凌飛教授課題組不用”分子”，而用”網(wǎng)絡(luò)”預(yù)警結(jié)直腸癌中免疫逃逸相關(guān)的CD8+T細(xì)胞的耗竭
8月9日，華南理工大學(xué)凌飛教授課題組聯(lián)合數(shù)學(xué)學(xué)院陳培博士后在Frontiers in Immunology（Q1; IF = 7.561）雜志發(fā)表了一篇題為Dynamic network biomarker of pre-exhausted CD8+?T cells contributed to T cell exhaustion in colorectal cancer的論文（論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.691142），凌飛教授為通訊作者及其2019級碩士研究生胡家麒為該文第一作者，韓重印等為署名作者，華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院為第一作者單位。
結(jié)直腸癌（colorectalcancer，CRC）全球范圍內(nèi)每年導(dǎo)致90萬余人死亡。入院就診的CRC患者大都已是III期或IV期的進(jìn)展期患者。而IV期的患者5年存活率僅有10%左右。早發(fā)現(xiàn)早干預(yù)可提高患者生存率。近年來基于免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors，ICI）的免疫療法在多種惡性腫瘤治療中取得突破性進(jìn)展。最常見的免疫檢查點PD-1/PD-L1通路的抑制劑，最近被證明是治療少數(shù)晚期CRC的有效方法，但占絕大多數(shù)的晚期CRC患者采用ICI單藥或不同ICI聯(lián)合治療卻幾乎無效。目前認(rèn)為在惡性腫瘤發(fā)展的免疫逃逸階段，腫瘤表面會過度表達(dá)免疫檢查點分子，誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞耗竭，產(chǎn)生大量的耗竭性T細(xì)胞（Tex）。而PD-1通路阻斷藥物通常用于可能已經(jīng)經(jīng)歷長期T細(xì)胞刺激的晚期癌癥患者，此時可能大部分晚期CRC患者CD8+T細(xì)胞過度耗竭，已產(chǎn)生大量的Tex，PD-1抑制劑此時已無回天之術(shù)。我們認(rèn)為，若能識別出預(yù)耗竭的CD8+T細(xì)胞亞群及其表面分子特征，鑒定出耗竭前發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)分子（核心基因群），作為潛在的早干預(yù)靶點，以阻止產(chǎn)生更多的Tex而實現(xiàn)耗竭的逆轉(zhuǎn)。與僅針對終末 Tex 細(xì)胞的治療相比，靶向消耗殆盡前的 T 細(xì)胞可能具有更寬廣的臨床治療窗口，最終使得免疫治療藥物在無效人群中獲得進(jìn)一步改善。
本研究采用動態(tài)網(wǎng)絡(luò)生物標(biāo)志物(DNB)的新方法，從系統(tǒng)生物學(xué)角度量化結(jié)直腸癌腫瘤組織中T細(xì)胞在調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的免疫功能，從而預(yù)測T細(xì)胞耗竭前的關(guān)鍵時期，以進(jìn)一步探究耗竭前T細(xì)胞在CRC免疫微環(huán)境中的作用，提供候選基因挖掘病人預(yù)后及免疫治療相關(guān)靶點（Figure1）。
Figure1 動態(tài)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記物（DNB）算法構(gòu)建
本研究為闡明 CRC 中 T 細(xì)胞耗竭的過程，利用scRNA-seq 數(shù)據(jù)構(gòu)建了 CRC 腫瘤組織中的 CD8+?T 細(xì)胞耗竭性分化軌跡，并鑒定了耗竭前 T 細(xì)胞中的相關(guān)靶標(biāo)和生物標(biāo)志物（Figure2）。
