肿瘤中的亚优势抗原决定TCF1+CD8+T前体细胞的表型

撰文 | 我的闺蜜老红帽

多项证据指出，新抗原（neoantigen），也就是来自于主要组织相容性分子突变后所产生的多肽，可以驱动T细胞对肿瘤进行应答【1】。在肿瘤免疫检查点抑制治疗（例如抗PD-1）后，新抗原特异性CD8+T细胞增殖明显，并且，这一增殖与新抗原水平正相关【2】；而靶向新抗原的过继性T细胞治疗可以明显起到抗癌作用【3,4】。这些结果表明，靶向新抗原的免疫治疗方法在癌症治疗方面，尤其是癌症疫苗研发方面，有着十分广阔的前景。但是，其具体机制，以及如何应用于癌症治疗，仍旧知之甚少。

为了详尽研究T细胞对肿瘤的应答过程，以及与新抗原之间的关系，近日，来自美国麻省理工大学的Tyler Jacks研究组在Cell杂志上发表题为Antigen dominance hierarchies shape TCF1+ progenitor CD8 T cell phenotypes in tumors 的研究型文章，发现肺癌模型中，亚优势新抗原更加容易引起T细胞响应，并且，在免疫检查点疗法治疗肺癌中可以取得更为优良的疗效。

首先，作者构建了连接荧光素酶报告基因的SIIN（SIINFEKL）和SIY（SIYRYYGL）两种CD8+T细胞新抗原，并且以此为基础建立了表达这些肿瘤特异性新抗原的小鼠肺腺癌模型（LucOS）。作者发现，SIIN和SIY这两种抗原存在优势层级，即一个是优势抗原，而另一个是亚优势抗原。在5周时，SIIN诱导CD8+T细胞的水平比SIY明显更高，但持续时间并不久，而SIY则可以持续诱导稳定水平的CD8+T细胞。最终在12周左右，二者所诱导的CD8+T细胞水平基本持平。

接下来作者进一步研究SIIN和SIY特异性CD8+T细胞的区别所在。作者通过单细胞RNA测序的方法，发现SIIN特异性细胞倾向于表达效应性T细胞标签，而SIY特异性细胞则倾向于表达原初T细胞和记忆性前体T细胞标签。近期多项报道指出，免疫检查点抑制治疗可以促进前体细胞的分化，也可以这样理解，也就是前体细胞的水平与免疫检查点抑制治疗的疗效息息相关。前体细胞通常表达有TCF1（transcription factor T cell factor 1 ），这也与SIY特异性细胞所表达的分子标签相符合。

因为SIIN诱导CD8+T细胞水平比SIY更高，作者猜测这一竞争结果很可能与SIY所诱导的TCF+前体细胞相关。为了证实这一猜测，作者分别构建了单独表达SIY和SIIN的小鼠（LucSIIN 和LucSIY ），并发现，仅SIY并不能诱导高水平的TCF1+前体T细胞。这也说明，肿瘤中存在抗原层级，而对亚优势抗原的响应在抗癌过程中至关重要。

在免疫检查点抑制治疗中，TCF+前体细胞在CD8+T细胞响应中起着关键作用，作者研究是否SIY特异性细胞在这一治疗过程中也起着关键作用。在一周抗PD-1/CTLA-4治疗后，T细胞增殖更为明显，其动态变化与TCF1+前体T细胞基本相反。也就是说，免疫检查点治疗使得细胞类型由TCF1+向TCF1-转变。但是，虽然TCF1+细胞比例逐渐降低，其绝对数目却在升高。另一个有趣的结果显示，尽管TCF+T细胞水平升高，SIY特异性细胞对免疫检查点抑制治疗的响应并不比SIIN显著。

为了进一步解释这些现象，作者发现SIY特异性细胞标签与Tc17细胞显著重合。Tc17细胞是一类以表达趋化因子受体CCR6，并产生细胞因子IL-17A的CD8+T细胞亚型，通常与自身免疫性炎症相关。接下来，作者通过流式细胞术进一步确定，在SIIN和SIY特异性细胞中均显示CCR6阳性，且SIY特异性细胞更为明显；而且，绝大部分CCR6+细胞也表达TCF1；另外，SIY特异性细胞所表达分泌的IL-17A水平相较也更高，这些结果表明，SIY特异性细胞中，Tc17分化水平更高。

接下来，作者关注这类CCR6+TCF1+Tc17的具体功能。作者在IL-17A上连接荧光报告基因，并确定，绝大部分SIY特异性CCR6+细胞表达IL-17A。值得注意的是，IL-17A+细胞并不能分化为细胞毒性细胞，即使是在抗PD-1/CTLA-4治疗中，也就是说，这类细胞的抗癌作用并不明显。而且，免疫检查点治疗后，IL-17A+细胞水平明显降低，显示抗癌治疗可以抑制Tc17细胞通路。

在自身免疫病中，自体抗原可以上调CCR6表达和Tc17分化水平【5】，因此作者猜测，这一现象很可能是由T细胞的预刺激引起的。作者发现，通过SIY和SIIN多肽预刺激的荷瘤小鼠T细胞水平和细胞毒性均有显著增加，且SIY作用更为显著。而且，与SIIN/SIY共同和SIIN单独预刺激相比，SIY仍旧诱导高水平TCF1+前体细胞和分化的Tc17，而CCR6+TCF1+细胞基本上被耗尽。

最后，作者通过分析已有的人类癌症单细胞测序结果确认，在多种人类癌症病灶中均存在CCR6+TCF+细胞和Tc17细胞，这也为此工作应用于临床奠定理论基础。

综上所述，作者通过小鼠肺腺癌模型，发现肿瘤抗原存在优势层级现象，亚优势抗原可以诱导更为显著的T细胞响应，且倾向于表现TCF1+T细胞表型并与免疫检查点抑制治疗疗效相关。当然了，相反的免疫治疗并不能增强亚优势抗原的诱导作用，这与CCR6+TCF+细胞以及Tc17细胞分化水平相关。最后，作者认为，抗原预刺激可以显著下调CCR6+TCF1+T细胞水平，从而增强免疫治疗的抗癌效果。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.08.020

制版人：十一

参考文献

1. Schumacher, T.N., Scheper, W., and Kvistborg, P. (2019). Cancer Neoanti- gens. Annu. Rev. Immunol. 37, 173–200.

2. Keenan, T.E., Burke, K.P., and Van Allen, E.M. (2019). Genomic correlates of response to immune checkpoint blockade. Nat. Med. 25, 389–402.

3. Tran, E., Robbins, P.F., and Rosenberg, S.A. (2017). ‘Final common pathway’ of human cancer immunotherapy: targeting random somatic mutations. Nat. Immunol. 18, 255–262.

4. Zacharakis, N., Chinnasamy, H., Black, M., Xu, H., Lu, Y.C., Zheng, Z., Pa- setto, A., Langhan, M., Shelton, T., Prickett, T., et al. (2018). Immune recogni- tion of somatic mutations leading to complete durable regression in metastatic breast cancer. Nat. Med. 24, 724–730.

5. Srenathan, U., Steel, K., and Taams, L.S. (2016). IL-17+ CD8+ T cells: Differ- entiation, phenotype and role in inflammatory disease. Immunol. Lett. 178, 20–26.

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