nature communications|NSCLC T细胞综合分析
生信干货
jing ·2020年3月27日 02:50
今天小编给大家分享的是今年一月份发表在nature communications（IF：11.878）上的一篇文章，这篇文章研究的主内容要是关于非小细胞肺癌（NSCLC）的免疫治疗。Comprehensive T cell repertoire characterization of non-small cell lung cancerT细胞免疫疗法越来越多地应用于包括非小细胞肺癌(NSCLC)在内的实体瘤治疗中。文章对236例早期NSCLC患者的T细胞进行了分析，研究了T细胞与临床病理特征、突变和免疫系统的关系。研究发现肿瘤中一部分最常见的T细胞也存在癌旁肺组织中，并且对于共同的背景突变或病毒感染具有特异性。肿瘤中与癌旁肺组织T细胞同源性较高的患者生存期较差。这些发现表明，应该对NSCLC中的抗原和T细胞有一个清晰的认识，以提高免疫治疗的疗效和降低毒性。为了对肺癌中T细胞的属性进行研究，在文章的第一部分作者对236例初治性NSCLC患者切除的肿瘤中涉及抗原结合的TCR 链的CDR3可变区进行了测序。接着研究了T细胞的三个属性：密度、丰度、克隆性。分析这些属性与T细胞marker的关系，研究发现T细胞的密度、丰度与CD3、CD4、CD8有关（图1a），而克隆性仅与CD3及CD8相关（图1b，c）。同时，肿瘤RNA表达分析表明，T细胞的克隆性也与GzmB和IFN-γ表达呈正相关（图1d，e）。作者研究了不同水平CD45RO以及PD-1肿瘤的T细胞的密度、丰度及克隆性。结果如图2a-c所示，CD45RO-hi肿瘤与CD45RO-lo肿瘤相比，T细胞浸润率更高，丰度略有增加，但克隆性无差异。然而，PD-1-hi 肿瘤的T细胞密度、丰度和克隆性均高于PD-1-lo 肿瘤(图2d - f)。
图2 PD-1-hi 肿瘤中T细胞密度、丰度和克隆性均较高由于肿瘤突变负荷(TMB)通过T细胞反应靶向新抗原的产生促进免疫原性，因此较高的TMB与肺癌患者较高的应答率和良好的生存率相关。所以在这一部分作者评估了TMB与T细胞属性之间的关系，研究发现TMB越高，T细胞克隆性越高，CD4:CD8比值越低，GzmB越高，这揭示了体细胞突变在增强肿瘤免疫原性和通过产生新抗原触发T细胞反应方面的关键作用。在这一部分作者试图评估典型致癌驱动突变的存在与T细胞属性之间的相关性。分析表明，与EGFR野生型肿瘤相比，EGFR突变型肿瘤具有更高的丰度和更低的T细胞克隆性，在T细胞密度上没有差异(图3b - e)。为了较正TMB差异，作者关注了最低TMB三分位内的EGFR-WT肿瘤。在这个亚组中，EGFR-MUT和EGFR-WT TMBl-o肿瘤的TMB具有可比性（图3f），发现EGFR-WT肿瘤的T细胞克隆性较高（图3i）。这些结果表明EGFR-WT肿瘤无论TMB低与否，都有可能诱导T细胞扩增，作者推测或者这些肿瘤的TMB低可能是由于反应性T细胞对免疫原性肿瘤克隆的破坏，从而导致TMB的降低。
在这一部分作者试图评估T细胞属性是否与这些肿瘤的临床病理特征相关。研究发现T细胞密度和丰度在肿瘤分化上无差异，但低分化肿瘤的T细胞克隆性高于中分化肿瘤。腺癌(ADCA)的T细胞密度和丰度高于鳞状细胞癌(SCCA)(图4a-b)。这突出了不同的T细胞对这些主要的非小细胞肺癌组织亚型的反应。也观察到T细胞与肿瘤大小呈负相关，较小的肿瘤比较大的肿瘤浸润更密集和多样化(图4c-d)。此外，吸烟者和曾经吸烟者的T细胞克隆性高于从不吸烟者(图4e)。然而，在T细胞密度或丰度方面没有发现差异，这揭示吸烟者体内存在更活跃的抗原反应性T细胞。值得注意的是，ADCA患者T细胞丰富度越高，复发率越低(图4f)。这表明，在NSCLC肿瘤中存在与临床病理特征相关的独特的T细胞属性及其对患者预后具有潜在影响。
接下来，在这一部分作者通过比较外周血单核细胞(PBMCs)、癌旁和肿瘤来系统评价T细胞。结果展示肿瘤内的T细胞密度明显高于癌旁(图5a)。与癌旁相比，肿瘤T细胞的丰度明显增高(图5b)。T细胞克隆性在未受累肿瘤的邻近肺中最高，这表明与肿瘤相比，抗原反应更集中(图5c)。然后，作者比较了肿瘤邻近、COPD和健康肺样本的T细胞，确定癌旁和COPD肺的T细胞密度高，推测这反映了这些患者的炎症(图5d)。同时作者也发现吸烟者和非吸烟者的癌旁肺组织的丰度最低，而克隆性最高，这展示了可能与肿瘤相关的更活跃的抗原反应(图5e-f)。
接下来，作者评估了PBMC、癌旁肺组织和肿瘤之间T细胞的重叠。使用Jaccard指数(JI)和Morisita重叠指数(MOI)发现PBMC与癌旁肺组织或肿瘤之间存在有限的同源性，然而观察到配对的癌旁和肿瘤之间有更大的同源性(图6a)。此外，在肿瘤中发现的100个最常见的T细胞克隆中，57个在癌旁肺组织中检测到(图6b)。分析肺部富集的T细胞发现，JI和MOI分别使癌旁和肿瘤之间的同源性增加了1.9倍和1.8倍，指明了局部抗原反应的相似性(图6c)。
由于改变蛋白序列的体细胞突变可以作为新抗原呈现给T细胞，作者接下来研究了共享非同义外显子突变(NSEM)是否有助于癌旁和肿瘤之间的T细胞同源性。96例PBMC、配对肿瘤和未受累肿瘤邻近肺组织的全外显子组测序表明，平均只有0.7%的NSEM在肿瘤和癌旁肺组织之间共享(图7a-e)。作者也观察到癌旁与肿瘤间共享突变比例(NSEM)与前100 T细胞共享比例具有相关性（图8a）。接着作者分析了病毒差异（图8b，d）。这些结果表明，抗病毒T细胞反应可能有助于肿瘤和癌旁肺组织的T细胞的同源性，并且越大比例的预测病毒基序出现在健康供体的肺部，这意味着更大比例的T细胞可能与COPD或NSCLC患者肺部的吸烟相关炎症有关(图8e-f)。
考虑到T细胞在抗肿瘤反应中的作用，作者接下来评估其与总生存率(OS)的关系，结果表明T细胞密度更大的患者OS明显延长(图9a)。相反，癌旁肺组织中较高的T细胞密度(图9b)和较高的T细胞克隆性与较短的OS显著相关(图9c)。肺癌特异性生存率的分析显示了大致相同的趋势(图9d-f)。
