当前位置：首页 > news >正文

Cancer Cell｜scRNA-seq + scTCR + 空间多组学整合分析，揭示CD8⁺ T细胞在免疫治疗中的“双路径” | 临床问题的组学解答

news 来源：原创 2025/4/28 22:26:24

Cancer Cell｜scRNA-seq + scTCR + 空间多组学整合分析，揭示CD8⁺ T细胞在免疫治疗中的“双路径”

👋 欢迎关注我的生信学习专栏~ 如果觉得文章有帮助，别忘了点赞、关注、评论，一起学习

近日，《Cancer Cell》刊登一篇研究 Distinct CD8+ T cell dynamics associate with response to neoadjuvant cancer immunotherapies

系统分析了新辅助免疫治疗中CD8⁺ T细胞的谱系动态，并揭示两种组合免疫策略截然不同的作用路径。研究数据量超过37万细胞，集成scRNA-seq、scTCR-seq、CITE-seq与空间蛋白数据，构建了具有转化价值的CD8⁺ T细胞图谱。

这篇内容算是临床问题+组学的深入结合，就解析一下这篇文献的主要内容，学习一下其中的“排兵布阵”。

研究背景：为什么研究T细胞的“动态”很关键？

在PD-1/PD-L1免疫治疗已成为多个癌种标准治疗的今天，**“谁能长期受益？”“免疫治疗组合怎么选？”**成了亟待解决的核心问题。

现有证据提示，CD8⁺肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）是免疫应答的关键，但我们仍不清楚，不同联合治疗（例如PD-1 + CTLA-4 vs. PD-1 + LAG-3）是否诱导相同的免疫机制。

本研究通过新辅助窗口期试验，在手术前对HNSCC患者给予三种免疫方案（Nivo单药、Nivo+Ipi、Nivo+Rela），对比不同方案下CD8⁺ TIL的谱系、转录、克隆演化差异，试图揭示响应背后的“细胞命运转折点”。

庞大数据量，构建免疫图谱

Li et al.（2025）首次对372,914个肿瘤浸润T细胞（CD45⁺CD3⁺）进行单细胞RNA测序，进一步精细分离出137,133个CD8⁺ T 细胞亚群；又重构了87,686条配对TCR克隆。这一空前规模的数据支撑，让研究得以在克隆、转录和空间层面，多维度刻画新辅助免疫疗法下的CD8⁺ T 细胞动态。

下面结合文献主要Figure（图1–图8）内容，对该研究的主要观点与结论进行可视化逻辑的梳理与分析说明，帮助你进一步理解数据背后的机制，并可直接用于综述写作、自媒体整理或学术展示：

一、不同组合ICI方案下，CD8⁺ TIL 的病理缓解与丰度变化（Figure 1–3）

图1：病理缓解与生存趋势

主要观点：联合用药组（Nivo + Ipi、Nivo + Rela）的病理缓解率（pTR-2，即≤ 50%残余肿瘤）显著高于单药（Nivo）组。
Figure 1A（瀑布图）清晰展现了各患者按残余活检瘤体积排序后的缓解深度，联合组中达到 pTR-2 的患者比例分别为 36.4%（Ipi 组）与 26.7%（Rela 组），显著优于 8.4%（Nivo）。
Figure 1C–D（Kaplan–Meier 曲线）显示，获得 pTR-2 的患者三年无病生存率与总生存率均接近 100%，提示病理深度缓解与长期获益高度相关。
结论：
- Nivo+Ipi（63.6%）和 Nivo+Rela（73.3%）组的病理缓解率优于Nivo单药（41.6%）。
- 病理缓解率 >50%（pTR-2）的患者显示更好 DFS（100%）和OS（100%），尽管未达统计显著。

图2–3：CD8⁺ TIL基线状态与后治疗丰度

发现：
- pTR-2 患者在治疗前CD8⁺ TIL更倾向表达 LAG3、PDCD1（尤其是 Nivo+Rela 组）。
- 治疗后，CD8⁺ TIL 丰度显著增加（Figure 3A），Nivo+Rela组的增幅最显著（p=0.032）。
- 多光谱免疫荧光验证，CD8⁺ T细胞密度在 肿瘤边缘区域与整体肿瘤区域均上升（Figure 3D–3E）。

