《Nature | 新抗原特异性细胞毒性 Tr1 CD4 T 细胞抑制癌症免疫疗法》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-07-26
  • 2024年7月24日,华盛顿大学Robert D. Schreiber通讯在Nature发表题为Neoantigen-specific cytotoxic Tr1 CD4 T cells suppress cancer immunotherapy的文章,揭示了癌症免疫疗法的一个新方面:细胞毒性Tr1 CD4 T细胞在抑制抗肿瘤反应中的作用。

    该研究表明,治疗性肿瘤特异性新抗原(neoAg)肽疫苗的有效性高度依赖于疫苗中含有的MHC-II neoAg的剂量。令人惊讶的是,在疫苗中过量装载肿瘤表达的MHC-II新表位可以完全逆转疫苗疗效。鉴于人们对个性化癌症疫苗作为免疫疗法的一种形式越来越感兴趣,这一发现尤其重要。研究人员证明,疫苗中高剂量的MHC-II neoAg会导致细胞毒性Tr1 CD4 T细胞的产生,这些细胞不同于调节性T细胞(Treg),但是也具有强大的免疫抑制活性。这些Tr1细胞的特征是IL-10、颗粒酶B、穿孔素、CCL5和LILRB4的表达,能选择性地杀死MHC-II肿瘤抗原呈递1型常规树突状细胞(cDC1),导致肿瘤中cDC1的数量减少。cDC1的这种耗竭会损害细胞毒性CD8+T细胞反应的发展,从而阻碍免疫的抗肿瘤作用。

    该研究进一步确定LILRB4是这些抑制性CD4+T细胞的标志物,为治疗干预提供了潜在的靶点。研究人员表明,用单克隆抗体阻断LILRB4可以逆转Tr1细胞的抑制作用,恢复IL-2的产生,增强促进抗肿瘤反应的分子的表达。此外,他们还证明,CD8导向的IL-2突变蛋白可以绕过HDVax(high doses of the same MHC-II neoAg)诱导的免疫抑制,导致肿瘤消退。研究结果还表明,Tr1细胞的诱导需要cDC2/单核细胞的存在。当这些细胞被敲除时,Tr1细胞的产生减少,HDVax的抑制作用被消除,表明cDC2/单核细胞在Tr1细胞的发育及其随后的免疫抑制功能中起着至关重要的作用。

    总体而言,这项研究提供了对疫苗中MHC-II新抗原剂量如何深刻影响癌症免疫疗法结果的新理解。作者确定了肿瘤和免疫系统之间复杂相互作用的新参与者,并提供了克服Tr1细胞免疫抑制作用的潜在策略。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07752-y
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    • 编译者:hujm
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    • 在PD-1/PD-L1抑制剂使用了近10年的今天,科学家竟然还能围绕PD-L1,发现刷新认知级别的新机制。   近日,由美国乔治亚医学院Liu Kebin教授领衔的研究团队,在著名期刊《癌细胞》上发表了一项重大研究成果[1]。   这篇论文有两个出人意料的新发现:第一,肿瘤细胞PD-L1竟然不直接抑制细胞毒性T细胞的毒性;第二,肿瘤细胞PD-L1对肿瘤原发灶没有保护作用,而是通过与转移灶髓系细胞PD-1结合,抑制细胞毒性T细胞对转移灶的浸润,促进转移灶肿瘤的生长。 时至今日,我们都知道,免疫检查点抑制剂主要是通过阻断PD-1/PD-L1信号通路,发挥抗癌作用的。其中,PD-1指的主要是细胞毒性T细胞表面的PD-1,而PD-L1主要是癌细胞表面的PD-L1[2]。   目前对PD-1及其下游信号通路功能的争议较小,然而,究竟是谁的PD-L1在通过PD-1影响T细胞的活性,目前仍存在争议。   大量基于小鼠模型的研究发现,树突状细胞和巨噬细胞等免疫细胞的PD-L1,在抑制T细胞抗肿瘤反应中发挥了主导作用[3];仅有一项研究发现,肿瘤细胞PD-L1(tPD-L1)足以抑制细胞毒性T细胞的毒性,以促进结肠癌小鼠模型的肿瘤免疫逃逸[4]。然而,人体临床研究却发现,肿瘤细胞PD-L1或者肿瘤细胞联合免疫细胞PD-L1才是预后的最强指标[5,6]。   在Liu教授看来,小鼠研究结果之所以与临床研究不符,可能是因为肿瘤的解剖位置不同。在临床前研究中,导致小鼠死亡的大多是类似于原发肿瘤的肿瘤负担过高;而癌症患者的死亡,主要是癌症转移导致的。因此,肿瘤细胞PD-L1对于癌症的转移可能有不为人知的重要作用。   为了搞清楚肿瘤细胞PD-L1的功能,Liu教授团队选用了4种表达PD-L1的癌细胞系:三阴性乳腺癌细胞系4T1,微卫星稳定型肠癌细胞系CT26,转移性微卫星不稳定肠癌细胞系MC38-met,黑色素瘤细胞系B16-F10。他们还基于上述4个细胞系,构建了一一对应的PD-L1敲除癌细胞系。   