張澤民／武愛文團隊揭示腫瘤微環境中多種細胞類型在免疫治療中的協同演化規律

　　近年來，免疫檢查點阻斷（ICB）療法在癌癥治療領域取得了令人矚目的成果。其治療過程可激起以T細胞為核心代表的抗腫瘤反應，這一過程還伴隨著腫瘤微環境（TME）的重塑和全身系統免疫的改變。

　　然而，在結直腸癌（CRC）中，這種治療手段只在部分患者中有效，且其作用的細胞和分子機制尚不完全清楚。因此，深入理解腫瘤微環境中細胞和分子的動態變化是進一步優化現有治療策略的重要基礎。

　　2024年7月8日，北大-清華生命科學聯合中心、北京大學生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）張澤民課題組聯合北大腫瘤醫院武愛文課題組，在 Cancer Cell 期刊發表了題為：Spatiotemporal single-cell analysis decodes cellular dynamics underlying different responses to immunotherapy in Colorectal Cancer 的研究論文。

　　該研究動態追蹤了結直腸癌患者在免疫治療下原位癌灶及外周系統的時空變化，通過系統性鑒定“細胞程序”揭示了腫瘤微環境中多種細胞類型在免疫治療過程中的協同演化規律，進一步解析了外周免疫系統對免疫治療療效的關鍵作用，建立了基線水平外周CD8+T細胞的激活狀態與患者療效的關聯，為理解免疫治療響應差異提供了新的視角。

　　研究團隊對22名接受新輔助PD-1阻斷治療的結直腸癌（CRC）患者進行了持續追蹤，通過連續多點采樣，收集了共169例外周血、腫瘤和鄰近正常組織樣本，進而利用單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）和單細胞TCR測序（scTCR-seq）技術，詳細刻畫了免疫治療下動態的結直腸癌免疫圖譜（圖1）。

　　通過對治療過程中TME細胞的行為模式進行分解，研究鑒定出TME中與免疫治療響應程度密切相關的三個協同變化的細胞程序：三級淋巴結構程序（TLS-like program）、腫瘤富集程序（Tumor-enriched program），以及組織重構程序（Tissue-reconstruction program）（圖2）。伴隨治療過程，兩組響應患者中皆顯示出三級淋巴結構相關的信號增強。此外，完全響應者中組織重構程序信號增強，提示逐漸趨于正常化的組織結構。而部分響應者顯示出逐漸增強的腫瘤富集相關信號，反應出治療引起的抗腫瘤免疫激活。

　　其中，研究團隊關注到耗竭T細胞在細胞程序中的突出作用，并通過TCR追蹤的方式鑒定出腫瘤特異性CD8+T細胞群體（Ttr-like cells）。在基線水平該類群豐度更高的患者普遍顯示出在免疫治療后更優的療效。通過對這一細胞類群亞型的進一步刻畫，研究者觀察到在治療后，完全響應的患者中終末耗竭亞群（Text）豐度降低，轉而積累了更多具有前體特征亞群（Texp），而部分響應患者中則仍能觀察到大量Text （圖2），提示PD-1阻斷治療在不同程度響應患者中對Ttr-like細胞耗竭過程的阻斷效果存在差別。

　　除此之外，研究團隊還關注到外周循環在免疫治療過程中的參與。通過與外周循環中T細胞的克隆共享分析，研究者區分出Ttr-like類群中潛在的新浸潤入腫瘤組織的亞群（blood-associated Ttr-like cells）。這些細胞表型上尚未完全耗竭，且在不同響應組間的豐度存在顯著差異（圖2），提示它們可能參與了TME中的抗腫瘤反應，并在免疫治療中發揮了重要作用。

　　考慮到系統免疫與TME在免疫治療下的緊密關聯，研究者進一步對外周血中富集的Ttr-like細胞亞群進行了差異表達分析，在循環CD8+T細胞中鑒定出一組與MHC II相關的基因指標，可以在治療前有效預測治療響應（圖2）。這一發現為預測PD-1阻斷治療療效提供了新的分子標志物，有望在臨床實踐中進一步推動個體化醫療方案的制定。

　　綜上，該研究對新輔助免疫治療前后不同響應人群的細胞和分子動態變化進行了高分辨率的解析。研究結果推進了目前對PD-1阻斷治療下對結直腸癌患者TME和全身免疫的理解，為精準治療策略的進一步優化提供了新的思路，也為后續研究和新靶點的開發提供了極具價值的數據資源。

　　北京大學BIOPIC/生命科學學院博士生陳宇卿、北京大學BIOPIC副研究員王東方、北大腫瘤醫院李英杰副主任醫師為該論文的并列第一作者，北大-清華生命科學聯合中心、北京大學BIOPIC張澤民教授、北大腫瘤醫院武愛文教授、北京大學BIOPIC副研究員王東方為該論文的共同通訊作者。研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市科學技術委員會和北京市醫院臨床醫學發展管理局的資助。