调节性T细胞亚群在结直肠癌中的功能二分性：IL-10+Treg抑制肿瘤生长而IL-10-Treg促进肿瘤进展

《Immunity》：Opposing functions of distinct regulatory T cell subsets in colorectal cancer

本研究针对结直肠癌（CRC）中调节性T细胞（Treg）功能存在争议的现象，通过单细胞多组学分析发现IL-10+和IL-10-Treg两个功能相反的亚群。研究表明IL-10+Treg通过IL-10/IL-17轴抑制肿瘤生长，而IL-10-Treg促进肿瘤进展。该发现为CRC免疫治疗提供新靶点，相关机制在多种屏障组织癌症中具有普适性。

　　

在肿瘤免疫学研究领域，调节性T细胞（T_reg）一直扮演着令人困惑的双重角色。这些表达Foxp3转录因子的免疫细胞在维持自身免疫耐受中不可或缺，但在肿瘤微环境中却通常发挥促进肿瘤进展的作用。然而结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）却是个例外——临床观察显示，T_reg细胞在CRC中的富集与较好的预后相关，这一反常现象长期困扰着研究人员。

这种矛盾背后可能隐藏着更深层次的生物学机制。肿瘤微环境是一个极其复杂的生态系统，不同类型的免疫细胞在此相互作用，形成动态平衡。近年来，随着单细胞技术的发展，科学家们逐渐认识到免疫细胞存在显著的异质性。在肠道这一特殊部位，T_reg细胞需要同时应对微生物群、食物抗原和组织修复等多重任务，这可能导致了其功能特性的多样化。

Huang等人发表在《Immunity》杂志上的研究正是基于这一科学问题展开：CRC中的T_reg细胞是否存在功能迥异的亚群？这些亚群如何影响肿瘤进展？能否为CRC免疫治疗提供新的靶点？

为了回答这些问题，研究团队主要采用了以下几种关键技术方法：利用Apc^-/-Trp53^-/-Kras^G12D（AKP）类器官原位移植模型模拟人类MSS型CRC；通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞ATAC测序（scATAC-seq）进行多组学分析；运用遗传学手段（Foxp3^DTR模型）特异性清除T_reg亚群；采用细胞因子中和抗体及受体阻断策略进行功能验证；分析人类CRC患者样本（包括手术切除的肿瘤和癌旁组织）的单细胞数据和空间转录组数据。

AKP肿瘤模型忠实模拟人类MSS型CRC

研究人员首先建立了一个可靠的实验平台——通过将携带Apc、Trp53和Kras基因突变的肠道干细胞类器官（AKP）原位移植到小鼠盲肠壁，成功模拟了人类微卫星稳定（Microsatellite Stable, MSS）型CRC的关键特征。这些肿瘤不仅形态上与人类CRC相似，还表现出典型的免疫特征：T_reg细胞和巨噬细胞富集，而效应CD8⁺T细胞活性降低。重要的是，与高度突变的MC38结肠腺癌模型不同，AKP肿瘤对PD-1阻断治疗不敏感，这与人类MSS型CRC的临床反应高度一致。

AKP肿瘤相关T_reg和效应T细胞的异质性

当研究人员尝试在AKP肿瘤中清除所有T_reg细胞时，发现肿瘤生长没有显著变化，这与大多数肿瘤模型中T_reg清除导致肿瘤消退的预期相反。这一线索提示，CRC中的T_reg细胞可能存在功能相反的亚群，它们的作用相互抵消。

通过配对单细胞RNA/ATAC测序分析，研究团队揭示了AKP肿瘤中T细胞的复杂组成。他们鉴定了17个不同的T细胞簇，包括多种CD8⁺T细胞、CD4⁺T辅助细胞（Th1、Th2、Th17、Tfh等）、γδ T细胞和固有样T细胞。最关键的是，T_reg细胞形成了两个明显不同的簇：IL-10⁺T_reg和IL-10^-T_reg细胞。

CRC肿瘤T_reg细胞的异质性

深入分析显示，这两个T_reg亚群在肿瘤和正常组织中的分布存在显著差异。IL-10⁺T_reg细胞主要富集在正常盲肠组织中，而IL-10^-T_reg细胞则在肿瘤中占主导地位。随着肿瘤进展，这种分布差异变得更加明显——IL-10^-T_reg细胞在肿瘤中的比例逐渐增加，而IL-10⁺T_reg细胞的比例保持稳定。

在基因表达水平上，两个亚群也展现出截然不同的特征。IL-10⁺T_reg细胞高表达RORγt（由Rorc基因编码）、IL-10和CTLA-4，而IL-10^-T_reg细胞则高表达Helios（由Ikzf2基因编码）、ST2（由Il1rl1基因编码）和PD-1。染色质可及性分析进一步证实，这两个亚群拥有不同的基因调控网络。

