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癌癥免疫治療中的T細胞景觀

2026-04-03 16:05

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引言

免疫細胞是癌癥免疫治療的細胞基礎。對于T細胞而言，其抗腫瘤反應性由其獨特的T細胞受體（TCR）定義，能夠識別在人類白細胞抗原（HLA）分子背景下呈現(xiàn)的特定抗原。在生理條件下，如遭遇病原體時，抗原通過TCR觸發(fā)T細胞刺激，導致強烈的免疫反應，最終產(chǎn)生能夠穿越組織并清除靶抗原的效應淋巴細胞，以及能夠在抗原再次攻擊時持續(xù)存在并提供長期保護的記憶細胞。

然而，在天然腫瘤環(huán)境中，盡管有文獻記載T細胞能夠浸潤腫瘤微環(huán)境（TME）并在不同程度上識別癌細胞上呈現(xiàn)的表位，但它們通常無法根除腫瘤細胞。雖然缺乏反應可能部分歸因于腫瘤側抗原性有限，但對慢性抗原刺激小鼠模型的研究以及對免疫學“熱”人類腫瘤中腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）的表征表明，抗腫瘤T細胞在癌癥進展過程中會逐漸獲得功能失調狀態(tài)，從而使腫瘤能夠免疫逃逸。事實上，恢復TME內腫瘤特異性T細胞池的功能一直是現(xiàn)代免疫療法的廣泛焦點，這些療法在過去十年中改變了癌癥患者的臨床護理。盡管如此，只有少數(shù)患者能夠實現(xiàn)長期緩解，更好地理解抗腫瘤T細胞的屬性和動態(tài)將是提高我們部署和操控T細胞抗腫瘤免疫能力的關鍵。

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一、腫瘤微環(huán)境中的TILs

1. T細胞狀態(tài)

腫瘤部位內T細胞浸潤的程度長期以來被認為是癌癥患者的重要預后因素，甚至在免疫檢查點阻斷成為癌癥治療武器庫的組成部分之前就是如此。事實上，關于免疫學“冷”與“熱”腫瘤的簡單二分法，大量研究一致表明，腫瘤內或其邊緣存在T細胞，或腫瘤內檢測到細胞毒性活性，與改善的臨床結局相關。最近，對不同癌癥類型中單個TIL以越來越精細的粒度進行的表征提供了證據(jù)，表明TME內的T細胞可以存在于一系列不同的表型細胞狀態(tài)中，每種狀態(tài)由不同程度的分化、細胞毒性、增殖和干性潛能定義。

在不同腫瘤組織類型中，“熱”TMEs主要被抗原經(jīng)歷過的CD4和CD8 T細胞浸潤，這些細胞源自幼稚前體細胞在遭遇和識別其同源抗原后經(jīng)歷活化和分化。在TME內捕獲的抗原經(jīng)歷過的細胞可大致區(qū)分為記憶T細胞（TMem 細胞）和耗竭T細胞（TEx 細胞）。TMem細胞包含異質性的淋巴細胞亞群，具有不同的持久性和產(chǎn)生效應細胞后代的能力。處于不同分化階段的TMem細胞——即干細胞記憶T細胞（TSCM 細胞）、中央記憶T細胞（TCM細胞）和效應記憶T細胞（TM細胞）——也可以在血液、次級淋巴器官和外周器官中以高頻率發(fā)現(xiàn)。TMem細胞的特征都在于表達T細胞特異性轉錄因子1（TCF1，由TCF7基因編碼）、穩(wěn)態(tài)細胞因子受體（如IL-7受體）以及次級淋巴器官的歸巢受體，盡管表達水平不同。TMem細胞通常在生理性免疫反應期間產(chǎn)生，當激發(fā)性病原體被清除或得到控制時，這有助于建立一個持續(xù)存在的抗原特異性T細胞池，以備在抗原再次攻擊時發(fā)動次級免疫反應。

