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Nature | 免疫检查点抑制剂治疗患者免疫相关心肌炎的免疫反应特征

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-12-01 10:12

正文

撰文 | 风

目前，免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors，ICIs）已经在临床广泛用于治疗多种肿瘤并获得良好效果。尽管如此，ICIs在治疗过程中可能会引起免疫相关不良反应（immune-related adverse events，irAEs）。其中，免疫相关心肌炎（irMyocarditis）发生率为0.3-1.7%，但致死率高达20-50%，是死亡率最高的irAEs【1-3】。免疫相关心肌炎的发生机制仍然不清楚。研究发现免疫相关心肌炎发生伴随心脏CD4/CD8⁺T细胞和炎性巨噬细胞的浸润【4】。从患者肿瘤和心肌提取的T细胞发现存在共享的TCR克隆，表明可能有共同的抗原【5】。RNA-seq分析发现心肌组织干扰素刺激基因（ISGs）的上调与心肌炎的发生相关【6】。此外，外周CD8⁺T细胞表达细胞毒分子和炎性趋化因子也与免疫相关心肌炎发生有关【7】。小鼠模型发现CD8⁺T细胞对于免疫相关心肌炎的发生是必要的，其中一部分CD8⁺T细胞可靶向心肌α-肌球蛋白【8,9】。虽然识别α-肌球蛋白的T细胞克隆在健康和免疫相关心肌炎患者外周血中均存在，但其是否参与致病仍不清楚。

近日，美国波士顿麻省总医院免疫与炎症疾病研究中心Alexandra-Chloé Villani研究团队在Nature杂志在线发表题为Immune responses in checkpoint myocarditis across heart, blood and tumour的研究论文。该研究通过患者心肌、外周血和肿瘤组织的深度测序揭示免疫相关心肌炎的免疫反应特征，即在免疫相关心肌炎患者中，1. 心肌组织cDC、细胞毒T细胞和炎性成纤维细胞数量和共定位增多；2. 外周血pDC、cDC和B细胞频率降低而MNP增加；3. 心肌浸润T细胞并没有识别可能的心肌自身抗原，如α-myosin、troponin I和troponin T；4. 心肌和肿瘤富集T细胞的TCR并不重叠。

为了深度剖析免疫相关心肌炎发生时心肌、外周血和肿瘤的免疫反应，团队在麻省总医院收集ICIs治疗肿瘤未发生免疫相关心肌炎对照患者和发生心肌炎患者的心肌组织、外周血、肿瘤及其肿瘤邻近组织后分别行多种检测，包括scRNA-seq、TCR-seq、血清免疫蛋白分析和CITE-seq等。其中，作者在心肌组织的scRNA-seq（免疫相关心肌炎15例vs. 对照8例）结合公共数据库的低分辨聚类发现10群细胞，包括T和NK（h-T/NK）、经典DC（h-cDC）、浆细胞样DC（h-pDC）、单核巨噬细胞（h-MNPs）、B细胞和浆细胞（h-B/plasma）、内皮细胞、壁细胞、成纤维细胞、心肌细胞和神经细胞。这种心肌细胞组成在不同肿瘤之间相似。相比于对照组，免疫相关心肌炎患者心肌显著富集h-T/NK，而h-MNPs、h-cDCs和成纤维细胞有增加趋势。h-T/NK和成纤维细胞的GSEA分析发现DNA复制和细胞黏附相关程序上调；多种非免疫细胞和h-MNPs的GSEA分析发现抗原提呈、同种异体排斥、细胞黏附、病毒性心肌炎和IFN反应相关通路上调。这些结果提示免疫细胞和非免疫细胞均参与免疫相关心肌炎。作者发现在3例心肌炎患者和1例对照患者的心肌组织存在肿瘤转移细胞，当排除这些患者相关数据后并不影响单细胞分析结果。血清免疫因子分析发现相比于对照组，免疫相关心肌炎患者血清IL-12p40、IL-15和IL-27显著增加，而CXCL9、CXCL10、IFNγ、IL-2、IL-18和TNF有增加趋势。

外周血scRNA-seq发现6群主要细胞，包括b-pDCs、b-cDCs、b-B/plasma、b-MNPs、b-CD4和b-CD8/NK。其中，b-pDCs、b-cDCs、b-B/plasma和b-CD4在ir心肌炎患者外周血较少，而 b-MNPs则在ir心肌炎患者外周血较多。CITE-seq结果则进一步证实上述发现。与既往研究一致【10】，外周血b-MNPs的频率与血清troponin T相关。GSEA分析结果表明与心肌组织类似，IFN反应、同种异体排斥、抗原提呈、细胞黏附和病毒性心肌炎相关通路与ir心肌炎相关。总之，这些结果表明在ir相关心肌炎患者的外周血pDC、cDC和B细胞降低而MNP增加，可以作为ir相关心肌炎启始的外周标志物。

