单细胞测序|揭示CAR-T细胞治疗大B细胞淋巴瘤患者的特征

标题：Characteristics of anti-CD19 CAR T cell infusion products associated with efficacy and toxicity in patients with large B cell lymphomas

期刊: nature medicine

影响因子：34.324

导读

靶向CD19的自体嵌合抗原受体(CAR) T细胞疗法在大B细胞淋巴瘤(lbcl)中具有很高的疗效，但在不到一半的患者中观察到长期缓解，治疗相关的不良事件，如免疫效应细胞相关神经毒性综合征(ICANS)，是一个临床挑战。作者对24例LBCL患者的自体axicabtagene ciloleucel (axis -cel)抗cd19 CAR - T细胞输注产物进行了单细胞RNA测序和靶向基因测序，以确定与疗效和毒性相关的转录组特征。在3个月的随访中，通过正电子发射断层扫描/计算机断层扫描获得完全缓解的患者表达记忆信号的CD8 T细胞频率比部分缓解或病情进展的患者高3倍。输注后第7天cfDNA测序测量的分子反应与临床反应显著相关(P = 0.008)， CD8 T细胞衰竭的特征与低分子反应相关(q = 2.8 10 149)。此外，具有单核细胞样转录特征的罕见细胞群与高级别ICANS相关(P = 0.0002)。作者的结果表明，CAR - T细胞输注产物的细胞和分子特征的异质性有助于LBCL细胞治疗后疗效和毒性的变化，而第7天的分子反应可能是CAR - T细胞疗效的早期预测因素。 

科学问题

了解CAR-T细胞在患者中的疗效

实验设计

对24例LBCL（大B细胞淋巴瘤）患者的自体抗cd19 CAR - T细胞输注产物进行了单细胞RNA测序和靶向基因测序，以确定与疗效和毒性相关的转录组特征。 

实验思路

实验结果

1、CAR - T细胞输注产品的单细胞分析  

根据特异表达的基因对所有样本的所有细胞进行了细胞分群（2a,2b）。并细分了CD4⁺T细胞CD8⁺T细胞。

图2 细胞分群

2、与临床反应相关的细胞特征。

作者比较了 CR 患者和 PR/PD 患者的输入产品之间细胞类型和功能状态的表现。发现了PR/PD 患者输注产品中耗竭 CD8 和 CD4+T 细胞的显著富集，以及实现 CR 的患者输注产品中的记忆 CD8⁺T 细胞的显着富集（3a）。接下来比较了，CR，PR/PD患者在CD8⁺T细胞中的特异表达基因。(3b)。作者通过比较功能状态和DEGs进一步证实了PR/PD患者CD8⁺T细胞中PD-1和IFN-γ信号的高表达。同时CR患者CD8⁺T细胞中免疫记忆信号的表达较高(3e)。由scGSVA分析证实，在CD4⁺T细胞中，CR患者增殖相关基因和循环细胞表达较高(图3f)。同时CR的患者CD4⁺T细胞中增殖相关基因集的富集(图3e)。

图3

3、cfDNA 测序测量的 EMR 与 PET/CT 测量的临床反应之间的关联

抗原驱动的CAR-T细胞增殖在细胞输注后约1周达到高峰。文章研究了在治疗的第一周内CAR-T细胞的反应动力学。作者将VAF降低5倍的阈值用于对患者的反应进行分类。在8例分子反应(5FMR)超过5倍的患者中，6例(75%)在3个月时有持续的CR。发现<5FMR的患者，没有患者在3个月内达到完全缓解。

图4

接下来比较>5FMR与<fmr患者的产品的细胞功能状态，发现T细胞衰竭转录谱与EMR差之间存在显著的相关性(图5a)。与>FMR患者相比，用于分类衰竭CD8⁺T细胞的所有共抑制受体基因在<5FMR患者的CD8⁺T细胞中表达率更高。其中，LAG3和TIM3的表达最为丰富，与>5FMR患者相比，<5FMR患者的每个克隆型的LAG3⁺TIM3⁺细胞比例显著更高。（5d）

图5

4、CD19 CAR-T细胞输注产物中的iACs

作者评估了ICANSgr3 4 (n=12)和ICANSgr0 2 (n=12)患者之间的差异，在主要的CD4或CD8 T细胞区，作者没有观察到基因表达的显著差异，但ICANSgr3 4患者输注产品中CAR⁺细胞的频率明显较低。作者进一步作者评估了ICANSgr0和 ICANSgr3 4是否与有明显转录组特征的细胞簇相关，结果发现了一个亚群(n=254)（将其称为ICAS细胞），在发生ICANSgr3 4患者的输注产品中显著增加(图6a)。接下来作者发现，与其他细胞相比，作者鉴定了257个基因在IACs中显著高表达。包括通常在髓系谱系中表达的多个基因，如CD68、LYZ、SPI1、LILRB4和SIRPA(图6b d)。与其他细胞相比，多种细胞因子和趋化因子在IAC中表达明显较高，包括IL1B和CXCL8 (IL8)。使用纯化的造血细胞亚群中IAC特征基因的单样本基因集富集分析(ssGSEA)，作者观察到，在骨髓系细胞中IAC特征显著高于淋巴系细胞，且在经典单核细胞中最高(图6e)。

图6

作者的结果表明，CAR - T细胞输注产物的细胞和分子特征的异质性有助于LBCL细胞治疗后疗效和毒性的变化，而第7天的分子反应可能是CAR - T细胞疗效的早期预测因素。

参考文献：

Deng, Q., Han, G., Puebla-Osorio, N. et al. Characteristics of anti-CD19 CAR T cell infusion products associated with efficacy and toxicity in patients with large B cell lymphomas. Nat Med (2020).

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