TME中的第二大類T細胞的特征是高表達一組與“耗竭”狀態(tài)相關的蛋白質，即程序性細胞死亡蛋白1（PD1）、細胞毒性T淋巴細胞相關抗原4（CTLA4）、淋巴細胞激活基因3（LAG3）、T細胞免疫球蛋白粘蛋白受體3（TIM3）和CD39抗原。這些標志物的表達通常表征處于分化晚期的細胞，由于TME內持續(xù)存在的腫瘤抗原提供的慢性抗原刺激，其細胞毒功能受到不同程度的損害。這也伴隨著功能適應，因為通常在TEx細胞中觀察到趨化因子（如CXCL13）產(chǎn)生的增加。重要的是，在T細胞活化早期也觀察到類似標志物的上調，表明“耗竭”T細胞區(qū)室可能潛在地包含處于抗原刺激反應不同階段的T細胞，對應于不同的功能角色。與TMem細胞相反，具有瘤內TEx細胞表型的TIL克隆很少在循環(huán)中檢測到，而是局限于其同源抗原豐富的部位。

在TME內，慢性抗原刺激通過由轉錄因子胸腺細胞選擇相關高遷移率族盒蛋白（TOX）編排的復雜表觀遺傳和轉錄程序，導致效應功能的逐漸喪失。慢性刺激（病毒或腫瘤驅動）小鼠模型的研究已清晰地表明，TOX表達導致終末耗竭T細胞（TTE細胞）和祖細胞耗竭T細胞（TPE細胞）的產(chǎn)生。雖然TTE細胞在轉錄水平顯示效應分子（如PRF1和編碼顆粒酶的基因）的產(chǎn)生，但其終末耗竭嚴重阻礙了它們的細胞毒性潛能，導致缺乏再生功能性效應器能力且易于發(fā)生激活誘導細胞死亡的非功能性T細胞反應。即使終末分化，TTE細胞仍能以抗原依賴性方式增殖，從而解釋了它們在TME內的數(shù)量優(yōu)勢，在那里它們可能表現(xiàn)出對增殖腫瘤細胞的首次快速（功能失調的）控制；TTE細胞區(qū)室也可以由TPE細胞補充，TPE細胞代表TEx細胞的儲備庫，由于保留了TCF1的表達，仍然能夠自我更新和分化。雖然TPE細胞缺乏主要的細胞毒性特性，但它們有助于再生由終末分化效應T細胞構成的防御線。

最后，一部分TEx 細胞顯示出組織駐留記憶T（TRM）細胞的轉錄特征。由于TRM細胞標志物，如αE整合素（也稱為CD103）和T細胞中BLIMP1同源物轉錄因子（HOBIT），通常與PD1、CD39和其他耗竭標志物共表達，即使在正常組織中也是如此，因此當在TME中發(fā)現(xiàn)時，我們傾向于將這個亞群稱為TRM樣TEx細胞。雖然很難確定這種細胞是代表慢性抗原刺激后的TRM細胞，還是腫瘤內TTE細胞分化的一種變體，但TTE和TRM樣細胞顯然代表了TIL表型譜系中的一個連續(xù)體。

2. T細胞克隆性

雖然CD4和CD8 T細胞可以以不同的表型存在于TME中，但它們對腫瘤導向免疫的確切貢獻最終取決于它們通過TCR接合接收的主要信號。TCR賦予T細胞抗原特異性。在過去十年中，從全外顯子組或轉錄組數(shù)據(jù)直接測序或推斷TCR結構的工具已成為多項實驗或計算工作的主題。

TME內優(yōu)勢克隆擴張的證據(jù)傳統(tǒng)上被用作局部識別腫瘤抗原的間接證據(jù)。當應用于基于離散免疫表型標志物分離的TILs細胞亞群時，對此類群體進行TCR測序提供了更詳細理解特定T細胞狀態(tài)在多大程度上優(yōu)先與TME內克隆性T細胞擴張相關，以及推斷TME內T細胞克隆動態(tài)和分化樹的能力。例如，基于PD1表達分選的黑色素瘤TILs的TCR測序顯示，絕大多數(shù)擴張的克隆型隔離在耗竭區(qū)室內。值得注意的是，大多數(shù)TIL克隆在PD1或PD1區(qū)室中表現(xiàn)出非重疊分布，從而表明單個T細胞克隆傾向于優(yōu)先獲得耗竭或非耗竭表型。

