文章概述

文章标题：《Transcriptome-based identification of tumor-reactive and bystander CD8 + T cell receptor clonotypes in human pancreatic cancer.》

发表日期和杂志：2023年发表在Science Translational Medicine上

在线阅读链接：https:///10.1126/scitranslmed.adh9562

前情提要：

肿瘤反应性（TR）和旁观者（NTR）T细胞克隆型的功能差异和动态变化

通过单细胞转录组分析和功能测试，研究肿瘤反应性T细胞和旁观者T细胞在胰腺癌中的不同表型和功能状态。

将34个测试的TR和NTR TCR克隆型在UMAP图上的分布进行了分析

结果显示，这些克隆型主要分布在效应（Teff）和TEM1簇中，而未涉及幼稚样（naïve-like）簇，因为幼稚样簇主要由小克隆型组成，细胞数量较少。

  • TR T细胞特征：高表达耗竭相关基因（如HAVCR2、CTLA4、CD38）、黏附分子VCAM1和趋化因子CXCR6。
  • NTR T细胞特征：高表达IL7R、核膜结构成分LMNA和细胞迁移相关的G蛋白偶联受体GPR183/EBI2。

T细胞状态分析

  • 对21个TR TCR克隆型所包含的T细胞进行了更详细的分析，发现这些T细胞分布在5个簇中，包括Tex、Tpex、Tprolif、TEM和Teff簇。

  • 这些簇沿着伪时间轨迹表现出逐渐增加的CXCL13、TOX、TNFRSF9、CTLA4、HAVCR2、TIGIT和LAG3的表达。
  • Teff表型以高表达细胞毒性标志物（如NKG7和GNLY）为特征，而Tprolif簇以MKI67的表达为特征。

  • 与TR T细胞不同，NTR T细胞主要分布在Teff、TEM或TCM簇中，表现出固定的表型。

  • 这些旁观者T细胞可能对常见病原体（如CMV、EBV和流感病毒）有反应性，表明它们在肿瘤浸润后被锁定在特定的免疫状态中。

NTR T细胞的病原体反应性

胰腺癌中肿瘤反应性与旁观者CD8+ T细胞克隆型功能差异

  • 将NTR TCR与已知的病毒反应性CDR3序列进行比较，发现一些高度扩增的NTR T细胞克隆型（如CT1和CT3）可能对病原体有反应性。

  • 两个最扩增的NTR TCR克隆型（CT1和CT8）分别在TEM2和Teff簇中，能够对CMV、EBV和流感病毒的HLA I类限制性T细胞表位产生反应。

开发鉴定TR TCR克隆型的基因标签

通过分析TR和NTR T细胞克隆型的基因表达差异，开发一种能够准确区分这两种T细胞的基因标签。

差异基因表达分析（DEG）

  • 基于样本#309的UMAP分析，将T细胞分为两个超级簇（super-clusters）：
  • TR超级簇：包括Tex（耗竭）、Tpex（预耗竭）、Tprolif（增殖）、TEM1亚簇0和Teff亚簇1。
  • NTR超级簇：包括TEM2、TCM（中央记忆）、幼稚样、TEM1亚簇1和Teff亚簇0/2。

  • 使用平均log2倍数变化>0.8和调整后的P值<0.05作为阈值，鉴定出58个在TR T细胞中优先表达的基因（TR基因集）和15个在NTR T细胞中优先表达的基因（NTR基因集）。

基因标签的应用

  • 将不同版本的TR/NTR基因标签应用于样本#309的数据集，以表征所有TCR克隆型。
  • 使用UCell软件包为每个CD8+ T细胞计算TR和NTR得分，并计算每个TCR克隆型的平均得分。

  • 通过调整TR和NTR基因的数量，分析发现包含前30个TR基因和前5个NTR基因的标签能够最佳地分离功能测试的TCR克隆型，与它们的实际反应性一致。

  • 独立应用TR和NTR基因集：没有将TR和NTR得分合并，而是独立应用这两个基因集，并在二维图中展示每个克隆型的平均TR和NTR得分。这种方法增加了正确预测的可能性，尤其是对于那些接近TR/NTR边界线的克隆型。

  • CT11克隆型：大多数T细胞显示出高TR得分和低NTR得分，表明其为肿瘤反应性克隆型。
  • CT3克隆型：大多数T细胞显示出低TR得分和高NTR得分，表明其为非肿瘤反应性克隆型。
  • CT18和CT31克隆型：这些克隆型的T细胞在TR和NTR得分上有显著重叠，表明它们的表型较为复杂。例如，CT18主要位于效应簇，表明其耗竭程度较低；CT31主要位于增殖簇，表明其可能针对肿瘤中存在的抗原，但这些抗原并非由肿瘤细胞表达。

UMAP分布的多样性

  • 即使在非监督聚类中被归为同一状态的T细胞，它们的基因表达模式也可能非常不同。例如，TR TCR克隆型在同一个肿瘤样本中可以表现出多种T细胞表型。

主要结论

  1. 基因标签的准确性 ：研究开发的基因标签能够准确区分TR和NTR T细胞克隆型，即使在复杂的肿瘤微环境中也能有效识别具有抗肿瘤反应性的T细胞。

  2. TR和NTR T细胞的复杂性 ：TR T细胞克隆型可能表现出多种不同的表型，而NTR T细胞克隆型则相对固定。这种多样性反映了T细胞在肿瘤微环境中的动态变化。

  3. 基因标签的应用前景 ：基因标签可以用于预测T细胞的抗肿瘤反应性，为个性化免疫治疗提供潜在的靶点。例如，通过鉴定TR T细胞克隆型，可以开发针对这些克隆型的TCR基因治疗策略。