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Nature|机器学习算法PreGame在多发性骨髓瘤中鉴定广谱抗肿瘤γδ T细胞

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撰文 | 风

T细胞是机体对多发性骨髓瘤(MM)及其他肿瘤进行免疫监视的关键效应细胞【1,2】。长期以来,最受关注的是“常规部队”αβ T细胞,它们像训练有素的野战军,在识别癌细胞表面的“身份证”(MHC分子呈递的抗原)后迅速发起有效攻击,CAR-T疗法正是据此装上“导航”实施精准打击。然而癌细胞常会“改头换面”,使得αβ T细胞无法识别从而逃避打击。近年来,体内另一支抗癌“特种部队”γδ T细胞因其在免疫检查点阻断等治疗中的作用而备受瞩目【3】()。不同于αβ T细胞,γδ T细胞兼具“固有样”与“适应样”双重属性,因此肿瘤浸润γδ T细胞究竟通过TCR直接识别肿瘤细胞【4】,还是依赖NKG2D、NKp30等受体识别癌细胞表面的配体发挥作用仍存在争议。目前,技术上缺乏将携带肿瘤反应性TCR的γδ T细胞(称之为TR γδ T细胞)与同一肿瘤微环境中的“旁观”γδ T细胞区分的高通量方法,这一问题始终未能解决。另外,对于MM的治疗,目前靶向B细胞成熟抗原(BCMA)的抗体药物偶联物(ADC)belantamab mafodotin(belamaf),与泊马度胺和地塞米松联合(BPd方案)已展现出显著疗效【5】。Belamaf可通过直接的细胞毒作用、抗体依赖性细胞毒与吞噬作用以及免疫原性细胞死亡发挥功能,且在较长给药间隔下仍能维持持久应答,提示适应性免疫可能扮演未知的关键角色。

近日,加拿大玛格丽特公主癌症中心Tak W. Mak和Suzanne Trudel团队在Nature杂志在线发表了题为Identification of broadly tumour-reactive γδ TCRs from multiple myeloma的研究文章。该研究开发一种名为PreGame的机器学习算法,能够从单细胞CITE测序数据中识别TR γδ T细胞;并证实这些γδ T细胞以TCR依赖方式直接识别并杀伤肿瘤细胞,其扩增可作为BPd治疗应答的早期生物标志物;研究团队还在广谱表达的HLA-C蛋白上鉴定出一个全新的γδ TCR表位,并揭示一个使肿瘤免疫监视得以精准区分癌细胞与健康细胞的“逻辑门”。


首先,为研究belamaf方案持久疗效背后的适应性免疫机制,研究团队对参加Algonquin临床试验(NCT03715478)的37例MM患者,在治疗前(基线/T0)、第2周期第1天(C2D1)等时间点采集外周血与骨髓样本,对分离的PBMC和血浆游离DNA(cfDNA)进行 CapTCR-seq分析。结果显示,血浆cfDNA中γδ TCR丰度的升高与BPd治疗后的无进展生存期(PFS)显著相关。对骨髓活检样本的单细胞CITE联合免疫受体测序(scCITE+VDJ-seq)进一步鉴定出GZMB⁺与GZMK⁺两群γδ T细胞,其中细胞毒性更强的GZMB⁺ γδ T细胞在C2D1应答者中富集最为显著;与αβ TCR相对多克隆的应答不同,γδ TCR库呈现出明显的治疗相关克隆扩增。接着,团队建立一套高通量筛选体系。他们对22例MM患者的骨髓样本进行测序,共获得超过9500个γδ T细胞和672个独特的配对γδ TCR克隆型,并将每个γδ TCR在NUR77-GFP Jurkat-76报告细胞中表达,与覆盖MM异质性的肿瘤细胞系共培养以筛选TCR刺激信号,从而鉴定出24个TR γδ TCR(活化强度≥15%)。这些TR TCR大多不识别健康细胞,却对黑色素瘤、β2微球蛋白(B2M)低表达的小细胞肺癌和结肠癌,以及胰腺癌和胶质母细胞瘤等低免疫原性肿瘤表现出交叉反应,将其转导入去除αβ TCR的原代T细胞后,可在体外高效杀伤MM细胞。这些研究表明肿瘤浸润γδ T细胞能够以TCR依赖方式识别肿瘤细胞上表达的广谱抗原。

