Nature Cancer | 白凡课题组与合作者开发驱动“旁观者”T细胞治疗癌症的免疫治疗新策略

　　

　　来源：BioArt

　　在肿瘤抑制性微环境中，肿瘤抗原特异性T细胞发生功能性耗竭（T cell exhaustion），是导致机体不能有效清除肿瘤细胞的重要原因之一。相较于急性感染或者疫苗免疫情形下诱导形成的记忆性T细胞（Memory T cell, TMEM），耗竭性T细胞（Exhausted T cell, TEX）渐进式失去效应功能、增殖能力及记忆潜力，并持续性高表达包括PD-1在内的一系列免疫检查点分子【1,2】。基于此，以靶向PD-1及其配体PD-L1的免疫检查点阻断（Immune checkpoint blockade, ICB）治疗能够在一定程度上“逆转” TEX细胞的耗竭状态，提高其效应功能和增殖能力以控制肿瘤进展，更新了晚期黑色素瘤、非小细胞肺癌、霍奇金淋巴瘤等多类肿瘤的临床治疗策略【3】。

　　然而，大量临床试验表明，仍有多种肿瘤类型（包括脑胶质瘤、胰腺癌等）的患者对PD-1/PD-L1 ICB治疗基本无响应。即使在响应的肿瘤类型中，肿瘤患者的总体响应率仅为20-30%。此外，大部分在初始治疗阶段响应PD-1/PD-L1 ICB治疗的肿瘤患者亦会在后期出现药物抵抗，最终仅有不到5%的肿瘤患者能够被临床治愈【4】。在高度异质性的肿瘤微环境中，存在众多限制PD-1/PD-L1 ICB治疗效果的因素，其中一个重要原因为：阻断PD-1/PD-L1信号通路不能完全修复TEX细胞的耗竭相关表观遗传伤疤（epigenetic scaring）【5,6】，其无法获得TMEM细胞的功能特性，从而不能长期有效地控制肿瘤。

　　叶丽林团队及合作者的早期研究揭示，TEX细胞群体中存在记忆细胞样/干细胞样特征的耗竭前体细胞（Progenitor exhausted T cell, TPEX），该亚群是肿瘤微环境内PD-1/PD-L1 ICB治疗的主要响应细胞类型（Nature，2016）【7】。更进一步，该团队发现肿瘤引流淋巴结中存在肿瘤抗原特异性的记忆性CD8+ T细胞（Tumor draining lymph node derived tumor-specific memory T cell, TdLN-TTSM）。TdLN-TTSM细胞在分化顺序上位于TPEX细胞之前，在肿瘤引流淋巴结内响应PD-1/PD-L1 ICB治疗【8】。然而，TdLN-TTSM细胞严格定居于肿瘤引流淋巴结，PD-1/PD-L ICB治疗不能直接将其动员进入肿瘤组织，并且其响应PD-1/PD-L1 ICB治疗之后仍会向下分化为TPEX细胞，而TPEX细胞最终都将在肿瘤微环境中分化为终末耗竭的TEX细胞。因此，目前靶向TPEX细胞和/或TdLN-TTSM细胞的癌症免疫治疗策略（包括PD-1/PD-L1 ICB治疗）仍然难以规避T细胞耗竭这个影响免疫治疗效力的关键障碍。

　　最新研究表明，肿瘤微环境中存在大量不识别肿瘤抗原，而特异性识别机体既往感染的各类病毒的旁观者T细胞（Bystander T cell, TBYS）【9】。更重要地是，研究发现肿瘤微环境内的TBYS细胞在转录本层面并未表现为典型的T细胞耗竭特征；相反地，TBYS细胞因来源于患者既往感染相应病毒后形成的病毒特异性TMEM细胞，故而具有与TMEM细胞相似的转录本特征。因此，相较于肿瘤微环境中功能耗竭、数量稀少的肿瘤抗原特异性T细胞，具有免疫记忆特征的TBYS细胞可能是潜在的癌症免疫治疗靶标。

　　2024年4月12日，陆军军医大学叶丽林团队与合作者中国农业大学张国中团队、北京大学白凡团队及南京大学李颜团队在Nature Cancer杂志发表了题为An oncolytic virus delivering tumor-irrelevant bystander T cell epitopes induces anti-tumor immunity and potentiates cancer immunotherapy的研究论文，该研究系统地阐明了TBYS细胞的免疫学特性，并提出了靶向TBYS细胞的新型溶瘤病毒策略，该策略能够有效地将新冠病毒、流感病毒等感染或相关疫苗免疫诱导的病毒特异性T细胞记忆转化为抗癌免疫应答，且与PD-1/PD-L1 ICB治疗具有协同抗癌作用，为癌症免疫治疗提供了潜在的全新方案。

　　首先，通过利用LCMV急性病毒感染模型和多种小鼠肿瘤模型，结合单细胞转录组测序及经典细胞免疫学技术，研究人员证实了肿瘤微环境内持续性存在大量病毒特异性的CD8+ TBYS细胞和CD4+ TBYS细胞。进一步，他们发现这些病毒特异性TBYS细胞不具有T细胞耗竭特征，而是表现为经典的TMEM细胞表型。其中，CD8+ TBYS细胞具有组织驻留型记忆T细胞特征；而CD4+ TBYS细胞兼具组织驻留型记忆T细胞和中央型记忆T细胞的特征。

