種中觀察到。研究者進一步分析了T細胞耗竭相關的轉錄因子。TOX，PRDM1等已被報道的轉錄因子在大多數癌種的耗竭T細胞里高表達，但也有一些轉錄因子的表達呈現一定的癌種偏向性，如SOX4和FOXP3等。對于 CD4⁺?T 細胞，IFNG⁺?T_FH/T_H1 和TNFRSF9⁺?T_reg是兩群主要的潛在腫瘤響應T細胞。該研究推斷IFNG⁺?T_FH/T_H1 細胞可能由經典的IL21+T_FH分化而來。TNFRSF9⁺?T_reg主要由其他T_reg轉化而來，但在少數癌種里TNFRSF9⁺?T_reg可能從一些非T_reg?細胞轉化而來，如T_H17和T_FH。

該研究還探索了多種因素和腫瘤浸潤T細胞組成的關系。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T細胞。例如，腫瘤突變負荷與IFNG⁺?T_FH/T_H1 細胞的比例顯著正相關，而腫瘤的FAT1體細胞突變與TNFRSF9⁺?T_reg細胞的比例也顯著正相關。此外，研究者發(fā)現腫瘤浸潤T細胞的組成在不同癌種間也有顯著差異。基于此，研究者提出了根據腫瘤浸潤T細胞的組成對患者進行免疫分型。研究者發(fā)現可以將癌癥患者分為終末耗竭 CD8⁺?T 細胞占比高與組織駐留記憶 CD8^+?T 細胞占比高的兩個組群，并且后者總體上比前者有更好的生存預后。

該單細胞水平的泛癌種T細胞研究在多方面加深了人們對腫瘤浸潤T細胞的認識，也將進一步促進新的癌癥免疫治療方法開發(fā)。

T細胞單細胞圖譜的研究框架和主要發(fā)現

北京大學前沿交叉學科研究院博士畢業(yè)生鄭良濤、生命科學學院博士生秦世尚、前沿交叉學科研究院博士后司雯為該論文的并列第一作者，北京大學BIOPIC和生命科學學院張澤民教授、北京大學腫瘤醫(yī)院季加孚教授和步召德教授、百奧智匯胡學達博士為該論文的共同通訊作者。該課題得到了國家自然科學基金、北京市生命科學前沿創(chuàng)新培育項目和北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心的資助，以及北大高通量測序平臺的協助與支持。

論文鏈接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe6474

來源：北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心