基线 CD8⁺ TIL 状态与疗效关联（Figure 2）

主要观点：不同组合治疗前，CD8⁺ T 细胞的转录组状态即能预测疗效：
- Nivo + Ipi 对应基线富含效应记忆（TEM）和组织驻留记忆（TRM）基因程序；
- Nivo + Rela 则对应基线富含 IFN-I 响应和耗竭标志（如 ISG15、LAG3）。
Figure 2D–E：差异表达热图与 GSEA 分析分别揭示 pTR-2 患者中，Ipi 组上调 TCR 信号与效应/记忆基因；Rela 组上调 IFN-I 及耗竭相关基因（MX1、TOX），为后续不同机制奠定了转录基础。

治疗后肿瘤浸润 CD8⁺ TIL 丰度（Figure 3）

主要观点：联合用药，尤其是 Nivo + Rela，显著增加肿瘤浸润 CD8⁺ T 细胞数量，并与病理缓解度正相关。
Figure 3A：术后 pTR-2 病人群中 CD8⁺ TIL 比例最高；
Figure 3B：Rela 组 pTR-2 患者基线 vs. 术后 CD8⁺ TIL 丰度显著上升（p = 0.032）；
Figure 3E（mIF 定量）：外侵润边缘及间质中 CD3⁺CD8⁺ 密度增加与病理缓解呈高度相关（r ≈ 0.8）。

二、CD8⁺ TIL 的功能状态重编程与记忆表型转化（Figure 4–5）

图4：亚群分类 + 动态变化

将 CD8⁺ TIL 分为12个亚群（UMAP可视化），重点关注：
- C04_TEM-ISG⁻：低IFN响应的效应记忆细胞，治疗后pTR-2患者显著增加；
- C08_TEX-ISG⁺：高IFN响应的耗竭表型，治疗后减少；
- C07_TRM-ICR⁻：组织驻留、低免疫抑制受体的记忆表型。
结论：
- Nivo+Rela组使CD8⁺ TIL从C08_TEX-ISG⁺向C04_TEM-ISG⁻和C07_TRM-ICR⁻转变（Figure 4C），提示其可重编程耗竭细胞。

图5：克隆追踪 + 转分化轨迹

TCR克隆分析显示：
- Nivo+Rela组在pTR-2中显著提升TCR多样性（Figure 5A），并有更多跨亚群TCR共享（Figure 5B–5C）。
- **Pseudotime轨迹（Figure 5D）**与RNA velocity验证：Nivo+Rela诱导C08_TEX-ISG⁺向C04_TEM-ISG⁻过渡。

三、不同治疗机制下的TIL谱系塑造与反应机制（Figure 6–8）

图6：外部数据集验证

在独立HNSCC数据集中，Nivo+Ipi组的反应者：
- 显著富集 TEM-ISG⁻和TRM-ICR⁻ 细胞亚群；
- 反应者治疗前这些细胞就已存在 → 提示Nivo+Ipi主要是扩增已有记忆/效应细胞。

图7–8：Nivo+Rela对肿瘤反应TIL的“重启效应”

