以下文章來源於BioArt ，作者鹹姐
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肝癌是全球癌症相關死亡率排名第四的癌種，而其中75%-85%為肝細胞肝癌（HCC）。目前HCC最有效的治療手段是手術切除，但是其具有極高的復發率（術後5年復發率為50%-70%），其中術後2年內的早期復發更是佔復發性HCC的70%，並且幾乎讓醫生束手無策，生存率極低【1】。HCC的臨床結果讓人沮喪，而這背後的分子機制卻一直不為人所知。
近年來，隨著免疫檢查點阻斷（ICB）療法在某些類型癌症的臨床治療中初見成效，人們期望以此改善HCC的治療，卻也是事與願違，HCC對免疫治療的反應並不令人滿意。這其中一個很大的原因在於腫瘤複雜的生態系統，而全面細緻地了解這個由多種異質性細胞（包括惡性細胞、免疫細胞和基質細胞）通過時空相互作用而形成的腫瘤生態系統，必將對腫瘤的發展、預後和治療產生重大的影響。毫無疑問，腫瘤的免疫微環境對ICB治療效率有著重要的影響【2】。復發性腫瘤常根據原發腫瘤的分子和病理特徵進行治療，但事實上它們是否具有相似的微環境特徵尚未得到評價。因此，深入剖析HCC的腫瘤生態系統無疑將有助於了解HCC的免疫逃逸機制，並很可能為HCC尤其是復發患者提供更有效的免疫治療策略。已有一些研究從單細胞層面描述了原位HCC的免疫細胞和腫瘤細胞異質性圖譜【3,4】，但是在單細胞解析度水平上對早期復發HCC的腫瘤生態系統和免疫表型的描述仍是空白。
2020年12月23日，來自復旦大學中山醫院的樊嘉院士團隊在Cell上在線發表題為「Single-cell landscape of the ecosystem in early-relapse hepatocellular carcinoma」的文章，對來自18個原發性或早期復發性HCC患者的16,498個細胞進行全長單細胞轉錄組測序，首次深度全面地剖析了早期復發性HCC的腫瘤免疫微環境。發現在早期復發性腫瘤中的惡性細胞具有更高的免疫逃逸特性，從而可能抑制樹突細胞激活CD8+T細胞的能力。揭示了與HCC復發相關的免疫應答改變的獨特方面，為HCC合理的免疫治療提供了重要指導。
為了了解早期復發HCC的腫瘤生態系統，本文的研究人員收集了12例未經治療的原發性HCC患者和6例早期復發性HCC患者的外科手術腫瘤樣本和配對的癌旁組織，用細胞分選（FACS）分離CD45+和CD45-細胞，然後對通過質控的16,498個細胞進行單細胞測序（scRNA-seq），作為發現隊列（discovery cohort）。此外，研究人員招募另外4名患者（包括配對的原發性樣本PT和早期復發性樣本RT）為驗證隊列1（validation cohort 1），同時來自另外的47名患者的配對的PT和早期RT樣本用於免疫組化（IHC）和批量RNA測序驗證，為驗證隊列2（圖1）。
圖1
根據測序結果，研究人員鑑定並區分出24類細胞集群，並且發現RT和PT具有相同的主要免疫細胞亞型（包括骨髓源性細胞、T細胞、B細胞、漿細胞和自然殺傷細胞）和相似的淋巴源性和骨髓源性細胞比例。但是，進一步對骨髓源性細胞和T細胞/NK細胞進行無監督聚類分析發現，與原發性HCC腫瘤微環境相比，復發性HCC具有其獨特的免疫生態系統，表現為樹突細胞（DC）比例增加，Treg細胞減少，T細胞增殖減少，CD8+ T細胞豐度更高。這些發現也被驗證隊列1的scRNA-seq以及驗證隊列2的IHC結果所進一步證實了。
隨後，研究人員利用Monocle（構建細胞的狀態轉換軌跡的軟體）推斷HCC浸潤的CD8+ T細胞的動態免疫狀態和細胞轉換軌跡，而根據與轉換狀態相關的轉錄變化可以將CD8+ T細胞群分為4期。1期細胞的主要特點是CCR6、CCR7、NCR3和KLRB1的表達上調，而GZMA、GZMB和GZMH的表達降低，提示細胞毒性能力最低；2期細胞的JUN、FOS、NR4A1、NR4A3的表達水平最高，與肝駐留記憶細胞表型相匹配；3期的特徵是典型的細胞毒性基因表達水平升高，T細胞衰竭標記物表達水平降低；4期的特徵是與T細胞衰竭相關基因的水平升高。結果顯示在PT和RT樣本中CD8+ T細胞表現出相同的轉換軌跡，但卻表現出明顯不同的免疫和轉錄狀態。RT樣本中的CD8+ T細胞主要表現為1期和2期特徵，只有少數表現為耗盡的4期，表明存在一種常駐記憶表型；相反，PT中的CD8+ T細胞主要為3期和4期細胞特徵，表明從細胞毒性向衰竭狀態的過渡過程（圖2）。由此提示治療原發性和復發性HCC應考慮不同的免疫治療策略。