IL-10⁺和IL-10^-T_reg细胞在MSS型CRC中具有相反的功能

为了直接验证这两个T_reg亚群的功能，研究人员设计了精巧的遗传学实验。他们构建了两种转基因小鼠：在Il10^CreFoxp3^isl-DTR小鼠中，白喉毒素受体（DTR）仅在IL-10⁺T_reg细胞中表达，从而可以选择性清除该亚群；而在Il10^CreFoxp3^flox-DTR小鼠中，DTR在IL-10^-T_reg细胞中表达，可用于特异性清除这一亚群。

实验结果令人震惊：清除IL-10⁺T_reg细胞导致肿瘤生长加速，肿瘤体积增加了约50%；而清除IL-10^-T_reg细胞则引起肿瘤显著消退，甚至几乎完全消失。

IL-10⁺T_reg细胞通过限制IL-17产生来抑制CRC肿瘤

机制研究表明，IL-10⁺T_reg细胞的抗肿瘤功能主要通过抑制Th17细胞产生IL-17来实现。当IL-10⁺T_reg细胞被清除后，CD4⁺T细胞中IL-17和IL-22的表达显著增加，而其他细胞因子如IFNγ和颗粒酶B的变化不明显。

进一步实验证实，IL-17能够直接促进AKP肿瘤类器官的生长，而IL-22则无此作用。更重要的是，当AKP肿瘤细胞缺乏IL-17受体（IL-17RA）时，清除IL-10⁺T_reg细胞不再能促进肿瘤生长。同样，抗体阻断IL-10受体（IL-10R）也能模拟IL-10⁺T_reg细胞缺失的表型，而这一效应在IL-17RA缺陷的肿瘤中消失。

T_reg细胞群体的双重性在人类CRC中保守存在

研究团队接下来探究了这一发现在人类CRC中的相关性。通过分析人类CRC患者肿瘤和癌旁组织的单细胞多组学数据，他们成功鉴定出与小鼠模型相对应的两个T_reg亚群：一个高表达IL10和RORC（人类RORγt同源基因），另一个高表达IKZF2（人类Helios同源基因）。与小鼠中的观察一致，IL-10⁺T_reg细胞在癌旁正常组织中富集，而IL-10^-T_reg细胞在肿瘤中占主导。

临床数据分析进一步证实了这两个亚群的预后意义：IL-10⁺T_reg细胞高丰度与患者较好生存率相关，而IL-10^-T_reg细胞高丰度则预示较差预后。此外，研究人员还在其他屏障组织癌症（如肺癌和皮肤癌）中发现了类似的T_reg亚群，表明这种功能二分性可能具有普遍意义。

肝脏CRC转移灶中的T_reg组成和功能

研究人员还探讨了T_reg亚群在CRC肝转移中的作用。有趣的是，在自发性肝转移灶中，IL-10^-T_reg细胞占绝对主导，而IL-10⁺T_reg细胞几乎不存在。与原发性结肠肿瘤不同，清除所有T_reg细胞（主要是IL-10^-亚群）能有效减轻肝转移负担，这为转移性CRC的治疗提供了重要线索。

研究结论与意义

这项研究揭示了CRC中T_reg细胞前所未有的功能二分性：IL-10⁺T_reg细胞通过抑制IL-17产生来限制肿瘤生长，而IL-10^-T_reg细胞则促进肿瘤进展。这种双重功能解释了为什么CRC与其他肿瘤类型在T_reg细胞与预后关系上存在差异。

该研究的创新性在于首次明确区分了CRC中具有相反功能的T_reg亚群，并阐明了其关键作用机制。更重要的是，这种功能二分性在人类CRC中保守存在，且可能适用于其他屏障组织癌症。

从转化医学角度看，这一发现为开发更精准的癌症免疫治疗策略提供了理论基础。传统的T_reg靶向治疗可能同时清除抗肿瘤和促肿瘤的T_reg亚群，导致疗效有限。而针对特定T_reg亚群（如特异性靶向IL-10^-T_reg细胞表面标志物CCR8）的策略，可能实现更精确的免疫调控，在抑制肿瘤的同时保留有益的抗炎功能。

此外，该研究还提示IL-10/IL-17轴可能是CRC治疗的重要靶点。虽然IL-10在癌症中的角色复杂，但本研究明确展示了T_reg来源的IL-10在特定环境下具有抗肿瘤作用，这为合理利用IL-10通路进行癌症治疗提供了新视角。

总之，Huang等人的工作不仅解决了CRC免疫学中的一个长期谜团，还为理解肿瘤微环境中免疫细胞的复杂功能提供了新框架，为开发下一代精准免疫治疗策略奠定了重要基础。