利用CD39⁺LAG3⁺标记肿瘤反应T细胞，Nivo+Rela治疗后其密度减少，而CD39⁻LAG3⁻效应T细胞上升（Figure 7C–7D）。

Figure 8C–8D展示Nivo+Rela特异性下，TIL从高IFN-I/耗竭状态转向低耗竭、高效应状态。

图表驱动的核心观点与结论

为便于快速定位，以下分析按 Figure 1–8 顺序展开，概述每幅图所呈现的关键数据，并大致阐释其如何支撑作者的主要结论。

图号	关键信息	结论要点
Fig 1	① Waterfall plot 展示三组患者的病理缓解深度； ② 同一患者影像学体积变化； ③–④ >50 % 病理缓解患者 DFS / OS 曲线高于低缓解组	联合疗法（Nivo+Ipi、Nivo+Rela）带来更深病理缓解，并与长期生存趋势相关
Fig 2	单细胞 UMAP 及 DEG 热图揭示： • Nivo+Ipi 响应者基线富集 TEM-ISG^low/TRM-ICRlow 基因； • Nivo+Rela 响应者富集 IFN-I & 耗竭 signature	不同联合方案在基线即锁定不同 CD8⁺T 细胞状态——Ipi 组偏 “效应/记忆”，Rela 组偏 “IFN-I 高耗竭”
Fig 3	(A–B) scRNA-seq 及配对比较：Rela 组 pTR-2 病例 CD8⁺TIL 数量显著上升； (E) CD8⁺TIL 增量与病理缓解呈正相关（r=0.8）	Nivo+Rela 能显著招募/扩大 CD8⁺T 细胞并与肿瘤清除直接相关
Fig 4	12 个 CD8⁺TIL 亚群解析： • Rela 组 pTR-2 中 TEM-ISG^low↑ & TEX-ISG^high↓； • Ipi 组主要扩增既存 TEM/TRM	Ipi 方案“扩增”已存在的效应/驻留群；Rela 方案“重编程” IFN-I 高耗竭群至活化记忆表型
Fig 5	(A) TCR 多样性仅在 Rela 组 pTR-2 ↑； (B–C) TCR sharing：Rela 组出现 TEX-ISG^high → TEM-ISG^low 克隆迁移； (D) Slingshot 轨迹指向同一路径	Rela 诱导克隆“复活”并多样化，驱动功能恢复；Ipi 主要保持原克隆谱
Fig 6	外部 HNSCC 队列验证：Ipi 联合治疗响应者治疗后 TEM-ISG^low & TRM 富集	证实 Ipi-驱动的“数量扩增”机制具有跨队列可重复性
Fig 7	mIF 证实：Rela 组 pTR-2 中 CD39⁺ LAG-3⁺ 耗竭群 ↓，同时 CD39⁻ LAG-3⁻ 功能群 ↑	蛋白水平及空间分布验证了 Rela 的“耗竭→记忆”重编程
Fig 8	选取 CXCL13⁺ CD39⁺ CD103⁺ 克隆：Rela 组 pTR-2 克隆 IFN-I & 耗竭 signature 下降，效应基因上调	高度说明 Rela 可直接重塑肿瘤反应性克隆，提升杀伤潜能

归纳性结论

双路径、同终点
- Nivo+Ipi 通过扩增预先存在的 TEM/TRM 群体来提高肿瘤清除效率。
- Nivo+Rela 则 重编程 IFN-I 高响应且呈耗竭表型的克隆，恢复其效应/记忆功能。
克隆与功能的协同演化
- Rela 组合不仅增加 CD8⁺TIL 总量，更显著提高 TCR 多样性，并驱动 TEX→TEM 转变，提示深入的克隆重塑对疗效关键。
潜在生物标志物
- 基线 LAG-3 + PD-L1 双阳 + IFN-I signature 高 可预测 Rela 受益；
- 基线 TEM/TRM 富集 + 低 ICR 倾向从 Ipi 方案获益，提示个体化组合策略的可行性。
临床启示
- 深度病理缓解（>50 %）与 3 年 DFS/OS 100 % 的趋势表明，精准联合治疗有望提升可切除 HNSCC 的长期疗效。
- 未来可探索 Nivo+Ipi+Rela 三联或与代谢/放疗结合，以进一步提升 pTR-2 比例。

这篇文章能登上 Cancer Cell启示

近期cancer cell社论Bridging the gap: The future of cancer research and clinical oncology in Cancer Cell（Steve Mao, Editor-in-Chief）明确指出，Cancer Cell 将重点刊发能够“从基础机理直达临床应用”、关注“癌症系统性研究”和“前沿技术驱动”的跨学科作品。

这篇文章中也体现了这些倾向性：