圖2
對RT樣本中CD8+ T細胞的獨特轉錄狀態進行進一步的分析發現，與PT樣本中的衰竭狀態截然不同，RT樣本的CD8+ T細胞中KLRB1過表達，表現為先天性功能失調狀態，並且細胞毒性和免疫抑制較低。同時值得注意的是，KLRB1高表達CD8 T細胞相關基因表達信號的富集與復發性和原發性HCC的預後和腫瘤進展密切相關。此外，研究人員還發現，RT樣本中CD8+ T細胞幾乎沒有表現出克隆性擴增，而RT樣本中CD8+ T細胞的非活化表型可能是由於在復發腫瘤細胞中丟失了匹配的新抗原。由此提示由於腫瘤的選擇（部分原因）CD8+ T細胞克隆在RT中處於低增殖和無反應狀態，這些細胞不能識別和消除帶有亞克隆新抗原的復發腫瘤細胞。
那麼PT和RT之間腫瘤生態系統的如此巨大的差異是由什麼造成的呢？答案是兩者惡性細胞之間的差異。研究人員發現RT中的惡性細胞表現出免疫逃逸能力的增強和細胞增殖能力的減少。復發的惡性細胞可以通過PD-L1-CD80和CTLA4-CD80軸破壞DC細胞的抗原呈遞，並通過CCL20-CCR6軸招募先天性CD161+CD8+T細胞，從而在早期復發的HCC中形成功能失調的抗腫瘤免疫。
圖3
綜述所述，本文提供了一個全面的單細胞轉錄組圖譜來描述原發性和早期復發性HCC的腫瘤生態系統，揭示了早期復發性HCC的獨特的免疫生態系統，其特徵為典型免疫抑制細胞Treg的比例降低，DC和先天性CD161+CD8+T細胞的比例增加，具有功能失調的細胞毒性和低增殖能力（圖3），為理解免疫環境如何影響腫瘤復發邁出了重要的一步。同時揭示了HCC復發惡性細胞與免疫細胞之間存在著積極的相互影響，從而促進了腫瘤細胞逃避抗腫瘤免疫。由此將有助於開發更有效的治療靶點和HCC患者的免疫治療的生物標誌物。
原文連結：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.11.041
參考文獻
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2. House, I.G., Savas, P., Lai, J., Chen, A.X.Y., Oliver, A.J., Teo, Z.L., Todd, K.L., Henderson, M.A., Giuffrida, L., Petley, E.V., et al. (2020). Macrophage-Derived CXCL9 and CXCL10 Are Required for Antitumor Immune Responses Following Immune Checkpoint Blockade. Clin. Cancer Res. 26, 487–504.
3. Lim, C.J., Lee, Y.H., Pan, L., Lai, L., Chua, C., Wasser, M., Lim, T.K.H., Yeong, J., Toh, H.C., Lee, S.Y., et al. (2019). Multidimensional analyses reveal distinct immune microenvironment in hepatitis B virus-related hepatocellular carcinoma. Gut 68, 916–927.
4. Ma, L., Hernandez, M.O., Zhao, Y., Mehta, M., Tran, B., Kelly, M., Rae, Z., Hernandez, J.M., Davis, J.L., Martin, S.P., et al. (2019). Tumor Cell Biodiversity Drives Microenvironmental Reprogramming in Liver Cancer. Cancer Cell 36, 418–430.
來源：BioArt
1980-2020
原標題：《【學術前沿】樊嘉團隊首次全面深度剖析早期復發性肝癌的腫瘤免疫微環境》
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