專家點評｜張澤民課題組與合作者發表泛癌症T細胞單細胞圖譜

點評 | 郭心怡

（清華大學免疫學研究所博士後）、

董晨

（中國科學院院士，上海市免疫治療創新研究院院長，上海交通大學醫學院教授，清華大學醫學院教授）

責編 | 酶美

CD8+ T細胞是殺傷癌細胞的最主要細胞類群。腫瘤浸潤T細胞中含有應答腫瘤抗原的T細胞。然而伴隨著腫瘤發生過程，這些T細胞經常分化為功能失調狀態，即T細胞耗竭。調節腫瘤浸潤T細胞的治療方法已經取得了顯著的臨床效果，但在不同癌症型別之間差異很大。越來越多的證據顯示不同癌症型別的微環境對塑造T細胞的組成和狀態發揮著重要作用，但迄今為止仍然缺少對不同癌症型別的T細胞的系統比較。單細胞轉錄組測序 （scRNA-seq） 已成功應用於精細的表徵多種癌症的腫瘤微環境，包括腫瘤浸潤T細胞。

2021年12月17日，北京大學生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）、生命科學學院、北京未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）

張澤民

課題組聯合北京大學腫瘤醫院

季加孚

、

步召德

課題組以及北京大學第三醫院，在

Science

上發表了題為

Pan-Cancer Single Cell Landscape of Tumor-Infiltrating T Cells

的研究論文。

結合單細胞基因表達譜和 T細胞受體序列，研究者系統刻畫了腫瘤浸潤性T細胞的異質性和動態性，並系統比較了癌症型別之間的異同。

利用單細胞測序和生物資訊科技，研究者之前對三個癌種，即肝癌、非小細胞肺癌和結直腸癌完成了T細胞單細胞水平的研究。為了更好地瞭解腫瘤浸潤T細胞的全貌，瞭解癌種間的共性和特殊性，本研究收錄了更多的癌症型別，包括

骨髓瘤、淋巴瘤、腎癌、卵巢癌、子宮內膜癌、食道癌、甲狀腺癌、乳腺癌、胃癌和胰腺癌

，並廣泛收集國際上已發表的類似資料。本研究透過創新生物資訊方法，校正混雜因素和批次效應後，有效整合了不同實驗平臺和實驗室來源的資料，從而構建了系統的單細胞水平的泛癌症T細胞圖譜，圖譜

最終涵蓋了來自21種癌症型別的316名患者的397,810高質量T細胞資料。

本研究一共識別出17個CD8+T細胞類群和24個CD4+T細胞類群。所有T細胞類群都能在至少80%的癌種中找到。

比較癌、癌旁組織和外周血的T細胞組成，可以看到明顯的差異。外周血的CD8+T細胞由初始T細胞和終末分化效應T細胞主導。癌旁組織則出現較多的記憶T細胞，而癌組織中出現特有的耗竭T細胞。基於夏農熵的多樣性指數也定量地表明，從外周血到癌旁組織再到癌組織，T細胞組成的多樣性逐漸升高。類似的，CD4+T細胞組分的多樣性在癌組織中也最高。在癌組織中丰度最高的CD4+T細胞為TNFRSF9+Treg，且其顯著高於在外周血和癌旁組織中。這些結果表明，腫瘤微環境明顯地重塑了T細胞的狀態。

研究揭示了 T 細胞亞群的異質性、分化譜系及其與腫瘤生物學特徵的關聯。對於 CD8+ T 細胞，研究者分別透過效應記憶T細胞和組織駐留T揭示了T耗竭的兩種常見主要途徑，以及它們在不同癌症型別中的偏好。研究者還提出了表達干擾素刺激基因的 T 細胞作為 T 細胞耗竭的中間狀態。對於 CD4+ T 細胞，研究發現腫瘤中的兩種T濾泡輔助細胞，並進一步發現其與腫瘤突變負荷相關，提示了腫瘤細胞如何塑造腫瘤微環境。根據腫瘤浸潤T細胞的組成，癌症患者可以分為末期耗竭 CD8+ T 細胞佔比高與組織駐留記憶 CD8+ T 細胞佔比高的兩個組群。