随后，作者将心肌组织内h-T/NK细胞进一步分为6群，包括4种h-CD8⁺T（cluster 2、4、5和6）、1种h-CD4⁺T（cluster 3）和1种h-NK（cluster 1）。差异基因分析指出与血清troponin T正相关的基因包括增殖（MKI67和TOP2A）、抗原提呈（HLA-DRA和HLA-DRB1）和活化与耗竭（LAG3），负相关的基因有CX3CR1和S1PR5。GSEA分析则指出细胞周期和mTOR1通路与血清troponin T正相关，而TNF信号则与血清troponin T负相关。与此同时，作者通过TCR-seq分析心肌和肿瘤浸润T细胞克隆的关系。在所有ir心肌炎的患者中，有5个克隆在肿瘤和心肌中均存在。然而，在每个个体中，心肌和肿瘤组织富集的TCR克隆并不重叠。也就是说，尽管不能排除心肌和肿瘤组织存在共享表位，但每个组织富集的TCR克隆并不一致。另外，作者检测心肌富集TCR克隆是否在外周血中观察到。结果发现严重患者的心肌扩增T细胞的TCR克隆与外周血增殖b-CD8⁺T细胞重叠。相反，病情较轻患者心肌T细胞的TCR克隆与CCL5^hiGNLY^hi b-CD8⁺T细胞重叠。这些数据支持心肌和外周增殖b-CD8⁺T细胞间的TCR共享作为疾病严重程度的生物标志。值得注意的是，虽然既往研究指出ir心肌炎心肌浸润T细胞可能识别心肌自身抗原【7-9】，例如α-myosin、troponin I和troponin T，但本研究数据自身抗原筛查并没有得到类似的结果。

紧接着，作者分析心肌浸润cDCs、pDCs 和MNPs，聚类分析进一步将MNPs分为5群，包括cluster 2（LYVE1^hiC1QA^hih-MNPs，类似于心脏驻留巨噬细胞）、cluster 3（FCGR3A^hiLILRB2^hi h-MNPs）、cluster 4（S100A12^hiVCAN^hi h-MNPs）、cluster 1（S100A8^loC1QA^lo h-MNPs）和cluster 5（TREM2^hiAPOC1^hi h-MNPs，类似于脂质富集）。cDCs和pDCs由于细胞数量限制不能进一步细分。相比于对照组，ir心肌炎h-MNPs的cluster 1和cluster4以及h-cDCs有增加趋势，但仅有h-cDCs浸润与血清troponin T相关。随后，心肌RNA原位杂交和免疫荧光（ISH-IF）染色进一步证实cDCs在ir心肌炎中增多，且在空间上与CD8⁺T细胞更为接近，表明cDCs介导的炎症反应在ir心肌炎中的重要作用。

最后，作者关注心肌中非免疫细胞群体。聚类分析将非免疫细胞分为17群，包括8种内皮细胞、3种周细胞、1种成纤维细胞、1种肌成纤维细胞、1种平滑肌细胞、1种心内膜细胞、1种神经细胞和1种心肌细胞。差异基因分析发现多种细胞中抗原提呈（CD74和HLA-DPB1）、趋化因子（CXCL9、CXCL10和CXCL11）和细胞因子（MDK和FLT3LG）相关转录本增加，强调非免疫细胞在ir心肌炎中的免疫协调作用。成纤维细胞可以进一步分为cluster 1（DCN^hiEGR1^lo）、cluster 3（GPC3^hiEGR1^hi）、cluster 4（PCOLCE2^hiIGFBP6hi）、cluster 5（POSTN^hiF2R^hi）和cluster 6（CXCL9^hiHLA-DRA^hi）。其中，cluster 1和cluster 6在ir心肌炎有增加趋势，但仅有cluster 6和血清troponin T相关。成纤维细胞差异基因同样发现抗原提呈（HLA-DRA和PSMB9）、细胞因子（CXCL9和MDK）和ISGs（GBP1和GBP4）与ir心肌炎相关。ISH-IF实验证实表达炎性因子的成纤维细胞仅在ir心肌炎的心脏病理中观察到，且在空间上也与CD8⁺T细胞相近。总之，这些结果表明类似于其他心脏疾病，免疫细胞和心脏基质细胞之间的交流在ir心肌炎中的致病作用。

综上所述，这项研究通过scRNA-seq、CITE-seq、TCR-seq、ISH-IF和血清多通道免疫检测等手段，揭示ICIs治疗患者免疫相关心肌炎发生的心肌、外周血和肿瘤的免疫反应特征，为理解免疫相关心肌炎的致病机制和发现新的生物标志物以及开发预防或治疗靶点提供新的思考。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08105-5

制版人：十一

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