肿瘤内抗原信号将CD8+ T细胞限制在耗竭状态和瘤体部位

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肿瘤免疫学研究：CD8+ T细胞在肿瘤内的耗竭状态

近年来，免疫治疗在肿瘤治疗领域取得了重大进展。然而，追踪抗原信号后淋巴细胞的行为仍然是一个难题。本研究旨在解决这一问题，通过开发抗原受体信号报告小鼠（Antigen Receptor Signaling Reporter，简称AGRSR）来评估肿瘤内活跃的T细胞行为。本文详细介绍了研究的背景、方法、结果及其意义。

研究背景

CD8+ T细胞耗竭是一种表观遗传传播的（1, 2），随时间增加的（3）永久性低功能状态，能够防止有害的免疫反应（4, 5）。先前的研究利用优雅的并联实验（6, 7）和Kaede小鼠（8, 9）展示了肿瘤组织内存在耗竭的CD8+ T细胞。这些发现与报告的CD8+ T细胞表达CD103（一种关键的驻留蛋白）并主要局限于肿瘤内（10, 11）相一致。然而，最近的研究观察到了CD8+ T细胞，包括抗原特异性T细胞，从肿瘤中的外逸（8, 9）。因此，仍不清楚具体因素如何调节CD8+ T细胞的肿瘤驻留和外逸行为。

研究动机和问题

为了更好地理解CD8+ T细胞在肿瘤内的行为，研究团队开发了一种新型的AGRSR小鼠，旨在在特定时间和地点追踪对抗原反应的淋巴细胞。与现有的T细胞受体（TCR）转基因淋巴细胞（14-16）和四聚体（17, 18）追踪方法不同，该系统能够区分T细胞何时何地接收到抗原信号。这种新方法将有助于验证抗原信号在调节CD8+ T细胞肿瘤驻留和外逸行为中的作用。

研究来源

本文由Takahashi等人撰写，发表于《Science Immunology》期刊。作者来自多个研究机构，包括剑桥大学、东京大学、利物浦大学和威康信托桑格研究所等。

研究方法

AGRSR小鼠的开发

研究团队创建了AGRSR小鼠，以评估同时接收TCR信号的克隆，包括那些细胞稀少的组织。在AGRSR小鼠中，Nur77启动子仅在TCR结合时在T淋巴细胞中活跃，驱动红色荧光蛋白（Katushka）和Cre-ERT2重组酶的等摩尔表达。通过与Rosa-LSL-EYFP品系交叉，产生AGRSR-LSL-EYFP小鼠，在这些小鼠中，该转基因系统作为分子和门，永久标记接收TCR和他莫昔芬信号的T细胞及其后代。

研究团队首先将AGRSR品系与OVA特异性OT-I TCR转基因品系交叉，这些品系的TCR变体肽配体已被表征。体外刺激这些动物的初始CD8+ T细胞，结果显示Katushka的表达水平与每种配体的刺激活性直接相关，表明Katushka的表达依赖于TCR信号的强度。

研究流程

  1. 小鼠模型的建立： 研究团队将AGRSR小鼠与Rosa-LSL-EYFP小鼠交配，生成AGRSR-LSL-EYFP小鼠，用于追踪抗原信号标记的T细胞。
  2. 抗原刺激实验： 研究团队通过体外和体内实验验证了TCR信号的依赖性。在体内实验中，AGRSR小鼠接受他莫昔芬处理后，TCR信号依赖的EYFP表达在脾脏和肿瘤中的CD8+ T细胞中得到了验证。
  3. 肿瘤模型： 使用YUMMER1.7黑色素瘤模型研究抗原信号对T细胞反应的影响。研究团队发现，肿瘤中的EYFP+ CD8+ T细胞频率显著增加，这表明这些细胞对肿瘤抗原有反应。
  4. 单细胞RNA测序和TCR测序： 通过单细胞RNA测序和TCR测序，研究团队分析了来自肿瘤和脾脏的EYFP+ T细胞，发现肿瘤中的CD8+ T细胞表现出更高的耗竭得分。

数据分析

研究团队使用了多种实验技术和分析方法，包括：

  • 流式细胞术： 对T细胞进行表面抗体染色和流式细胞术分析，以评估EYFP和Katushka表达。
  • 单细胞RNA测序和TCR测序： 使用10x Genomics的单细胞RNA测序和TCR测序技术，对分选的T细胞进行基因表达和TCR序列分析。
  • 数据分析： 使用R和Python软件包对数据进行分析，包括Seurat、Scanpy和TrajClust算法。

研究结果

抗原信号捕获CD8+ T细胞在肿瘤中的耗竭

  1. AGRSR小鼠验证： 研究团队成功创建了AGRSR小鼠，并验证了其在体内标记接收抗原信号的T细胞的能力。
  2. 肿瘤模型研究： 在YUMMER1.7黑色素瘤模型中，AGRSR小鼠接受他莫昔芬处理后，肿瘤中的EYFP+ CD8+ T细胞频率显著增加，这些细胞表现出较高的PD-1表达，表明它们处于耗竭状态。
  3. 单细胞RNA测序分析： 研究团队发现，肿瘤中的EYFP+ CD8+ T细胞表现出较高的耗竭得分和较低的细胞毒性得分，而脾脏中的EYFP+ CD8+ T细胞则表现出较高的细胞毒性得分。
  4. 抗原信号在肿瘤中的作用： 研究表明，抗原信号在肿瘤内起到隔离CD8+ T细胞反应的作用，使得耗竭的T细胞留在特定的肿瘤组织部位，从而保护机体免受系统性损伤。

研究意义

本研究通过开发AGRSR小鼠，提供了一种新工具，用于在体内追踪抗原信号对T细胞行为的影响。研究结果揭示了肿瘤内抗原信号如何通过隔离CD8+ T细胞反应，调节其驻留和耗竭行为。这一发现有助于深入理解免疫反应在肿瘤微环境中的调控机制，为开发新的免疫治疗策略提供了重要线索。

研究亮点

  1. 新工具的开发： AGRSR小鼠的开发为在体内追踪抗原信号提供了一个强有力的工具。
  2. 抗原信号的作用机制： 研究揭示了抗原信号如何通过隔离CD8+ T细胞反应，调节其驻留和耗竭行为。
  3. 肿瘤微环境的调控： 研究结果为深入理解肿瘤微环境中的免疫调控机制提供了新视角。

本研究通过创新的实验方法和深入的数据分析，为肿瘤免疫治疗研究提供了重要的理论和实践基础。未来的研究可以进一步探讨如何利用这一发现，优化免疫治疗策略，提升治疗效果。