CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣亞群在腫瘤免疫治療中的應(yīng)用前景

劉紅濤,孫 青

劉紅濤,孫青, 山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院(山東省千佛山醫(yī)院)病理科 山東省濟(jì)南市 250014

0 引言

利用人體自身免疫細(xì)胞進(jìn)行治療已經(jīng)成為新型腫瘤治療方法,這種免疫療法可以誘導(dǎo)晚期腫瘤患者產(chǎn)生持久的抗腫瘤反應(yīng).但并非所有人都對(duì)腫瘤免疫治療產(chǎn)生反應(yīng),靶向腫瘤的細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞的持久性和增殖能力與機(jī)體抗腫瘤反應(yīng)能力有關(guān),因而對(duì)于腫瘤免疫療法的有效性至關(guān)重要.

1 對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑抑制應(yīng)答的免疫機(jī)制

PD1/PD-L1免疫檢查點(diǎn)抑制劑(immune checkpoint inhibitor,ICI)免疫治療療效在很大程度上取決于直接阻斷失調(diào)的CD8+T細(xì)胞表面的免疫檢查點(diǎn)分子,從而重新激活其效應(yīng)功能[1].免疫檢查點(diǎn)分子的表達(dá)驅(qū)動(dòng)了CD8+T細(xì)胞終末效應(yīng)細(xì)胞(effector T cells,TE)進(jìn)入功能衰竭T細(xì)胞(T cell exhaustion,TEX),而這種狀態(tài)可能與T細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間暴露于腫瘤抗原有關(guān),而免疫檢查點(diǎn)阻斷介導(dǎo)了腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞(tumor infiltrating lymphocyte,TILs)的增殖反應(yīng),但對(duì)其應(yīng)答的免疫細(xì)胞亞群尚有爭(zhēng)議[2].CD8+T細(xì)胞是殺傷腫瘤細(xì)胞的主要免疫細(xì)胞,研究表明,PD1+TE和/或TEX細(xì)胞由于其表型穩(wěn)定且不能被ICI逆轉(zhuǎn),所以該亞群產(chǎn)生長(zhǎng)期持續(xù)的效應(yīng)能力有限,而ICI誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境中PD1-CD8+T細(xì)胞亞群發(fā)生了動(dòng)態(tài)變化[1],提示ICI免疫治療可能并不直接作用于效應(yīng)性亞群.此外,另一項(xiàng)關(guān)于黑色素瘤的研究也發(fā)現(xiàn)ICI免疫治療不是依賴于CD8+T細(xì)胞的疲憊狀態(tài)的逆轉(zhuǎn)而是依賴于腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞中的干細(xì)胞樣亞群的增殖[3],提示 CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣亞群可能是ICI免疫治療的初始反應(yīng)T細(xì)胞亞群.因此,目前免疫治療領(lǐng)域開始關(guān)注具有自我更新和多能分化潛能的CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣亞群.