在此基础上,研究团队以88个TR细胞和361个非肿瘤反应性(NTR)细胞作为训练集,利用19个基因、5个蛋白及细胞周期相关特征,训练出随机森林模型PreGame,其对TR γδ T细胞的预测能力优于已有的αβ T细胞反应性预测模型。在两个前瞻性验证队列中,PreGame准确率分别达到21/25与100%,得分前15的γδ TCR全部为TR;且该算法不受克隆扩增程度偏倚影响。表型分析进一步表明,TR γδ T细胞在转录与表面标志物上呈“NK样”特征,高表达CX3CR1、CD57、CD94和GPR56;高表达GZMB和穿孔素,显示细胞毒作用;TCR偏向Vδ1(尤其是Vδ1Vγ4、Vδ1Vγ8)和Vδ3,而Vδ2Vγ9几乎均为NTR。GPR56⁺CD94⁺细胞的肿瘤反应性可被抗γδ TCR阻断抗体完全废除,证明TCR信号不可或缺。此外,PD-1、4-1BB和CD39等传统αβ TR T细胞标志均未在其中广谱富集,这也解释现有αβ算法的局限。

随后,研究者将PreGame应用于接受BPd治疗的患者群体,发现应答者在C2D1普遍伴随TR γδ T克隆的出现和/或扩增,而无应答者则表现为TR克隆的收缩或完全缺失。仅一个治疗周期后骨髓中TR γδ T细胞发生扩增的患者,PFS显著延长,且这些TR γδ TCR在应答者血浆cfDNA中更丰富,与骨髓扩增水平成比例。这提示,常规、无创、低成本的血浆cfDNA γδ TCR检测有望用于指导临床治疗决策。最后,为明确TR γδ TCR识别的抗原,研究团队对反应性最强的TCR65进行抗原鉴定。HLA-ABC完全敲除后TCR65不再活化,而单一等位基因敲除实验确认其依赖HLA-C。TCR65可识别几乎所有HLA-C等位基因,唯独不识别HLA-C*03:04。通过定点回复突变,他们发现仅V103L突变即可恢复反应性,从而将L103确定为HLA-C上一个此前未知、被抗肿瘤Vδ3Vγ9 TCR识别的表位。然而,该表位在供体所有有核细胞上均有表达,为何未致自身免疫反应?研究进一步发现TCR65⁺细胞高表达NK细胞抑制性受体KIR3DL1,后者结合部分HLA-A/B上的Bw4表位。体外实验证实,Bw4的存在可显著抑制TCR65介导的活化,而阻断KIR3DL1则恢复活化。由此形成一个“逻辑门”:对保留Bw4的健康细胞放行,对试图丢失Bw4以逃逸免疫、却保留HLA-C的肿瘤细胞清除。

综上所述,这项研究开发并应用PreGame机器学习算法,确立了“表型NK样、功能适应样”的肿瘤反应性γδ T细胞以TCR直接识别、杀伤癌细胞的核心机制,证明TR γδ T细胞扩增及其在血浆cfDNA中的信号是BPd方案治疗的早期预测性生物标志物,并通过HLA-C表位与KIR3DL1逻辑门的发现,为开发无需HLA配型、兼具疗效与安全性的通用型γδ TCR疗法提供全新靶点与研究工具。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-11055-9

制版人: 十一

参考文献

1. Michael, St Paul., Pamela S, Ohashi.(2020). The Roles of CD8(+) T Cell Subsets in Antitumor Immunity.Trends Cell Biol, 30(9), 695-704. doi:10.1016/j.tcb.2020.06.003

2. Emily, Wingrove., Julie M, Bailis., Anna F, Farago., Jean-Charles, Soria.(2026). Unlocking the potential of T cell engagers in solid tumors.Cancer Cell, 44(5), 891-895. doi:10.1016/j.ccell.2026.03.011

3. Adrian, Hayday., Julie, Dechanet-Merville., Jamie, Rossjohn., Bruno, Silva-Santos.(2024). Cancer immunotherapy by γδ T cells.Science, 386(6717), eabq7248. doi:10.1126/science.abq7248

4. Benjamin E, Willcox., Carrie R, Willcox.(2019). γδ TCR ligands: the quest to solve a 500-million-year-old mystery.Nat Immunol, 20(2), 121-128. doi:10.1038/s41590-018-0304-y

5. Marko, Lucijanic., Anica, Sabljic., Ivan, Krecak.(2024). Belantamab Mafodotin, Bortezomib, and Dexamethasone for Multiple Myeloma.N Engl J Med, 391(14), 1364. doi:10.1056/NEJMc2410841

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