他们将上述8种细胞系分别与一个细胞毒性T细胞系混合培养,发现T细胞对所有癌细胞系都显示出剂量依赖的细胞毒性,而且T细胞和正常癌细胞系共培养还会导致双方的PD-1和PD-L1表达水平上升。他们还发现,PD-L1的表达对癌细胞竟然没有保护作用,甚至加入PD-1抑制剂也没有保护作用。   Liu教授认为,这说明在不存在肿瘤微环境的情况下,癌细胞和T细胞1V1的时候,表不表达PD-L1对癌细胞来说是一样的。其实这还暗示,肿瘤细胞PD-L1与T细胞PD-1之间的互作,可能不影响T细胞的毒性。 那么这种现象在体内是不是也存在呢?   没想到真存在。   无论是将哪对细胞系注射到小鼠体内,PD-L1存在与否都不影响肿瘤的大小。这再次说明,肿瘤细胞PD-L1对原发肿瘤的生长没有帮助。这确实刷新了我的认知!   接下来Liu团队以三阴性乳腺癌4T1(可自发发生肺转移)为例,探索了肿瘤细胞PD-L1对癌症转移的影响。他们发现,在小鼠乳腺分别接种两种癌细胞后,表达PD-L1的肿瘤细胞肺部转移灶更多,肿瘤负担更重,而PD-L1被敲除的4T1细胞的肺转移能力明显被削弱。在其他几个细胞系中,也发现了类似的现象。 在随后的研究中,Liu团队证实,虽然肿瘤细胞PD-L1不保护原发灶,但是髓系细胞表面的PD-L1确实是在保护原发灶。这一发现很好地解释了前面的人鼠差异。   确定肿瘤细胞PD-L1促进转移且不保护原发灶之后,Liu团队要解决的问题是,肿瘤细胞的PD-L1究竟是如何促进癌细胞转移的。   为了回答这个问题,他们首先比较了PD-L1表达状态对原发灶和转移灶肿瘤微环境的影响。结果发现,在接种后1天后,无论PD-L1是否敲除,小鼠肺部的初始癌细胞没有差异。他们还注意到,相比正常的4T1,PD-L1被敲除的4T1肺部转移灶CD3阳性细胞浸润增加,但是原发灶没有;如果清除小鼠体内的免疫细胞,那无论PD-L1表达与否,都能形成同样的肺转移灶。   这些数据说明,肿瘤细胞PD-L1并不影响癌细胞的散播,而是帮助转移灶的癌细胞躲避细胞毒性T细胞的杀伤。   这又是如何实现的呢?   经过一系列复杂的实验,Liu团队发现转移灶肿瘤细胞PD-L1与髓系细胞PD-1(mPD-1)结合后,会激活SHP2,下调IFN-I→STAT1→CXCL9这条会招募细胞毒性T细胞的信号通路,进而抑制T细胞对转移灶的浸润,而不是通过PD-1/PD-L1通路抑制了T细胞的杀伤力。 总的来说,Liu教授团队的这项研究成果让我们对癌症免疫有了全新的认知。让我们知道,原来PD-1/PD-L1这条信号通路远比我们想想的复杂,它的功能不仅与细胞类型有关,而且还与肿瘤的解剖部位有关。   更重要的是,这个研究让我们对免疫新辅助和辅助治疗有了更深的理解,也夯实了这两种疗法的理论基础。   参考文献: [1].Klement JD, Redd PS, Lu C, et al. Tumor PD-L1 engages myeloid PD-1 to suppress type I interferon to impair cytotoxic T lymphocyte recruitment. Cancer Cell. 2023;41(3):620-636.e9. doi:10.1016/j.ccell.2023.02.005 [2].Tumeh PC, Harview CL, Yearley JH, et al. PD-1 blockade induces responses by inhibiting adaptive immune resistance. Nature. 2014;515(7528):568-571. doi:10.1038/nature13954 [3].Oh SA, Wu DC, Cheung J, et al. PD-L1 expression by dendritic cells is a key regulator of T-cell immunity in cancer. Nat Cancer. 2020;1(7):681-691. doi:10.1038/s43018-020-0075-x [4].Juneja VR, McGuire KA, Manguso RT, et al. PD-L1 on tumor cells is sufficient for immune evasion in immunogenic tumors and inhibits CD8 T cell cytotoxicity. J Exp Med. 2017;214(4):895-904. doi:10.1084/jem.20160801 [5].Yoon HH, Jin Z, Kour O, et al. Association of PD-L1 Expression and Other Variables With Benefit From Immune Checkpoint Inhibition in Advanced Gastroesophageal Cancer: Systematic Review and Meta-analysis of 17 Phase 3 Randomized Clinical Trials. JAMA Oncol. 