　　鉴于观察到肿瘤微环境内数量庞大、功能完善的TBYS细胞，研究人员考虑利用溶瘤病毒靶向肿瘤细胞递送“有效载荷”的优势【10】，将TBYS细胞识别的抗原表位递送至肿瘤细胞。这些TBYS细胞表位在肿瘤细胞内被加工并递呈至细胞表面，进而介导TBYS细胞对肿瘤细胞的识别与杀伤，达到治疗肿瘤的目的。为了验证该假说，研究人员利用多种TBYS细胞表位、多类小鼠肿瘤模型及多种溶瘤病毒类别，证明了溶瘤病毒可有效地递送TBYS细胞表位至肿瘤细胞，改变肿瘤细胞的抗原性，促使TBYS细胞特异性识别并杀伤肿瘤细胞，最终控制肿瘤进展。研究人员将该策略称为OV-BYTE（Oncolytic Virus Encoding Bystander T Cell Epitopes）。

　　同时，考虑到全球大量人群感染过新冠病毒或流感病毒或免疫过相关病毒疫苗，该人群中癌症患者的新冠病毒或流感病毒特异性TBYS细胞可能是OV-BYTE策略的重要潜在靶点细胞。基于此，研究人员进一步利用含有新冠病毒或流感病毒特异性T细胞的志愿者外周血构建了人源化小鼠，结合人源黑色素瘤模型，正面证实了靶向新冠病毒或流感病毒TBYS细胞的OV-BYTE策略的抗肿瘤效力。

　　紧接着，为了深入阐明OV-BYTE策略的细胞学作用机制，通过利用单细胞转录组测序、单细胞TCR测序以及经典细胞免疫学实验，研究人员发现：1）OV-BYTE策略能够诱导CD4+ TBYS细胞分化为高表达Granzyme B的杀伤性CD4+ T细胞，该类细胞能够协同CD8+ TBYS细胞杀伤递呈相应TBYS细胞表位的肿瘤细胞；2）被TBYS细胞杀伤的肿瘤细胞释放出肿瘤抗原，肿瘤抗原被树突状细胞摄取、递呈，进而促进肿瘤特异性CD8+ T细胞发生表位扩展（epitope spreading），最终增强肿瘤特异性CD8+ T细胞应答。

　　最后，研究人员还发现OV-BYTE策略与PD-1/PD-L1 ICB治疗具有协同抗肿瘤作用：一方面，OV-BYTE策略能够进一步增强PD-1/PD-L1 ICB治疗在“热肿瘤”中的治疗效果；另一方面，OV-BYTE策略也能够增敏“冷肿瘤”对于PD-1/PD-L1 ICB治疗的免疫应答。

　　综上所述，该项研究工作突破了传统的癌症免疫治疗策略模式，一定程度规避了肿瘤抗原特异性T细胞的功能耗竭问题，而是运用溶瘤病毒策略巧妙地将肿瘤非相关的、但具备记忆细胞特征的TBYS细胞动员为抗癌大军，为癌症免疫治疗提供了潜在的全新方案。

　　陆军军医大学叶丽林教授，中国农业大学张国中教授，北京大学白凡教授和南京大学李颜教授为本论文的共同通讯作者。重庆医科大学陈香宇博士，中国农业大学赵静副教授，陆军军医大学博士生岳帅，北京大学博士生李子煜和南京大学硕士生段翔为本论文的共同第一作者。

　　论文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s43018-024-00760-x

　　参考文献：

　　1 McLane, L. M., Abdel-Hakeem, M. S. & Wherry, E. J. CD8 T Cell Exhaustion During Chronic Viral Infection and Cancer. Annu Rev Immunol 37, 457-495, doi:10.1146/annurev-immunol-041015-055318 (2019).

　　2 Wherry, E. J. T cell exhaustion. Nat Immunol 12, 492-499, doi:10.1038/ni.2035 (2011).

　　3 Sharma, P. & Allison, J. P. Dissecting the mechanisms of immune checkpoint therapy. Nature reviews. Immunology 20, 75-76, doi:10.1038/s41577-020-0275-8 (2020).

　　4 Hashimoto, M. et al. CD8 T Cell Exhaustion in Chronic Infection and Cancer: Opportunities for Interventions. Annu Rev Med 69, 301-318, doi:10.1146/annurev-med-012017-043208 (2018).

　　5 Pauken, K. E. et al. Epigenetic stability of exhausted T cells limits durability of reinvigoration by PD-1 blockade. Science 354, 1160-1165, doi:10.1126/science.aaf2807 (2016).

　　6 Abdel-Hakeem, M. S. et al. Epigenetic scarring of exhausted T cells hinders memory differentiation upon eliminating chronic antigenic stimulation. Nat Immunol 22, 1008-1019, doi:10.1038/s41590-021-00975-5 (2021).

　　7 He, R. et al. Follicular CXCR5- expressing CD8(+) T cells curtail chronic viral infection. Nature 537, 412-428, doi:10.1038/nature19317 (2016).

　　8 Huang, Q. et al. The primordial differentiation of tumor-specific memory CD8(+) T cells as bona fide responders to PD-1/PD-L1 blockade in draining lymph nodes. Cell 185, 4049-4066.e4025, doi:10.1016/j.cell.2022.09.020 (2022).

　　9 Meier, S. L., Satpathy, A. T. & Wells, D. K. Bystander T cells in cancer immunology and therapy. Nature cancer 3, 143-155, doi:10.1038/s43018-022-00335-8 (2022).

　　10 Kaufman, H. L., Kohlhapp, F. J. & Zloza, A. Oncolytic viruses: a new class of immunotherapy drugs. Nature reviews. Drug discovery 14, 642-662, doi:10.1038/nrd4663 (2015).