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Nature｜干细胞样CD4+T细胞的分化控制抗肿瘤免疫

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-11-30 09:00

正文

撰文｜风

在肿瘤免疫中，CD8⁺T细胞的作用和转化较为成熟。相比较，CD4⁺T细胞的相关研究较为有限。尽管如此，CD4⁺T细胞与多种肿瘤的免疫治疗反应、过继T细胞疗法和疫苗的效果紧密相关（详见BioArt报道：Nature丨发现抑制癌症免疫疗法的新CD4+ T细胞亚群；Nature︱CD4+T细胞使免疫逃逸肿瘤“无路可逃”；Nature Cancer | CD4+CAR T细胞抗肿瘤效率的决定因素；Nat Immunol｜新生抗原特异性CD4+Tscm介导MHC-II阴性实体瘤的CD8+T细胞依赖的抗肿瘤治疗；Cell | 这次是CD4+T细胞介导抗肿瘤细胞毒性反应；Nat Immunol｜CD4+T细胞校正抗原提呈细胞优化CD8+T细胞的抗病毒免疫）。一方面，CD4⁺T细胞的扩增预测临床结局，且CD4⁺T细胞向Th1和Tfh分化有助于抗肿瘤免疫效果【1-5】。另一方面，调节性T细胞（regulatory CD4⁺T cell，Treg）或者功能失调CD4⁺T细胞也与疾病进展相关【6-8】。因此，虽然活化的CD4⁺T细胞是肿瘤免疫防线的重要组成，但影响CD4⁺T细胞抗肿瘤效果的机制仍然不清楚。

近日，美国埃默里大学医学院泌尿外科Haydn T. Kissick研究团队在Nature杂志在线发表题为Differentiation fate of a stem-like CD4 T cell controls immunity to cancer的研究论文。该研究在肿瘤和淋巴结内鉴定一群具有增殖和多亚群分化能力的干细胞样TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞，其分化而来的Th1亚群可以通过IFNγ促进CD8⁺T细胞的效应分化以增强抗肿瘤免疫。

为了解CD4⁺T细胞反应的异质性，作者对人肾癌组织分离的PD1⁺CD45RA^-CD4⁺T细胞行scRNA-seq分析。UMAP分析将PD1⁺CD45RA^-CD4⁺T细胞分为3群：C1为Treg样，表达FOXP3和L2RA；C2为Th1样，表达TBX21、EOMES和细胞毒分子；C3则为干细胞样，其不表达任何谱系相关转录因子（lineage-negative，Lin^-），如BCL6、TBX21、GATA3或RORC，而表达TCF7和干细胞样基因，同时富集干细胞样CD8⁺T细胞特征基因，表明一种静息状态。流式分析也证实这三种细胞群在肾癌、膀胱癌和前列腺癌存在，表明并不是肾癌独有现象。在肿瘤相关淋巴结中，作者同样发现在PD1⁺CD45RA^-活化CD4⁺T细胞中，20-60%是TCF1⁺Lin^-的干细胞样细胞群，表明在多种肿瘤组织和淋巴结中TCF1⁺Lin^-是活化CD4⁺T细胞的主要群体。随后，作者发现TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞可以在体外增殖并向Th1、Treg和Tfh亚群分化。另外scRNA-seq和scTCR-seq分析表明肾癌组织内TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞和其他Treg等亚群的TCR有重叠，表明这些细胞存在谱系关系。这些结果说明TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞具有干细胞样特征并作为前体细胞进一步分化为效应细胞亚群。

