凌飛教授課題組不用”分子”，而用”網絡”預警結直腸癌中免疫逃逸相關的CD8+T細胞的耗竭
8月9日，華南理工大學凌飛教授課題組聯合數學學院陳培博士后在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，華南理工大學生物科學與工程學院為第一作者單位。
結直腸癌（colorectalcancer，CRC）全球范圍內每年導致90萬余人死亡。入院就診的CRC患者大都已是III期或IV期的進展期患者。而IV期的患者5年存活率僅有10%左右。早發(fā)現早干預可提高患者生存率。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晚期CRC的有效方法，但占絕大多數的晚期CRC患者采用ICI單藥或不同ICI聯合治療卻幾乎無效。目前認為在惡性腫瘤發(fā)展的免疫逃逸階段，腫瘤表面會過度表達免疫檢查點分子，誘導CD8+T細胞耗竭，產生大量的耗竭性T細胞（Tex）。而PD-1通路阻斷藥物通常用于可能已經經歷長期T細胞刺激的晚期癌癥患者，此時可能大部分晚期CRC患者CD8+T細胞過度耗竭，已產生大量的Tex，PD-1抑制劑此時已無回天之術。我們認為，若能識別出預耗竭的CD8+T細胞亞群及其表面分子特征，鑒定出耗竭前發(fā)揮重要作用的關鍵網絡分子（核心基因群），作為潛在的早干預靶點，以阻止產生更多的Tex而實現耗竭的逆轉。與僅針對終末 Tex 細胞的治療相比，靶向消耗殆盡前的 T 細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一步改善。
本研究采用動態(tài)網絡生物標志物(DNB)的新方法，從系統(tǒng)生物學角度量化結直腸癌腫瘤組織中T細胞在調控網絡中的免疫功能，從而預測T細胞耗竭前的關鍵時期，以進一步探究耗竭前T細胞在CRC免疫微環(huán)境中的作用，提供候選基因挖掘病人預后及免疫治療相關靶點（Figure1）。
Figure1 動態(tài)網絡標記物（DNB）算法構建
本研究為闡明 CRC 中 T 細胞耗竭的過程，利用scRNA-seq 數據構建了 CRC 腫瘤組織中的 CD8+?T 細胞耗竭性分化軌跡，并鑒定了耗竭前 T 細胞中的相關靶標和生物標志物（Figure2）。
本研究還發(fā)現結直腸癌從II 期到 III 期的進展過程中，CRC 患者不同階段的預耗竭 CD8+?T 細胞百分比增加，表明潛在的預耗竭 T 細胞分化方向與癌癥進展相關（Figure3）。使用 TCGA 數據驗證與耗竭前 T 細胞亞群相關的基因表達。CCT6A 作為DNB 基因網絡表達的核心基因與 COAD 患者的總生存期顯著相關（p = 0.026）。使用?DNB 方法鑒定的?DNB 核心基因?CCT6A 在DNB 核心基因網絡中起著至關重要的作用。此外，CCT6A?還是與 CRC 預后相關的耗竭前 T 細胞亞群的生物標志物。
Figure3 CD8+?T 細胞亞型的鑒定和DNB核心基因生存分析
此外，本研究從 DNB基因和 DNB 相鄰基因的網絡中提取了DNB-neighboring DEG（差異表達基因） 和 DEGs 的子網絡（Figure4）。這些與 DNB 相鄰的 DEG 由 DNB 核心基因驅動。我們觀察到 CCT 家族基因作為 DNB 核心基因驅動 TUBA1B 的翻轉變化。我們發(fā)現 TUBA1B（目前癌癥藥物的治療靶點之一）的表達與 DNB 基因 CCT6A 的表達同時增加。TUBA1B 是預耗竭 CD8+?T 細胞中 DNB 相鄰的 DEG，與 CRC 患者的總生存期顯著相關（p = 0.0082）。CCT6A 編碼的蛋白質是分子伴侶，是包含 TCP1 復合物 (CCT) 的伴侶蛋白的成員，也稱為 TCP1 環(huán)復合物 (TriC)。結合Reactome通路分析，我們推測CCT6A 驅動 TUBA1B表達，因為DEG 表達的協同增加可能導致 CD8+ T 細胞耗竭。
Figure4 DNB 核心基因驅動 DNB 相鄰基因的翻轉表達變化
本研究還探索了預耗盡的T 細胞和終末耗竭 T 細胞之間的細胞通訊，闡述了 Tex 細胞如何促進預耗竭T細胞的耗竭分化（Figure5）?？傊@項研究不僅成功地鑒定了結直腸癌免疫微環(huán)境中預耗竭的 T 細胞，而且還闡明了它們在網絡和細胞水平上的 T 細胞耗盡中的雙向作用。
Figure5 T細胞耗竭中的細胞通訊
本研究整合了系統(tǒng)生物學、單細胞轉錄組學、免疫學等多學科研究，我們構建了CD8+?T 細胞發(fā)育軌跡，并使用動態(tài)網絡生物標志物在單細胞水平鑒定了CRC 患者的預耗竭 T 細胞；同時，CCT6A 是耗竭前 T 細胞亞群的動態(tài)生物標志物。此外，TUBA1B 表達由 CCT6A 作為DNB 核心基因所驅動并導致 CD8+?T 細胞耗竭。值得注意的是，TUBA1B 和 CCT6A 表達均與結直腸癌患者的總生存期顯著相關。本研究還觀察到，終末耗竭 T 細胞和耗竭前 T 細胞之間的細胞通訊促使耗竭。這些發(fā)現提供了對?T 細胞耗竭機制的新見解，并為?CRC 的早診斷和早干預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基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金的支持。
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