CCL5hiCD4+T细胞多样性与膀胱癌免疫检查点抑制剂治疗反应相关

《Cancer Research》：CD4+ T-cell diversity is associated with the response to ICI the... Open Access

　　

免疫检查点抑制剂（ICI）已改变癌症治疗格局，但其疗效仍局限于部分患者，凸显了对稳健预测生物标志物及耐药机制深入解析的需求。本研究鉴定了一群CCL5hiCD4+T细胞群体，其特征为记忆样活化标志物，并与膀胱癌中ICI治疗反应呈强相关。功能上，这些T细胞通过CCL5/CCR1信号通路促进M1样巨噬细胞极化，从而增强抗肿瘤免疫。重要的是，肿瘤来源的前列腺素E2（PGE2）作为关键的微环境因素，抑制了CCR6hiCD4+T细胞向免疫刺激性的CCL5hiCD4+T细胞的分化，从而导致ICI治疗耐药。这些发现拓展了关于CD4+T细胞异质性及其在塑造ICI免疫反应中作用的理解。通过阐明CCL5hiCD4+T细胞增强髓系介导的肿瘤控制，以及肿瘤来源的PGE2破坏CCL5hiCD4+T细胞分化以促进免疫逃逸的机制，本工作强调了改善膀胱癌ICI疗效的潜在治疗策略。

论文解读：CCL5^hiCD4⁺T细胞多样性与膀胱癌免疫治疗反应

研究背景与引言

免疫检查点抑制剂（ICI）靶向CTLA4和PD-1/PD-L1通路，彻底改变了肿瘤治疗，使部分患者在黑色素瘤、非小细胞肺癌及晚期膀胱癌等多种恶性肿瘤中获得持久缓解。然而，临床反应存在显著异质性，约70%的膀胱癌患者因先天或获得性耐药而预后不佳。这种反应者与无反应者之间的鲜明二分法，迫切需要阐明调控ICI疗效的机制。尽管PD-L1表达、肿瘤突变负荷（TMB）等生物标志物已被应用，但其可靠性有限且依赖侵入性组织采样，更重要的是，这些肿瘤内在参数未能捕捉决定免疫治疗成功的动态肿瘤-宿主相互作用。CD4⁺T细胞作为适应性免疫的核心调节者，其表现出的功能可塑性塑造了抗肿瘤反应并影响ICI结局。虽然其在调节CD8⁺T细胞活性和树突状细胞成熟中的作用已明确，但新兴证据表明特定亚群具有预测潜力。然而，CD4⁺T细胞的功能双重性——从驱动IFNγ依赖性肿瘤控制的促炎Th1亚群到限制效应免疫的调节性T（Treg）细胞——创造了一个对ICB成功具有深远意义的动态平衡。近期单细胞研究揭示了肿瘤浸润CD4⁺T细胞的转录组和表观遗传多样性，但这些状态与ICB结果之间的机制联系尚不明确。本研究旨在剖析CD4⁺T细胞的功能异质性如何塑造ICB反应性，并确定特定亚型决定治疗成功或失败的机制。

关键技术方法

研究人员利用了两个独立的接受ICI治疗的膀胱癌队列（GSE176307和IMvigor210）进行CIBERSORTx反卷积算法分析。通过10x Genomics平台对五个肌层浸润性膀胱癌样本进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq），并对另一个包含11名患者的队列进行了单细胞测序，同时分析了配对的肿瘤、血液和转移淋巴结样本。在临床样本方面，纳入了40例接受新辅助免疫治疗（替雷利珠单抗）联合化疗的肌层浸润性膀胱癌手术标本。动物实验使用C57BL/6J小鼠及多种基因工程小鼠建立了膀胱癌移植瘤模型。通过流式细胞术分析和分选、多重免疫组化（mIHC）、条件培养基共培养实验、慢病毒介导的基因敲除以及体内过继性细胞转移实验等技术，验证了细胞亚群的功能及分子机制。数据分析采用了CellChat进行细胞通讯分析，Monocle3进行伪时间轨迹推断，SCENIC进行转录因子调控网络分析。

研究结果

CD4⁺T细胞亚群异质性预测膀胱癌中PD-1/PD-L1抑制剂反应的差异，且与常规生物标志物无关

研究人员利用CIBERSORTx算法评估了22种免疫细胞（IC）亚群与检查点治疗临床获益的相关性。结果显示，记忆活化CD4⁺T细胞是唯一在两个独立队列中均与临床反应（完全缓解/部分缓解，CR/PR）呈显著正相关的细胞亚群。与疾病稳定/进展（SD/PD）患者相比，CR/PR患者具有更高水平的记忆活化CD4⁺T细胞浸润，且CR患者浸润水平显著高于PR患者。生存分析进一步表明，高浸润记忆活化CD4⁺T细胞的患者总生存期（OS）更长。多变量Cox回归分析证实，无论患者的PD-L1肿瘤浸润免疫细胞评分、TMB水平、ECOG评分或免疫检查点IHC评分如何，记忆活化CD4⁺T细胞浸润程度均可作为膀胱癌免疫治疗的独立预测标志物。

