解密抗原特异性T细胞导航策略与肿瘤免疫逃逸的共培养机制研究

本研究针对实体瘤中细胞毒性T细胞(CTLs)浸润不足这一免疫治疗关键障碍，通过2.5D共培养系统结合活细胞成像、计算建模和转录组学分析，首次揭示了抗原特异性CTLs通过增强运动方向持久性和延长肿瘤接触时间实现高效靶向聚集的导航策略。研究发现肿瘤细胞在CTLs攻击后分化为具有免疫抑制特性的亚群，下调T细胞趋化因子并发生上皮-间质转化(EMT)，为优化免疫治疗方案提供了新靶点。

　　

在癌症免疫治疗领域，细胞毒性T淋巴细胞(CTLs, CD8⁺)虽展现出强大杀伤潜力，但其在实体瘤中的浸润不足始终是制约疗效的关键瓶颈。既往研究多聚焦于肿瘤微环境中基质细胞或胞外成分的抑制作用，而对CTLs自身运动行为与肿瘤细胞互作的动态演化机制知之甚少。更令人困惑的是，即便成功浸润的CTLs也常遭遇肿瘤细胞的"免疫逃逸"，这种双重困境使得突破现有治疗策略变得尤为迫切。

中国科学院深圳先进技术研究院等机构的研究人员创新性地构建了2.5D共培养系统，通过整合定量轨迹分析、计算建模和转录组学技术，首次绘制了抗原特异性CTLs在多重肿瘤簇环境中的动态导航图谱。研究发现，识别肿瘤抗原的CTLs会形成"探索-攻击"双模式：在远离肿瘤簇时表现出超扩散运动(MSD~t^1.3)和增强的方向持久性(提升约40%)，犹如装备了"分子指南针"；接触后则通过延长停留时间(最长达100分钟)实现靶向富集。计算模拟证实，方向持久性使CTLs抵达速度提升2.97倍，而延长接触则是聚集效率的决定因素。单细胞测序进一步揭示，经历免疫攻击的肿瘤细胞分化为两个亚群：一类高表达CXCL9/10等趋化因子持续"招募"CTLs，另一类则通过下调MHC-I和激活EMT通路(如FN1、TUBB3上调)获得转移潜能。该研究为克服肿瘤免疫抑制提供了新视角，论文发表于《Communications Biology》。

关键技术包括：(1)建立OVA抗原特异性B16黑色素瘤与OT-1 CTLs的2.5D共培养系统；(2)高分辨率活细胞成像(2分钟/帧)与自动化轨迹分析(TrackMate)；(3)基于细胞运动统计特征的智能体建模；(4)批量与单细胞RNA测序(scRNA-seq)解析分子机制；(5)CXCR3拮抗剂(ACT-660602)功能验证实验。

定量 motility patterns

通过4286条CTLs轨迹分析发现，识别OVA抗原的CTLs在6-12小时出现显著聚集，其步长分布差异随时间增大(KS检验D=0.07)。定向分析显示，这些CTLs在距肿瘤边界0-10μm范围内具有显著趋化偏性(~0.1)，且方向持久性在3-12小时增强1.3倍，这种"趋化记忆"效应可能由CXCL9-CXCR3轴介导。

计算建模验证

多肿瘤簇模拟表明，采用OVA组方向持久性参数的CTLs平均抵达时间缩短59%(p=2.97E-05)，而采用其接触时间参数可使肿瘤簇上CTLs密度增加4.98倍(p=2.20E-24)。单簇模型验证了方向持久性的普适价值。

转录组学机制

批量RNA-seq发现CTLs上调XCL1、CCL3等趋化因子(Log2FC>5)，肿瘤细胞则激活STAT3-IFITM3通路。单细胞解析显示20%的CTLs(CD8T-c2亚群)高表达穿孔素(PRF1)和干扰素-γ(IFNG)，而15%肿瘤细胞(Cancer-c4)呈现EMT特征，迁移能力提升2倍(伤口愈合实验)。

功能阻断实验

CXCR3拮抗剂处理使CTLs方向持久性降低35%，肿瘤清除效率下降42%(p<0.01)，证实CXCL9/10-CXCR3轴的关键作用。

该研究开创性地揭示了肿瘤免疫循环中"识别-导航-攻击-逃逸"的全链条机制：CTLs通过趋化因子梯度实现精准导航，而肿瘤细胞则通过表型可塑性分化出免疫抵抗亚群。这不仅为改善CAR-T细胞浸润提供了运动学优化思路(如增强CXCR3表达)，更提示联合EMT抑制剂可能阻断肿瘤免疫逃逸。特别值得注意的是，2.5D系统揭示的CTLs"接触时间优势"颠覆了传统趋化理论，为开发新型免疫检查点提供了独特视角。