近年來，單細胞轉錄組分析與scTCR-seq（檢測配對的TCR α鏈和β鏈信息）的結合，為表征TME內的克隆型動態(tài)提供了前所未有的分辨率。最近對黑色素瘤TILs進行了高分辨率分析，發(fā)現(xiàn)TEx細胞區(qū)室表現(xiàn)出最低的TCR多樣性，這與高度的瘤內克隆擴張一致。來自TEx細胞的TCR克隆也可以在TPE和TTE細胞簇中追蹤到，這表明至少在這種腫瘤類型中，這些細胞狀態(tài)之間存在分化譜系的連續(xù)性。

總體而言，對T細胞克隆的組織分布和擴張水平的分析表明，TEx TILs是抗原特異性針對腫瘤抗原的T細胞的儲存庫。這并不奇怪，因為慢性抗原刺激可以產(chǎn)生觀察到的進行性功能障礙，導致獲得TEx細胞表型，并損害生成能夠在全身再循環(huán)的TMem細胞池。

3. 定義具有腫瘤特異性反應性的TILs

T細胞克隆型在TME內的定位在過去被認為是抗腫瘤特異性的間接證據(jù)。然而，現(xiàn)在有幾項研究證明，大部分TILs缺乏任何抗腫瘤特異性。研究表明，在一大群肺癌和CRC患者中，具有非耗竭表型的CD8 TILs識別廣泛的病毒表位，源自地方性病毒，如EB病毒、人巨細胞病毒和流感。由于缺乏激活或耗竭標志物以及無法識別腫瘤抗原，TME中存在的此類TMem 細胞被歸類為“旁觀者”。

因此，“真正”抗腫瘤TILs的表征需要與旁觀者區(qū)分開來，即證明T細胞對腫瘤細胞或腫瘤抗原的反應性才能被歸類為前者。Gros等人和Pasetto等人首先證明，在黑色素瘤中，表達抑制性受體（如PD1、LAG3和TIM3）的CD8 TILs在純化并在體外用自體腫瘤細胞挑戰(zhàn)時，顯示出最高水平的激活、效應細胞因子分泌和靶標裂解。這表明，盡管具有耗竭表型，這些細胞仍保留了一定水平的功能能力。

在TME中檢測到如此大量的病毒特異性旁觀者T細胞提出了一個尚未解決的問題：它們是如何以及為何被招募到TME的。推測旁觀者招募可能以抗原非依賴性方式發(fā)生，另外不能排除，一旦到達那里，它們可能在炎癥信號的觸發(fā)下，通過間接和TCR非依賴性激活潛在地參與抗腫瘤活性。

4. 探究TIL TCRs的抗腫瘤反應性

一系列深入研究一致證明，實體瘤中的腫瘤特異性T細胞幾乎完全存在于TEx細胞區(qū)室中，在不同腫瘤類型中共享非常相似的轉錄和表型特性。此外，由于這些研究評估了跨不同抗原類別的腫瘤反應性，因此可以得出結論，是腫瘤表達抗原的特異性，而不是抗原類別本身，驅動了TME內的T細胞耗竭。腫瘤反應性TILs的特征現(xiàn)在越來越多地用于預測腫瘤活檢中推定的腫瘤反應性TILs：在TILs中檢測PD1和CD39的表面表達可以整合到臨床分析中，以量化可能對腫瘤抗原特異性的T細胞。TILs水平的評估已越來越多地被用作許多具有高腫瘤突變負荷的實體瘤的預測指標，因為它與免疫治療后改善的結局相關。