本研究還發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌從II 期到 III 期的進(jìn)展過程中，CRC 患者不同階段的預(yù)耗竭 CD8+?T 細(xì)胞百分比增加，表明潛在的預(yù)耗竭 T 細(xì)胞分化方向與癌癥進(jìn)展相關(guān)（Figure3）。使用 TCGA 數(shù)據(jù)驗證與耗竭前 T 細(xì)胞亞群相關(guān)的基因表達(dá)。CCT6A 作為DNB 基因網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的核心基因與 COAD 患者的總生存期顯著相關(guān)（p = 0.026）。使用?DNB 方法鑒定的?DNB 核心基因?CCT6A 在DNB 核心基因網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要的作用。此外，CCT6A?還是與 CRC 預(yù)后相關(guān)的耗竭前 T 細(xì)胞亞群的生物標(biāo)志物。
Figure3 CD8+?T 細(xì)胞亞型的鑒定和DNB核心基因生存分析
此外，本研究從 DNB基因和 DNB 相鄰基因的網(wǎng)絡(luò)中提取了DNB-neighboring DEG（差異表達(dá)基因） 和 DEGs 的子網(wǎng)絡(luò)（Figure4）。這些與 DNB 相鄰的 DEG 由 DNB 核心基因驅(qū)動。我們觀察到 CCT 家族基因作為 DNB 核心基因驅(qū)動 TUBA1B 的翻轉(zhuǎn)變化。我們發(fā)現(xiàn) TUBA1B（目前癌癥藥物的治療靶點之一）的表達(dá)與 DNB 基因 CCT6A 的表達(dá)同時增加。TUBA1B 是預(yù)耗竭 CD8+?T 細(xì)胞中 DNB 相鄰的 DEG，與 CRC 患者的總生存期顯著相關(guān)（p = 0.0082）。CCT6A 編碼的蛋白質(zhì)是分子伴侶，是包含 TCP1 復(fù)合物 (CCT) 的伴侶蛋白的成員，也稱為 TCP1 環(huán)復(fù)合物 (TriC)。結(jié)合Reactome通路分析，我們推測CCT6A 驅(qū)動 TUBA1B表達(dá)，因為DEG 表達(dá)的協(xié)同增加可能導(dǎo)致 CD8+ T 細(xì)胞耗竭。
Figure4 DNB 核心基因驅(qū)動 DNB 相鄰基因的翻轉(zhuǎn)表達(dá)變化
本研究還探索了預(yù)耗盡的T 細(xì)胞和終末耗竭 T 細(xì)胞之間的細(xì)胞通訊，闡述了 Tex 細(xì)胞如何促進(jìn)預(yù)耗竭T細(xì)胞的耗竭分化（Figure5）。總之，這項研究不僅成功地鑒定了結(jié)直腸癌免疫微環(huán)境中預(yù)耗竭的 T 細(xì)胞，而且還闡明了它們在網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞水平上的 T 細(xì)胞耗盡中的雙向作用。
Figure5 T細(xì)胞耗竭中的細(xì)胞通訊
本研究整合了系統(tǒng)生物學(xué)、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、免疫學(xué)等多學(xué)科研究，我們構(gòu)建了CD8+?T 細(xì)胞發(fā)育軌跡，并使用動態(tài)網(wǎng)絡(luò)生物標(biāo)志物在單細(xì)胞水平鑒定了CRC 患者的預(yù)耗竭 T 細(xì)胞；同時，CCT6A 是耗竭前 T 細(xì)胞亞群的動態(tài)生物標(biāo)志物。此外，TUBA1B 表達(dá)由 CCT6A 作為DNB 核心基因所驅(qū)動并導(dǎo)致 CD8+?T 細(xì)胞耗竭。值得注意的是，TUBA1B 和 CCT6A 表達(dá)均與結(jié)直腸癌患者的總生存期顯著相關(guān)。本研究還觀察到，終末耗竭 T 細(xì)胞和耗竭前 T 細(xì)胞之間的細(xì)胞通訊促使耗竭。這些發(fā)現(xiàn)提供了對?T 細(xì)胞耗竭機(jī)制的新見解，并為?CRC 的早診斷和早干預(yù)的靶向免疫治療提供了新角度。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金的支持。
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