腫瘤免疫微環(huán)境

       腫瘤免疫微環(huán)境是一個復雜的綜合系統(tǒng),其核心特征之一是免疫作用[1]。腫瘤免疫微環(huán)境包含著多種腫瘤浸潤的免疫細胞，如T淋巴細胞[2]、B淋巴細胞[3]、自然殺傷細胞、肥大細胞、髓系抑制細胞等[4]。這些免疫細胞一方面抑制、殺傷腫瘤細胞的抗腫瘤免疫作用，另一方面又促進腫瘤發(fā)展及免疫逃逸作用。在當前腫瘤研究中，腫瘤免疫微環(huán)境已成為重要的研究關注點。傳統(tǒng)基因測序方法只能獲得組織樣本不同種類的細胞內(nèi)基因表達信息平均后的結(jié)果，樣本包括腫瘤細胞和腫瘤細胞周圍微環(huán)境的。這些分析是對大塊的腫瘤樣本進行籠統(tǒng)的分析，不能有效識別和描述腫瘤微環(huán)境中逐個免疫細胞的種類及其所處狀態(tài)，可能掩蓋了許多關鍵的信息。單細胞測序技術是利用DNA二代測序技術對單個細胞的DNA、RNA或DNA甲基化水平進行分析，分別揭示其基因組、轉(zhuǎn)錄組和表觀遺傳學特征，了解單個細胞功能和所處的狀態(tài)。單細胞測序分析不僅能鑒定實體瘤內(nèi)細胞的異質(zhì)性，還有助于闡明腫瘤微環(huán)境免疫細胞對腫瘤細胞發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移、耐藥和免疫逃逸等分子作用機制，從而使實體瘤的臨床診治和轉(zhuǎn)歸預測變得更加準確。近年來，單細胞測序在腫瘤研究中逐漸增加。拉霍亞免疫學研究所的研究人員[5]對1500多個樣品的單細胞測序和分析，構(gòu)建出人類迄今最詳盡免疫細胞圖譜，并構(gòu)建了DICE數(shù)據(jù)庫(https://dice-database.org/)。張澤民團隊[6]完成了來自14例非小細胞癌初治患者外周血、癌組織及癌旁組織的12,346個T細胞的單細胞測序工作。觀察到CD8+ T細胞群體存在大量克隆擴增，進而刻畫了T細胞功能亞群、各亞群的組織分布特征及亞群間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關系等免疫特征，揭示了耗竭前T細胞與耗竭性T細胞的浸潤比例與肺腺癌患者預后相關，激活態(tài)Treg的比例與肺腺癌病人的預后相關。Azizi等[7]分別對來源于8例乳腺癌患者原發(fā)腫瘤部位、正常乳腺組織、外周血和淋巴結(jié)的45 000個免疫細胞進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序及對比分析，不僅發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境中的T細胞存在多種不同的亞群和激活狀態(tài)，重建了腫瘤相關T細胞的進化軌跡，還發(fā)現(xiàn)部分Treg存在CTLA4、TIGHT和GITR基因共突變的現(xiàn)象。Lavin等[8]篩選28例肺腺癌患者外周血、非腫瘤肺組織和肺癌標本，使用質(zhì)譜流式細胞技術和多因子檢測技術進行分析。結(jié)果顯示，在Ⅰ期腫瘤患者，腫瘤局部已經(jīng)顯示出大量MDSC浸潤，NK細胞和CD141+DC細胞減少，而CD1c+DC、PPARγhigh Mφ、PD-1+T細胞均增多。此外，該研究還鑒定出CD39highCD38highPD-1highCTLA- 4highTregs細胞群，同樣也顯著增多。這些免疫細胞特征構(gòu)成了早期肺腺癌患者個體化的免疫特征圖譜。Li Hanjie等[2] 通過對25名黑色素瘤患者腫瘤中免疫細胞，進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序和單細胞TCR測序分析，繪制黑色素瘤詳盡的免疫細胞圖譜。該研究發(fā)現(xiàn)不同免疫細胞亞型存在于大多數(shù)患者中，它們的相對豐度在不同患者中存在很大差異。此外，盡管豐度不同，所觀察到的CD8T細胞的分化途徑卻是高度保守的。癌癥中免疫細胞的異質(zhì)性對免疫治療的效果有重要影響，功能失調(diào)的CD8 T細胞在腫瘤微環(huán)境中處于動態(tài)分化和高度活躍的狀態(tài)，而且很可能驅(qū)動著腫瘤特異性免疫應答。