具有记忆活化特征的CCL5^hiCD4⁺T细胞亚群预测PD-1/PD-L1阻断反应

为了阐明膀胱癌中CD4⁺T细胞的异质性，研究人员对五个肌层浸润性膀胱癌样本进行了scRNA-seq，并将CD4⁺T细胞聚类为七个子集。通过构建记忆活化CD4⁺T细胞特征（maCD4-Sig），发现CD4-3亚群显著富集该特征，且该亚群高表达趋化因子（如CCL5、CCL4）、细胞毒性分子（如GZMB、GZMK、PRF1）和效应分子IFNG。经批次校正合并数据集后，研究人员将该关键亚群定义为CCL5^hi-CD4。利用CIBERSORTx算法计算肿瘤内CCL5^hi-CD4⁺T细胞浸润水平，发现达到CR/PR的患者表现出显著更高的水平。在对40例患者的前瞻性队列分析中，达到CR的患者显示出更高比例的CCL5^hi-CD4⁺T细胞。为了验证这一关系，研究人员分析了小鼠模型，发现CCL5^hi-CD4⁺T细胞（定义为CD25^?CXCR6⁺CD4⁺T细胞）在肿瘤中能增强免疫治疗效果。体内过继转移实验证实，转移CCL5^hi-CD4⁺T细胞联合抗PD-1治疗显示出最强的抗肿瘤功效。

CCL5^hiCD4⁺T细胞通过CCL5/CCR1信号驱动M1巨噬细胞极化以增强ICI治疗反应

SCENIC分析显示，CCL5^hi-CD4亚群中多个与趋化因子产生相关的转录因子（如IRF3、STAT2）被激活。CellChat分析揭示CCL5^hi-CD4亚群与髓系细胞（特别是肿瘤相关巨噬细胞，TAM）具有最强的相互作用强度。GSVA分析表明，CCL5^hi-CD4⁺T细胞主要与细胞因子产生、巨噬细胞迁移调控和极化相关，且在IFNG刺激下倾向于极化为M1巨噬细胞。在临床样本中，达到CR的患者表现出更多的M1巨噬细胞（CD86⁺CD68⁺）浸润，且与CCL5^hi-CD4⁺T细胞数量呈正相关。进一步的机制研究表明，CCL5^hi-CD4⁺T细胞主要通过分泌CCL5与TAM上的CCR1受体结合来促进M1巨噬细胞极化。体外共培养和体内实验均证实，CCR1受体抑制剂BX471或中和抗体能够阻断CCL5^hi-CD4⁺T细胞介导的M1巨噬细胞极化促进效应及随后的抗肿瘤作用。

CCR6^hiCD4⁺T细胞向CCL5^hiCD4⁺T细胞在TME中的分化轨迹预测ICI反应

通过对一名膀胱癌患者的配对外周血、淋巴结和原发肿瘤组织进行scRNA-seq，研究人员发现具有效应记忆特征的CCL5_CD4亚群仅存在于含肿瘤细胞组织中（原发肿瘤和淋巴结转移），而不在外周血中。伪时间轨迹分析揭示了CD4⁺T细胞的两个不同分化轨迹：初始CCR7^hi-CD4⁺T细胞可能分化为CCR6^hi-CD4⁺T细胞或PDE4C^hi-TXK^hi-CD4⁺T细胞，最终演变为CCL5^hi-CD4⁺T细胞。数据分析显示，CCR6^hi-CD4⁺T细胞的数量与免疫治疗反应呈负相关，且CCR6^hi-CD4⁺T细胞与M1巨噬细胞呈负相关。体内过继转移实验提供了直接证据，证明CCR6^hi-CD4⁺T细胞可以在体内分化为CCL5^hi-CD4⁺T细胞，两者之间存在动态平衡。

肿瘤来源的PGE2损害CCR6^hiCD4⁺T细胞向CCL5^hiCD4⁺T细胞的分化以驱动ICI耐药

研究人员根据CCL5^hi-CD4⁺T细胞和CCR6^hi-CD4⁺T细胞数量将肿瘤分为四组，并对差异基因进行分析，鉴定出23个肿瘤特异性基因与CCR6^hi-CD4分化相关。这些基因主要富集于脂质代谢和前列腺素代谢通路。互作分析表明，高评分的肿瘤上皮细胞通过分泌PGE2与CCR6^hi-CD4⁺T细胞发生相互作用。IMvigor210研究数据显示，低PGE2评分的膀胱肿瘤与免疫治疗后更好的反应率和临床结果相关。研究人员证实肿瘤细胞是PGE2的主要来源，且肿瘤内PGE2水平与CCR6^hi-CD4分化相关肿瘤基因评分呈正相关。体外和体内实验均表明，PGE2显著损害CCR6^hi-CD4⁺T细胞向CCL5^hi-CD4⁺T细胞的转分化。使用COX2抑制剂（Celecoxib）抑制PGE2合成可显著增强抗PD-1治疗的疗效，并促进CCL5^hi-CD4⁺T细胞的转分化。

结论与讨论

尽管CD4⁺T细胞异质性影响ICI结果，但其在膀胱癌中的作用尚未明确。本研究调查了功能不同的CD4⁺T细胞亚群如何影响ICI反应性，并鉴定了一种新的CCL5^hi-CD4⁺T细胞群体，其特征是记忆样活化标志物。该亚群与膀胱癌的治疗疗效密切相关，其机制是通过CCL5/CCR1信号传导驱动M1巨噬细胞极化，从而放大抗肿瘤免疫。重要的是，研究人员发现了肿瘤来源的PGE2是一个关键的微环境因素，它抑制了CCR6^hi-CD4⁺T细胞向免疫刺激性CCL5^hi-CD4⁺T细胞的分化，从而促进ICI耐药。这些发现描绘了一种双重机制轴：一方面是CCL5^hi-CD4⁺T细胞许可髓系介导的肿瘤控制，另一方面是肿瘤内在的PGE2颠覆这一分化轴以促进免疫逃逸。本研究不仅扩展了CD4⁺T细胞的分类学，并将亚群特异性的趋化因子信号与临床结果联系起来，还强调了靶向PGE2作为增强免疫治疗结果的潜力。该研究发表于《Cancer Research》。