另外，應對CD4 TILs進行單獨考慮。相對較少的研究關注輔助T細胞，但單細胞測序和TILs反應性篩選的廣泛使用現(xiàn)在提供了證據(jù)，表明它們對私有新抗原和腫瘤相關抗原都具有特異性，并將它們與意想不到的豐富T細胞狀態(tài)聯(lián)系起來，包括細胞毒性TEx、TPE和TTE細胞。研究表明，黑色素瘤特異性CD4 T細胞可以在TME中被抗原呈遞細胞間接激活，這些細胞從凋亡的癌細胞中攝取腫瘤抗原，并在HLA II類背景下呈遞它們。令驚訝的是，CD4 TILs也可以直接識別黑色素瘤細胞，并顯示出細胞毒性特性。此外，雖然腫瘤特異性Treg細胞TCRs可以被癌細胞刺激，但目前尚不清楚腫瘤細胞是否能誘導具有免疫抑制功能的CD4 TILs，或者更可能通過抗原模擬來招募預先存在的Treg細胞。未來的研究將需要評估腫瘤特異性Treg細胞如何在TME內或外分化。

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二、通過免疫療法操控T細胞

癌癥免疫療法旨在增強T細胞對抗腫瘤的能力，但每種免疫治療方法以不同的方式利用抗腫瘤T細胞的獨特屬性。首先，免疫療法可以直接或間接影響治療前預先存在于TME內的腫瘤反應性T細胞的功能，促進它們的恢復活力，從而在TME內或腫瘤外部位（淋巴結、外周血或正常組織）放大抗腫瘤反應。或者，免疫療法可能通過從頭產(chǎn)生尚未被TME內慢性暴露于腫瘤抗原所耗竭的新T細胞特異性來引發(fā)新的T細胞反應。免疫療法期間由T細胞引發(fā)的癌細胞死亡所釋放的腫瘤抗原可能進一步放大預先存在和新生T細胞反應的強度和廣度�？傮w而言，不同的免疫療法在它們可以靶向的抗原特異性數(shù)量以及它們重寫T細胞表型和克服耗竭的能力方面彼此不同。

1. 免疫檢查點阻斷

ICB代表了實體瘤惡性腫瘤最廣泛使用的免疫治療方法，越來越多的靶向不同抑制性受體的單克隆抗體進入臨床領域。靶向PD1、CTLA4和LAG3的抗體已被FDA批準用于治療幾種不同的實體瘤類型。雖然ICB已被證明即使在轉移性疾病的挑戰(zhàn)性背景下也能誘導客觀反應，但只有少數(shù)患者（估計<30%）實現(xiàn)持續(xù)和/或完全的臨床反應。因此，理解ICB治療后有效抗腫瘤免疫反應的免疫學相關性仍然至關重要。

直觀上，ICB被認為主要通過“細胞毒性恢復”過程作用于TME內耗竭的抗腫瘤T細胞，恢復它們的功能。為此，腫瘤特異性T細胞需要：（1）在ICB啟動前已經(jīng)存在于TME內；（2）盡管耗竭，仍保留殘余的細胞毒性功能，可以通過消除抑制信號來解鎖和釋放。TIL恢復活力的直接證明需要在治療期間實時測量腫瘤內細胞毒性分子的釋放，這在人類樣本中不可行，但有幾項研究報告了治療前TME T細胞浸潤程度（反過來與腫瘤突變負荷相關）與臨床反應之間的關聯(lián)。此外，在抗PD1應答的腫瘤中觀察到高頻率的TRM樣TEx TILs。

除了其局部活性外，ICB（在抗PD1阻斷后最廣泛地表征）還被發(fā)現(xiàn)通過從外周動員和招募新的TCR克隆型到腫瘤部位而發(fā)揮全身作用，這種現(xiàn)象稱為“克隆替代”。在非黑色素瘤皮膚癌中，TCR克隆的縱向追蹤顯示，約70%的ICB后克隆性擴張的TILs在輔助治療前的TME內無法檢測到。新檢測到的克隆具有優(yōu)先的TEx細胞狀態(tài)。