單細胞水平下腫瘤免疫細胞圖

癌癥免疫療法

       癌癥免疫療法是近年新興的極具潛力的治療方法，尤其是免疫檢查點抑制劑療法[9, 10]取得良好的療效。雖然這種治療方法可以達到顯著的臨床效果，但是在不同病人或者不同癌種之間的效果卻很不均一。腫瘤浸潤淋巴細胞的發(fā)育代謝水平[11]、DNA變異的數(shù)目以及藥物靶基因的表達等因素都會影響到各類腫瘤免疫治療的效果。由于參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的免疫細胞類型多樣且異質(zhì)性很強，只有開展單細胞水平的研究才能刻畫腫瘤免疫微環(huán)境組成、免疫細胞發(fā)育轉(zhuǎn)換軌跡及代謝變化、細胞亞群間基因組表達差異以及基因調(diào)控的信號通路[1]，揭示腫瘤免疫與浸潤免疫細胞亞群間相互關系，從而獲得系統(tǒng)詳盡的腫瘤免疫圖譜，助力于腫瘤免疫療法有效的靶點和生物標志物的發(fā)現(xiàn)及轉(zhuǎn)歸預后評估。聯(lián)合單細胞測序技術和生物信息方法來闡明腫瘤微環(huán)境特別是腫瘤浸潤免疫細胞的精確組成和功能狀態(tài)，探究腫瘤內(nèi)部各類細胞的特異屬性、相互關系、及動態(tài)變化，更加有利于找到新靶點，開拓克服腫瘤的新穎方法。

腫瘤免疫微環(huán)境下免疫細胞

1. Mollaoglu G, Jones A, Wait SJ,Mukhopadhyay A, Jeong S, Arya R, et al. The Lineage-Defining TranscriptionFactors SOX2 and NKX2-1 Determine Lung Cancer Cell Fate and Shape the TumorImmune Microenvironment. Immunity 2018; 49(4):764-779 e769.

2. Li H, van der Leun AM, Yofe I, LublingY, Gelbard-Solodkin D, van Akkooi ACJ, et al. Dysfunctional CD8 T Cells Form aProliferative, Dynamically Regulated Compartment within Human Melanoma. Cell2019; 176(4):775-789 e718.

3. Helmink BA, Reddy SM, Gao J, Zhang S,Basar R, Thakur R, et al. B cells and tertiary lymphoid structures promoteimmunotherapy response. Nature 2020; 577(7791):549-555.

4. Cabrita R, Lauss M, Sanna A, Donia M,Skaarup Larsen M, Mitra S, et al. Tertiary lymphoid structures improveimmunotherapy and survival in melanoma. Nature 2020; 577(7791):561-565.

5. Schmiedel BJ, Singh D, Madrigal A,Valdovino-Gonzalez AG, White BM, Zapardiel-Gonzalo J, et al. Impact of GeneticPolymorphisms on Human Immune Cell Gene Expression. Cell 2018; 175(6):1701-1715e1716.

6. Guo X, Zhang Y, Zheng L, Zheng C, SongJ, Zhang Q, et al. Global characterization of T cells in non-small-cell lungcancer by single-cell sequencing. Nat Med 2018; 24(7):978-985.

7. Wagner J, Rapsomaniki MA, Chevrier S,Anzeneder T, Langwieder C, Dykgers A, et al. A Single-Cell Atlas of the Tumorand Immune Ecosystem of Human Breast Cancer. Cell 2019; 177(5):1330-1345 e1318.

8. Lavin Y, Kobayashi S, Leader A, Amir ED,Elefant N, Bigenwald C, et al. Innate Immune Landscape in Early LungAdenocarcinoma by Paired Single-Cell Analyses. Cell 2017; 169(4):750-765 e717.

9. Teng MW, Ngiow SF, Ribas A, Smyth MJ.Classifying Cancers Based on T-cell Infiltration and PD-L1. Cancer Res 2015;75(11):2139-2145.

10. Palucka AK, Coussens LM. The Basis ofOncoimmunology. Cell 2016; 164(6):1233-1247.

11. Petitprez F, de Reynies A, Keung EZ,Chen TW, Sun CM, Calderaro J, et al. B cells are associated with survival andimmunotherapy response in sarcoma. Nature 2020; 577(7791):556-560.

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