2 CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣亞群的分子特征

由于腫瘤細(xì)胞具有持續(xù)增殖能力,所以靶向腫瘤的殺傷性CD8+T細(xì)胞同樣需要具有持續(xù)增殖能力.研究顯示CD8+T細(xì)胞的壽命越長(zhǎng),持久能力越強(qiáng),患者在接受免疫治療時(shí)效果就越好[4].因此,具有長(zhǎng)壽的高增殖能力的CD8+T細(xì)胞對(duì)于有效的免疫治療至關(guān)重要.干細(xì)胞樣記憶T細(xì)胞(stem cell memory T cells,TSCM)具有較強(qiáng)的自我更新能力,增殖能力以及多分化潛能,因而介導(dǎo)更強(qiáng)的抗腫瘤免疫[5,6].目前研究認(rèn)為TSCM的分子特征為CD45RA+CD45RO-CCR7+CD62L+且表達(dá)CD122,CD95和CXCR3表面分子; TSCM能夠進(jìn)一步分化成中心記憶T細(xì)胞(central memory T cells,TCM)和效應(yīng)記憶T細(xì)胞(effector memory T cells,TEM)[5,7-9].本文觀點(diǎn)認(rèn)為T細(xì)胞記憶亞群向效應(yīng)階段的分化是一個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)的過(guò)程,即按照TSCM,TCM,TEM,TE,TEX的順序逐漸由低分化向高分化發(fā)展,處于低分化階段的細(xì)胞亞群其干細(xì)胞性和壽命增加,而處于高分化階段的細(xì)胞亞群的效應(yīng)性增強(qiáng)但其增殖能力和壽命降低.在過(guò)繼T細(xì)胞免疫治療(adoptive cell transfer,ACT)方面,處于低分化階段的TSCM和/或TCM應(yīng)該是理想的過(guò)繼細(xì)胞亞群; 在ICI方面,對(duì)PD1/PD-L1免疫治療產(chǎn)生免疫應(yīng)答的理想CD8+T細(xì)胞亞群應(yīng)該是具有PD1低度和/或中度表達(dá)水平同時(shí)具有干細(xì)胞性的CD8+T細(xì)胞亞群.值得注意的是,單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)已鑒定出干細(xì)胞樣T細(xì)胞亞群同時(shí)共表達(dá)干細(xì)胞性與效應(yīng)性基因,即為干細(xì)胞性和效應(yīng)性的雜交狀態(tài),且表觀遺傳學(xué)分析鑒定出效應(yīng)基因保留表觀遺傳的位置,同時(shí)具有有限的轉(zhuǎn)錄活性,從而解釋了該亞群具有迅速召回的效應(yīng)反應(yīng)潛能[10,11].而另外兩項(xiàng)研究也確定了干細(xì)胞樣CD8+T細(xì)胞在形成TE細(xì)胞時(shí)逐漸表達(dá)出更高水平的免疫檢查點(diǎn)分子,并最終獲得疲憊狀態(tài)[3,12].長(zhǎng)期暴露于腫瘤抗原而產(chǎn)生的高TCR刺激會(huì)限制T 細(xì)胞的效應(yīng)反應(yīng),從而導(dǎo)致TEX[13].由于T細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子1(transcription factor T cell factor 1,TCF1)蛋白作為Wnt/β-catenin信號(hào)通路的下游轉(zhuǎn)錄因子,在維持T細(xì)胞的干細(xì)胞樣狀態(tài),自我更新和保持記憶特性中發(fā)揮重要作用[14-16],因而 PD1+TCF1+的細(xì)胞亞群被認(rèn)為是TEX細(xì)胞的祖細(xì)胞,該亞群具有部分疲憊的特征,但保留了干細(xì)胞樣特性(TCF1+,類似TSCM和TCM),可增強(qiáng)對(duì)PD1阻斷的反應(yīng)[15,17].因此,PD1+TCF1+CD8+T細(xì)胞亞群可能作為PD1/PD-L1免疫治療應(yīng)答的主要CD8+T細(xì)胞亞群,從而凸顯了靶向該亞群以增強(qiáng)ICI治療獲益的重要性.

3 CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣亞群在免疫治療中的作用

研究顯示表達(dá)TCF1的CD8+T細(xì)胞的黑色素瘤患者在接受ICI免疫治療后其臨床療效會(huì)更好,表明如果腫瘤中含有干細(xì)胞樣T細(xì)胞,則無(wú)法通過(guò)手術(shù)切除腫瘤的人可能會(huì)受益于阻斷免疫檢查點(diǎn)分子的療法[18].而最近一項(xiàng)研究同樣發(fā)現(xiàn)在人類腎臟腫瘤的腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞中存在干細(xì)胞樣亞群,該亞群有助于促進(jìn)有效的抗腫瘤免疫反應(yīng),且與患者具有更好的生存率呈正相關(guān)性,而評(píng)估免疫檢查點(diǎn)蛋白PD-L1的表達(dá),并未顯示與無(wú)進(jìn)展的癌癥存活率有明顯相關(guān)性; 同時(shí)細(xì)胞基因表達(dá)譜分析顯示干細(xì)胞樣T細(xì)胞中趨化因子和趨化因子結(jié)合受體的表達(dá)高于正常水平,可能與免疫細(xì)胞通過(guò)淋巴管有關(guān),而且表達(dá)更高水平的關(guān)鍵共刺激分子,可能與向終末效應(yīng)階段分化產(chǎn)生細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞有關(guān)[19].據(jù)此,產(chǎn)生對(duì)CD8+T細(xì)胞疲憊狀態(tài)固有抗性的干細(xì)胞性和/或效應(yīng)性的雜交狀態(tài)的CD8+T干細(xì)胞性記憶亞群對(duì)改善ICI或ACT免疫治療具有十分重要的治療價(jià)值.