最后，在一些NSCLC和黑色素瘤患者中，TIL克隆組成在ICB治療期間沒有發(fā)生劇烈變化，相反，在有反應的患者中，預先存在的克隆恢復到TPE樣細胞狀態(tài)，其特征是CXCL13陽性和抑制性受體低表達。這種稱為“克隆復興”的機制可能部分歸因于TME內預先存在的腫瘤特異性TPE TILs的局部擴張和分化，部分歸因于從腫瘤外生態(tài)位（特別是淋巴結）招募新的非耗竭前體細胞，這些細胞在ICB抗體存在的情況下，由于抑制性腫瘤信號的破壞，可以分化為功能性效應器。在這兩種情況下，抗腫瘤反應的恢復活力是由能夠再生功能性細胞毒性TILs的TPE細胞前體數(shù)量增加所促進的。

應該強調的是，上述ICB反應機制并非相互排斥，而是可能代表治療后不同時間階段發(fā)生的互補甚至協(xié)同事件。對于所有機制，其療效可能取決于TME內或外天然T細胞區(qū)室的質量。在這個框架內，對ICB的反應可以被概念化為一個多步驟過程，其中細胞毒性恢復喚醒了抗腫瘤T細胞的初始即時波，這種現(xiàn)象在具有高腫瘤突變負荷和TRM樣TILs活躍浸潤的腫瘤中更為突出。然后，第二波抗腫瘤免疫可能通過從腫瘤外部位招募新的T細胞特異性而引發(fā)�？寺√娲A計會促進ICB反應，特別是在具有低至中度T細胞浸潤的腫瘤中，并且可能被表位擴散進一步放大。最后，克隆復興將是最慢顯現(xiàn)的，因為它需要TPE細胞的逐漸積累和分化。

2. 癌癥疫苗

癌癥疫苗旨在通過選擇性富集針對預定義腫瘤抗原集的T細胞反應性，來促進抗腫瘤反應的恢復活力和引發(fā)。事實上，通過增加抗原呈遞細胞介導的癌癥抗原呈遞，疫苗接種既可以增強預先存在的腫瘤反應，也可以啟動T細胞前體的從頭分化，“引導”抗腫瘤免疫反應的特異性朝向特定的免疫原性抗原。

幾項研究通過追蹤循環(huán)T細胞對靶向抗原的反應性，調查了癌癥疫苗如何影響T細胞譜系。對接受基于新抗原或腫瘤相關抗原疫苗治療的黑色素瘤、膀胱癌和NSCLC患者的開創(chuàng)性研究記錄了針對疫苗配方中包含的表位的CD4和CD8 T細胞反應的強勁誘導，這些反應在治療前未檢測到或水平很低，從而正式證明癌癥疫苗既能引發(fā)新的反應，又能放大預先存在的反應。從這些試驗中，高達60-70%的預測新抗原能夠誘導反應性T細胞。有趣的是，雖然疫苗接種方案旨在引發(fā)CD8 T細胞，但反應主要包括多克隆CD4 T細胞，這可能是由于長免疫原性抗原在抗原呈遞細胞的HLA II類分子上的加工和呈遞所促進的。

雖然腫瘤抗原特異性T細胞克隆型可以通過疫苗接種誘導，但它們的直接抗腫瘤能力僅在有限數(shù)量的患者中得到證明。在這種背景下，評估針對未包含在疫苗平臺內的腫瘤抗原的T細胞反應性，提供了間接測量該方法抗腫瘤功效的獨特機會；事實上，非疫苗特異性T細胞只有在表位擴散后，當腫瘤抗原因腫瘤細胞裂解而變得更可用時，才能被擴增。在黑色素瘤、NSCLC和膀胱癌中，基于新抗原的疫苗接種試驗記錄了治療后的表位擴散，出現(xiàn)了針對多種新抗原或腫瘤相關抗原的特異性，這些抗原不存在于疫苗配方中，且在疫苗接種前也未檢測到。這種現(xiàn)象與改善的無進展生存期相關，從而證明腫瘤特異性T細胞譜系廣度的增加有助于疾病控制。值得注意的是，表位擴散及其在TME內衍生的免疫反應的確切規(guī)模和時機仍然未知，因為目前的大多數(shù)研究主要集中在分析駐留在外周血的抗原特異性細胞。