基於T細胞的腫瘤免疫分型為理解腫瘤浸潤T細胞的總體特性提供了一個參考，也將進一步指導開發新的癌症免疫療法和病人分層。

T細胞單細胞圖譜的主要發現

北京大學前沿交叉學科研究院博士畢業生

鄭良濤

、生命科學學院博士生

秦世尚

、前沿交叉學科研究院博士後

司雯

為該論文的並列第一作者，北京大學BIOPIC和生命科學學院

張澤民

教授、北京大學腫瘤醫院

季加孚

教授和

步召德

教授、百奧智匯

胡學達

博士為該論文的共同通訊作者。

專家點評

郭心怡

（清華大學免疫學研究所董晨團隊博士後）

董 晨

（中國科學院院士，上海市免疫治療創新研究院院長，上海交通大學醫學院教授，清華大學醫學院教授）

近年來，隨著癌症免疫療法的巨大成功和越來越普遍的應用，針對腫瘤微環境及外周迴圈系統的免疫細胞動態變化及功能研究在世界範圍內獲得了前所未有的關注和增長。在所有免疫細胞類群中，T細胞無疑是最受矚目並被廣泛研究的細胞群。其中，CD8+ T細胞是殺傷癌細胞的最主要細胞類群，目前多種治療方法均致力於阻止或逆轉毒性T細胞進入被稱為“耗竭”的失能狀態，從而促進T細胞介導的抗腫瘤過程。單細胞技術的飛躍式發展也使研究人員得以便利地從單個細胞層面解析複雜的腫瘤系統。雖然目前已有不少報道單細胞層面的腫瘤T細胞研究工作，但基本只聚焦在單一或少量癌種上。此外，由於實驗技術和分析方法的差異，人們難以對不同癌種的T細胞功能類群做出對應和比較，從而始終無法從宏觀的泛癌層面理解腫瘤浸潤T細胞群體。

近日，北京大學生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）、生命科學學院、北京未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）張澤民課題組、北京大學腫瘤醫院季加孚課題組及步召德課題組以及北京大學第三醫院通力合作在

Science

上發表了重要工作，透過單細胞轉錄組和TCR測序技術整合了囊括21個癌症型別、316例病人樣本和397，810個T細胞的海量資料，是迄今為止在單細胞水平上規模最大的泛癌種T細胞研究。他們的工作揭示了T細胞不同功能類群在跨癌種間分佈的共有特徵和特有特徵，解析了各類群之間的狀態轉換關係，併為跨癌種病人的分型提供了以T細胞組成結構為基礎的新體系。

有趣的是，他們透過生物資訊學方法預測，發現在CD8+ T細胞群體中可能存在多條未耗竭T細胞向耗竭T細胞（exhausted T cell， Tex）的狀態轉變途徑。其中潛在的兩條轉變途徑是多數癌種共有的，包括由效應記憶T細胞（effector memory T cell， Tem）和組織駐留記憶T細胞（tissue-resident memory T cell， Trm）向Tex發展；而其他潛在途徑，包括Tc17細胞和類NK態T細胞（NK-like T cell）向Tex的發展過程僅在少數癌種中被觀察到。透過深入的通路分析，他們發現除了傳統認為的慢性TCR訊號刺激外，未耗竭T細胞向Tex的轉變過程可能也受到了腫瘤微環境中干擾素 （Interferons） 和TGF-β訊號的影響，激活了T細胞耗竭相關轉錄因子如TOX、SOX4等的表達，從而使T細胞呈現出耗竭表型。透過新的分型系統，他們發現Trm和Tex可能提示了泛癌病人的預後：Trm相對比例高而Tex相對比例低的病人在多個癌種中均被觀測到更高的生存率。

在腫瘤微環境中，除了CD8+ T細胞群體常被作為免疫治療的靶標外，特異地清除調節性T細胞（regulatory T cell， Treg）也長期以來被認為是待攻克的目標和研究的重點，而其中追溯腫瘤浸潤Treg究竟是來源於原有的Treg還是其他傳統型別的CD4+ T細胞（conventional CD4+ T， Tconv）一直是腫瘤免疫領域的熱點和難點。該工作透過追蹤帶有相同T細胞受體（T cell receptor， TCR）序列的Treg和其他CD4+ T細胞，發現腫瘤中啟用態的Treg主要來源於已存在的靜息態Treg，但在部分癌種中也觀察到了由Tconv轉化為Treg的現象，從而為兩條轉化途徑的癌種差異性提供了證據支援。

總而言之，

該工作精細地描繪了泛癌T細胞群體的功能和轉化圖譜，深入解析了CD8+ T細胞耗竭、Treg轉化等過程在癌種間的保守性和特異性，提供了新的泛癌分型體系，為腫瘤免疫領域的研究提供了極具價值的資料資源，同時提示了T細胞功能類群與病人預後及免疫治療效果的相關性。

原文連結：

doi.org/10.1126/science.abe6474