4 誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣亞群的方法

目前越來(lái)越多的研究致力于通過(guò)長(zhǎng)壽的CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣記憶亞群來(lái)增強(qiáng)腫瘤免疫治療的療效,影響該亞群細(xì)胞的產(chǎn)生和持久性的因素就變得十分重要.CD8+T細(xì)胞的表觀遺傳修飾可能會(huì)影響其干細(xì)胞樣記憶亞群發(fā)揮作用的能力,而表觀遺傳修飾可能會(huì)受到腫瘤微環(huán)境中各種因素的影響[20,21].例如,腫瘤中鉀離子的濃度可以調(diào)節(jié)表觀遺傳修飾,從而影響T細(xì)胞是否處于干細(xì)胞樣狀態(tài),這是它們產(chǎn)生終末效應(yīng)細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞所需的[20].因此,腫瘤微環(huán)境對(duì)T細(xì)胞發(fā)育的影響將成為腫瘤免疫研究的重點(diǎn)之一.關(guān)于ACT免疫治療方面的研究逐漸顯示抗腫瘤免疫反應(yīng)的持久性在很大程度上不取決于轉(zhuǎn)移時(shí)CD8+T細(xì)胞的殺傷能力,而取決于轉(zhuǎn)移時(shí)細(xì)胞的持久性[22].大量的臨床前和臨床數(shù)據(jù)也支持這樣一種概念,即具有干細(xì)胞性的T細(xì)胞優(yōu)先發(fā)揮抗腫瘤潛力[23,24].目前的ACT方案更傾向于生成這些分化程度較低的細(xì)胞亞群,而不是分化程度更高的亞群[25].此外通過(guò)利用IL-7,IL-15或IL-21代替IL-2減少TCR刺激[26],促進(jìn)Notch信號(hào)傳導(dǎo)[27]或限制抗氧化劑處理后的活性氧代謝[24]等策略通過(guò)抑制與終末效應(yīng)分化有關(guān)的基因或蛋白表達(dá),促進(jìn)維持干細(xì)胞樣基因(如編碼TCF1和LEF1的基因)[28]從而獲得具有改善的持久性和抗腫瘤活性的CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣記憶亞群.因此通過(guò)各種方式來(lái)利用干細(xì)胞樣和/或效應(yīng)性且具有持久性的免疫細(xì)胞亞群來(lái)提高免疫治療潛力,無(wú)疑將是未來(lái)研究的重要領(lǐng)域.

5 結(jié)論

CD8+T細(xì)胞干細(xì)胞樣亞群具有多能分化潛能,可以同時(shí)產(chǎn)生效應(yīng)性亞群并具有長(zhǎng)壽記憶能力,從而對(duì)先前暴露的腫瘤抗原產(chǎn)生有效的免疫應(yīng)答.圍繞該亞群進(jìn)行的共存特性分析,誘導(dǎo)擴(kuò)增及與治療相關(guān)性研究,將在深入了解CD8+T細(xì)胞分化的細(xì)胞和分子機(jī)制的同時(shí),有助于優(yōu)化或開發(fā)基于T細(xì)胞介導(dǎo)的特異性,持久性免疫的理想的腫瘤免疫治療方法,具有十分重要的臨床轉(zhuǎn)化意義.