3. 過繼性T細胞療法

過繼性T細胞療法旨在從數(shù)量和質量上增強抗腫瘤免疫。這可以通過兩種方式實現(xiàn)：（1）在體外擴增預先存在的、具有由其內源性TCR譜系提供的抗腫瘤特異性的T細胞（TIL療法）；或（2）通過基因操作，用抗腫瘤TCRs或嵌合抗原受體在體外重定向T細胞的特異性，從而刺激新的抗腫瘤反應。

TIL療法的一個主要優(yōu)勢是其多克隆性：對輸注的TIL批次的分析一致表明，TIL產(chǎn)品包含廣泛的T細胞特異性，包括腫瘤相關抗原、新抗原和致癌病毒蛋白。雖然TIL療法代表了ACT發(fā)展的一個里程碑，但它受到腫瘤內預先存在抗腫瘤T細胞的要求的限制，這些T細胞的數(shù)量可能不足以滿足所有患者，特別是在腫瘤突變負荷低于黑色素瘤的腫瘤類型背景下。為了克服這一限制，許多小組專注于基因操作，以重定向T細胞對腫瘤抗原的特異性，形式為工程化TCRs或CARs。

CARs的出現(xiàn)徹底改變了ACT領域，因為此類構建體能夠以HLA非依賴性方式靶向表面腫瘤蛋白。這種ACT方法通常只有在識別出在腫瘤細胞上具有高、廣泛和保守表達的表面蛋白時才可行。迄今為止，這對于實體瘤來說一直具有挑戰(zhàn)性，部分原因還在于它們高度的瘤內克隆異質性和免疫抑制潛力。

CAR-T細胞持續(xù)的臨床反應也取決于基因修飾T細胞的持久性水平。一些研究提供的證據(jù)表明，體外制造方案富集具有TMem細胞特征的抗腫瘤T細胞與體內T細胞持久性和疾病控制相關，而那些富集抗腫瘤TEx 細胞的方則在輸注給患者后T細胞適應性較差。

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結語

TIL表征明確證明腫瘤反應性T細胞存在于TME內，然而耗竭仍然是限制其抗腫瘤潛力的主要因素。但是，并非所有TEx細胞都相同，預先存在的TRM樣TEx細胞和TPE細胞的存在與免疫治療干預后改善的臨床結局相關，為將它們量化作為反應的預測性生物標志物鋪平了道路。盡管有這些發(fā)現(xiàn)，但仍然不清楚在癌癥自然史中，甚至在臨床診斷發(fā)生之前，哪些事件決定了是否存在可用于免疫治療的TRM樣TEx或TPE細胞池。

毫無疑問，將腫瘤反應性與耗竭解耦將是成功免疫治療的關鍵，無論哪種類型。全面繪制TME內以及跨不同腫瘤組織學的抗腫瘤特異性和相應的T細胞狀態(tài)，將有助于確定癌癥疫苗接種和/或ACT的最佳靶抗原。隨著T細胞分析技術的不斷進步及其在人類樣本中的應用，我們可以更好地理解成功免疫療法背后的生物學事件，并將這些發(fā)現(xiàn)轉化為新的治療選擇，以在所有癌癥患者中促進抗腫瘤T細胞免疫。

參考文獻：

Dynamics and specificities of T cells in cancer immunotherapy. Nat Rev Cancer. 2023 May;23(5):295-316.

原文標題 : 癌癥免疫治療中的T細胞景觀