紧接着，作者使用表达LCMV糖蛋白（glycoprotein，GP）的TRAMPC1细胞接种小鼠以在体内监测抗原特异性TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞的功能和分化动力学。在第一周，GP66⁺CD4⁺T细胞在淋巴结迅速扩增并持续存在，且已经出现TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞群。5周后，淋巴结内GP66⁺CD4⁺T细胞存在TCF1⁺Lin^-、Foxp3⁺和Bcl6⁺群，以及小部分Tbet⁺和RORγt⁺细胞群。在肿瘤内，大部分GP66⁺CD4⁺T细胞为Treg样，小部分为TCF1⁺Lin^-。之后，作者将从SMARTA小鼠（表达LCMV GP特异性TCR）分离的初始CD4⁺T细胞过继入TRAMPC1细胞接种的小鼠，同样发现类似的分化轨迹。与此同时，分离TRAMPC1细胞接种小鼠淋巴结的TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞并过继入正常小鼠后给予LCMV感染，发现大部分过继细胞分化为Th1和Tfh细胞，小部分为Treg，表明TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞的分化亚群方向取决于所处环境。总之，这些结果进一步说明TCF1⁺Lin^-是一种干细胞样CD4⁺T细胞。

前述结果表明肿瘤及其淋巴结Treg占PD1⁺CD4⁺T细胞主要群体，作者猜想Treg是否抑制TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞向其他效应亚群分化。Foxp3-DTR小鼠结合TRAMPC1细胞接种实验证实Treg缺陷后GP66⁺CD4⁺T细胞显著扩增且向Th1分化，且非抗原特异性CD4⁺T细胞也向Th1分化。scRNA-seq表明Treg缺失时，TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞在保留干细胞基因同时上调Th1相关基因表达。TCR-seq进一步证实Treg缺失促进的Th1细胞与TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞的TCR存在90%重叠，表明TCF1⁺Lin^-CD4⁺T是Th1细胞的前体细胞。随后，作者分选TRAMPC1细胞接种小鼠的SMARTA干细胞样细胞或Treg细胞后过继入WT或Foxp-DTR小鼠，2天后白喉毒素处理。5天后分析发现，WT小鼠内过继的干细胞样细胞在淋巴结存在，小部分向Treg和Tfh分化；而Treg缺失时，过继的干细胞样细胞大量分化为Th1细胞。过继的SMARTA Treg则无论Treg是否敲除均保留Foxp3表达。这些结果说明TCF1⁺Lin^-细胞在肿瘤中可以向Th1分化，但能被Treg抑制。

那么这种TCF1⁺Lin^-CD4⁺T细胞来源的Th1细胞分化对抗肿瘤免疫是否有用？作者在TRAMPC1-GP 和B16F10-GP两种肿瘤模型中发现，CD4⁺T细胞删除削弱抗肿瘤免疫，且CD4⁺T细胞的作用依赖于CD8⁺T细胞。CD4⁺T细胞删除引起淋巴结干细胞样CD8⁺T细胞扩增但效应分化显著降低，而Treg删除则可以促进CD8⁺T细胞效应分化和扩增，提示干细胞样CD4⁺T细胞或Th1细胞诱导淋巴结CD8⁺T细胞的效应功能。为了厘清哪种细胞起作用，作者在SMARTA T细胞中构建四环素诱导的TBET过表达荷瘤小鼠内。相比于对照组，四环素诱导联合PDL1抑制剂有效促进CD4⁺T细胞的Th1分化以及CD8⁺T细胞的扩增和效应分化，并展现良好的肿瘤控制，表明Th1亚群促进CD8⁺T细胞的效应分化。相反，当作者在四环素TBET过表达的 SMARTA T细胞中敲除IFNγ时，上述TBET过表达介导的CD4⁺/CD8⁺T细胞效应分化和抗肿瘤效应消失。同样，缺失Ifngr1的CD8⁺T细胞不再对CD4⁺T细胞反应。最后，作者在人肾癌组织中发现Th1细胞频率与效应CD8⁺T细胞浸润以及肿瘤免疫抑制剂治疗效果正相关。

这些结果均表明Th1细胞分泌的IFNγ在诱导CD8⁺T细胞抗肿瘤中的重要作用。

综上所述，这项研究揭示肿瘤特异性TCF1⁺Lin^-干细胞样CD4⁺T细胞具有增殖和分化能力，其分化亚群方向对CD8⁺T细胞的抗肿瘤免疫起到重要作用，为靶向CD4⁺T细胞的肿瘤免疫疗法提供理解和应用思路。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08076-7

制版人：十一

参考文献

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