涵盖21种癌症类型！张泽民/季加孚/步召德等团队Science发表泛癌T细胞单细胞图谱
近年来，针对肿瘤特异性T细胞的癌症免疫疗法已经使许多癌症患者受益，但不同癌症类型的临床疗效差异很大。肿瘤微环境包含多种不同类型的免疫细胞，其组成、功能和作用目前尚不清楚。肿瘤浸润的T细胞通常会进入一种功能失调状态，即众所周知的T细胞衰竭状态，效应T细胞的抗肿瘤功能受到多种因素的调节，包括调节性T细胞（Treg细胞）的存在。已有研究表明，不同癌症类型的肿瘤微环境（tumor microenvironments，TMEs）中T细胞的状态和丰度是不同的，这可能从根本上影响不同的临床参数，例如药物对免疫治疗的反应。
目前，scRNA-seq已成功应用于多种癌症的肿瘤微环境的精细解析。此前，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）、生命科学学院、北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）张泽民课题组及合作者利用单细胞测序和生物信息技术，对肝癌、非小细胞肺癌和结直肠癌完成了单细胞水平的T细胞研究。但迄今为止仍然缺少对不同癌症类型的T细胞在单细胞水平进行系统比较分析。
2021年12月17日，张泽民课题组联合北京大学肿瘤医院季加孚、步召德课题组以及北京大学第三医院，在Science发表了题为“Pan-Cancer Single Cell Landscape of Tumor-Infiltrating T Cells”的研究论文。研究团队应用scRNA-seq技术对涉及21种癌症类型316名癌症患者的T细胞进行序列分析，确定了转录本组差异。同时，研究团队结合单细胞基因表达谱和T细胞受体序列，系统地绘制了肿瘤浸润性T细胞的异质性和动态性，比较了癌症类型之间的异同。
为更好地了解肿瘤浸润T细胞的全貌，揭示癌种间的共性和特殊性，研究团队对来自21种癌症类型316名患者的肿瘤、癌旁组织和血液样本进行了scRNA测序，获得了更多癌种的T细胞数据，包括骨髓瘤、淋巴瘤、肾癌、卵巢癌、子宫内膜癌、食道癌、甲状腺癌、乳腺癌、胃癌和胰腺癌等。同时，研究团队通过创新生物信息方法整合了已发表的scRNA-seq T细胞数据，构建了系统的单细胞水平泛癌T细胞图谱（图1），涵盖了397,810个高质量T细胞数据。
通过结合基因表达谱和T细胞受体序列，研究团队分析了肿瘤浸润T细胞的异质性和动力学，并采用多种计算方法研究不同癌症类型中T细胞的特征和丰度，对不同癌症类型的T细胞进行了系统比较。该研究共识别出17个CD8+ T细胞类群和24个CD4+ T细胞类群。结果显示，癌组织、癌旁组织和外周血的T细胞组成具有明显的差异，其中，癌组织中出现了特有的耗竭CD8+ T细胞，TNFRSF9+ Treg（一种CD4+T细胞）在癌组织中高度富集，显著高于在外周血和癌旁组织中。外周血的CD8+T细胞由初始T细胞和终末分化效应T细胞主导。从外周血到癌旁组织再到癌组织，T细胞组成的多样性逐渐升高。上述结果表明，肿瘤微环境明显地重塑了T细胞的状态。
同时，该研究HIA揭示了CD4+和CD8+ T细胞亚群的异质性、分化路径以及转录调控。研究团队在癌症患者中鉴定了多种潜在的肿瘤反应性T细胞（pTRT）群体。不同癌症类型的肿瘤微环境中，pTRT的状态存在显著差异。对于CD8+ T细胞，pTRT主要为衰竭T细胞，具有高度异质性。研究团队分别通过效应记忆T细胞和组织驻留记忆T细胞计算推断出两种主要的T细胞衰竭的发育途径，这两种途径在癌症类型中都很普遍。研究发现，终端衰竭T细胞和自然杀伤细胞（NK）样T细胞、17型CD8+ T细胞（Tc17细胞）和CD8+ Treg细胞之间的状态转变，但这种转变往往发生在特定的癌症类型。
此外，KIR+ 类NK态T细胞、TC17细胞或CD8+ Treg细胞均有可能转化为耗竭T细胞，但这些转化只在少数癌种中观察到。研究人员进一步分析了与T细胞耗竭相关的转录因子。TOX，PRDM1等已报道的转录因子在大多数癌种的耗竭T细胞里高表达，但也有部分转录因子的表达呈现一定的癌种偏向性，如SOX4、FOXP3等。对于CD4+ T 细胞，IFNG+ TFH/TH1 和TNFRSF9+ Treg是两群主要的潜在肿瘤响应T细胞，并与肿瘤突变负担相关。研究人员推断，IFNG+ TFH/TH1 细胞可能由经典的IL21+TFH分化而来。TNFRSF9+ Treg主要由其他Treg转化而来，但在少数癌种里TNFRSF9+ Treg可能从一些非Treg 细胞转化而来，如TH17和TFH。
研究还发现，转化生长因子-β（TGF-β）和干扰素可能会影响pTRTs的转录程序。T细胞状态的丰度因癌症类型的不同而显著不同。根据肿瘤浸润性T细胞的组成，癌症患者可以进行免疫分型：一组高频率末端耗尽CD8+T细胞，另一组高频率组织驻留记忆CD8+T细胞。免疫类型与患者生存和免疫检查点抑制反应等临床特征相关。
该研究揭示了TME中T细胞异质性和动态的泛癌症图谱，揭示了多种因素和肿瘤浸润T细胞组成的关系，为未来与癌症治疗相关的时间或空间研究建立了基线参考。此外，研究团队提供了一个基于T细胞组成的免疫分型方案。跨癌症类型的系统比较揭示了不同TMEs中T细胞状态的共性和差异。对肿瘤浸润性T细胞的详细特征、动态和调控分析将有助于免疫疗法的发展，同时，该研究提出的免疫分型可以帮助靶向T细胞的治疗和诊断策略研发。
参考资料：
DOI: 10.1126/science.abe6474
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe6474
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