2022;8(10):1456-1465. doi:10.1001/jamaoncol.2022.3707 [6].Zou Y, Zou X, Zheng S, et al. Efficacy and predictive factors of immune checkpoint inhibitors in metastatic breast cancer: a systematic review and meta-analysis. Ther Adv Med Oncol. 2020. doi:10.1177/1758835920940928
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    • 人体免疫系统拥有丰富的“武器”库,可用于对抗疾病。而所谓的CD8+T细胞就是这个武器库的一部分,有时被称为细胞毒性T淋巴细胞,它也是肿瘤免疫疗法发挥疗效的关键。然而,虽然特异性CD8+T细胞能够识别病毒感染细胞并释放毒素等杀伤细胞,有效清除感染细胞。但与急性病毒感染不同,在癌症以及慢性病毒感染过程中,CD8+T细胞容易表现出“耗竭”,即效应功能下降,记忆能力丧失。近日,发表在同行评审期刊Nature上的一项研究表明,靶向REGNASE-1因子,可以将CD8+T细胞重编程为长效效应细胞,并在肿瘤中进行广泛的积累,发挥更好的持久性和强大的效应功能。靶向REGNASE-1基因的作用机制研究小组使用CRISPR–Cas9基因编辑技术破坏了与T细胞代谢相关的3000多个基因,以在抗肿瘤ACT小鼠模型中测试这些基因的功能。在研究中,确定了200多个与T细胞功能密切相关的基因,这些基因具有影响荷瘤小鼠体内CD8+T细胞持久性和功能的惊人能力。上面:缺乏REGNASE-1基因的T细胞;下面:表达REGNASE-1基因的T细胞。结果:缺乏REGNASE-1基因的T细胞可以发挥更强大的杀伤作用,同时也可以存活更久的时间。通过对比发现,许多基因被破坏后,对T细胞的存活能力具有负面影响;但某些基因的破坏反而使浸润肿瘤的T细胞数量大大高于正常情况,在对比表中,影响侵袭肿瘤细胞的T细胞数量最多的就是REGNASE-1基因。研究发现,REGNASE-1基因的缺失可以使T细胞在肿瘤细胞中蓄积,CD8+T数量是该基因正常存在时的2000倍。为了更好地理解REGNASE-1缺乏如何导致T细胞持续性增加,研究人员分析了REGNASE-1缺乏和野生型细胞的基因表达谱,发现:缺乏REGNASE-1基因的T细胞和记忆T细胞产生的分子标记特征会增加,这就促使更多的T细胞可以分化成记忆T细胞,当再次接触到肿瘤抗原的时候,就可以快速地繁殖并进行攻击;并且缺乏该基因的CD8+T细胞在对抗小鼠两种肿瘤方面比野生型CD8+T细胞更好:一种是称为黑色素瘤的侵袭性皮肤癌;另一种是称为急性淋巴细胞白血病的血液癌。缺乏REGNASE-1的CD8+T细胞会以与野生型细胞相似的速率增殖,但不会迅速凋亡,从而使T细胞积累。另外,缺乏REGNASE-1基因的T细胞中线粒体的功能会显着增加,从而增加T细胞可以使用的能量,而在肿瘤微环境中,T细胞的能量供应往往是受到抑制的。 因此,REGNASE-1缺乏症的这些综合作用使CD8+T细胞和CAR-T细胞在小鼠模型中随时间累积并保持活性。有关CD8+T细胞战斗力的其他研发进展去年8月,为了找到帮助CD8+ T细胞重获新生并延长生存期的方法,美国Gladstone研究所的Shomyseh Sanjabi博士团队进行了一项研究,发现缺乏Sprouty 1和2蛋白的小鼠中,更多的效应CD8+ T细胞存活了下来,并转变为记忆细胞。不仅如此,这种随后产生的记忆细胞比正常的记忆细胞更强大,更能够抵御病原体的入侵。此外,今年5月,来自荷兰阿姆斯特丹大学的Jaco van Bruggen及其同事在Blood上发表了一篇关于在慢性淋巴细胞白血病(CLL)中T细胞代谢稳态受损对CAR-T细胞治疗潜在影响的探索性研究的结果,发现线粒体大小可能是CAR-T疗效的标志,增强CD8+T细胞的线粒体生物合成,或可增强免疫疗效。这与本次研究中发现缺乏REGNASE-1基因的T细胞中线粒体的功能显着增加,从而增加T细胞可以使用的能量,保持其持久活性的结果不谋而合。结语这些关于提高CD8+T活性和疗效的最新研究,引起了很多研究人员的兴趣与重视。此次研究的REGNASE-1基因,通过与CRISPR技术相结合,既能增加记忆CD8+T细胞数目,又能改善其战斗能力,这种方法实属难得,有希望能够成为一种改善CAR-T细胞免疫疗法治疗效果的有效途径,未来拭目以待!