成像型质谱流式细胞分析技术显身手 助力精准癌症免疫疗法预测

下一代技术,允许在单个细胞水平研究蛋白表达和细胞肿瘤微环境内的位置(时差)是可行的和提供信息的好处增加免疫抑制剂atezolizumab检查站(Tecentriq)化疗患者新辅助治疗根据在2021年12月7日至10日举行的圣安东尼奥乳腺癌研讨会上提交的结果，早期高风险和局部晚期三阴性乳腺癌(TNBC)。

在2021年12月7日至10日举行的圣安东尼奥乳腺癌研讨会上，新一代技术—— imaging mass cytometry 成像型质谱流式细胞分析（IMC）受到格外关注。根据会议提交的报告，这种允许在单个细胞水平上研究蛋白表达以及在肿瘤微环境下细胞内定位的新一代技术，能够为早期高风险和局部晚期三阴性乳腺癌(TNBC)患者添加免疫检查点抑制剂阿替利珠单抗atezolizumab(Tecentriq)作为化疗的辅助治疗的受益情况提供有用的信息。

“我们正在经历一场描述肿瘤分子复杂性的技术革命，”提交报告的米兰IRCCS圣拉菲尔Ospedale San Raffaele临床肿瘤科乳腺癌组负责人、医学博士Giampaolo Bianchini说。“其中，成像型质谱细胞术使我们能够收集关于肿瘤及其周围微环境异质性的前所未有的信息。”通过成像质谱细胞术(IMC)，可以同时分析一个组织切片上的40多个标记，以识别单个细胞上的一组蛋白质，同时解释它们在组织中的精确位置。IMC结合了流式细胞术和质谱的原理。流式细胞术是在单个细胞或颗粒经过单个或多个激光器时分析它们，质谱是通过精确测量它们的质量来识别样品中存在的分子。

新出现的证据表明，TNBC肿瘤（三阴乳腺癌）中有单核细胞和淋巴细胞浸润。在KEYNOTE-522试验中，联合免疫检查点抑制和化疗对高危TNBC患者具有显著的益处，导致FDA批准派姆单抗(Keytruda)联合化疗作为这种情况下的新辅助治疗。

“不幸的是，一种治疗方案并不能适用于所有患者，可能其中一些患者单独对化疗有反应，而另一些最初受益于免疫治疗的患者最终会复发。此外，尽管免疫治疗总体耐受性良好，但一些罕见但可能严重的免疫相关副作用已被报道，”Bianchini说。“出于这些原因，我们迫切需要生物标志物来帮助我们确定哪些患者将从免疫治疗中获益最大——这可能导致减少化疗或无化疗策略，以及那些仅通过化疗就能获得良好效果的患者。”

Bianchini和他的同事们研究了IMC是否能够帮助识别这种治疗方法的理想候选。他们在III期NeoTRIPaPDL1试验中进行了IMC分析，该试验旨在评估atezolizumab (Tecentriq)加入化疗药物卡铂和白蛋白结合紫杉醇(Abraxane)，与卡铂和白蛋白结合紫杉醇进行比较。作为早期高危和局部晚期TNBC患者的新辅助治疗，这些患者在治疗结束后6周内接受了手术。

“我们通过单细胞分析和细胞间相互作用的相关性，评估了在肿瘤和TME中识别不同表型的预测价值，”H·拉扎·阿里博士是英国剑桥大学癌症研究小组组长。“细胞之间的物理相互作用对于免疫激活和肿瘤细胞杀死都是必需的，所以在研究免疫治疗的反应时，关于肿瘤组织的空间组织的信息是至关重要的。”

研究人员成功分析了来自243名患者(占研究人群的86.8%)的治疗前活检组织样本中100多万个单细胞上的43种蛋白表达。对于每个样本，他们生成了包含肿瘤、肿瘤-间质界面和相邻间质的三维图像。他们研究了肿瘤和TME细胞上的蛋白表达、细胞表型和空间组织组织与病理完全缓解率(pCR)的关系，pCR定义为手术期间收集的组织样本中没有浸润性癌细胞。

根据作者的观点，细胞群体的蛋白表达分析仅能提供有限的预测信息，因为它没有考虑到每个蛋白表达的细胞差异。对TME细胞的Ki67评估和对上皮细胞的HLA-DR评估，比在整个组织标本中评估的相同生物标志物提供更多的预测信息。

通过精确识别不同的细胞表型，包括细胞类型和功能状态，该方法揭示了某些细胞群密度的潜在预测作用：携带高表达PD-L1和免疫抑制分子IDO的高密度抗原呈递细胞和高表达CD56神经内分泌标志物的上皮细胞的患者，接受atezolizumab +化疗治疗比单纯化疗有更高的病理完全缓解率(pCR)的关系，pCR定义为手术期间收集的组织样本中没有浸润性癌细胞。

此外，上皮细胞和特定TME细胞之间高度的空间连接，例如具有颗粒酶B或PD1表达和衰竭特征的CD8+ T细胞，接受atezolizumab后的pCR率显著增加相关，而这些标记低表达的患者接受atezolizumab组和单纯化疗组的pCR率相似。

Bianchini认为:“我们的研究结果表明，TME中特定细胞间相互作用的空间数据可能非常有助于了解免疫检查点抑制剂(如atezolizumab)除了化疗之外所提供的好处。”“这种类型的信息只能通过技术来提供，这些技术允许我们同时精确地描述单个细胞及其空间定位。”

该方法也证实了三阴乳腺癌TNBC的极端异质性——无论是在肿瘤细胞组成方面，还是在TME中存在的细胞数量、类型和功能状态方面。

“我们通过IMC获得的预测信息补充了常用的免疫生物标志物，如PD-L1表达或间质肿瘤浸润淋巴细胞的数量。此外，我们发现，一些捕捉免疫细胞类型和功能的免疫相关基因表达特征，比IMC评估的相应生物标志物提供的信息要少。”

IMC技术的复杂性使得人们曾质疑它是否可以应用于大量的肿瘤样本，例如那些在常规实践中收集的样本。Bianchini补充说:“在我们的研究中，我们证明了这种颠覆性技术可以成功地应用于大型临床试验中前瞻性收集的样本，为其在癌症研究中的广泛应用铺平了道路，以帮助精准免疫疗法。”

根据作者的说法，这项研究的所有发现都需要独立验证。此外，没有对多次比较进行正式调整，因此在解释结果时要谨慎。最后，这项技术在研究环境之外的再现性和适用性仍然必须进行调查。

 

报告简介

NeoTRIPaPDL1试验中三阴性乳腺癌(TNBC)的GS1-00单细胞空间分析和免疫治疗反应

背景:免疫检查点抑制剂在早期和晚期TNBC中是有效的，但是只有少数患者受益，因此精准免疫肿瘤治疗是一个主要的未满足的需求。成像质谱（流式）细胞术(IMC)能够实现亚细胞分辨率的高维组织成像，可用于评估TNBC生态系统，提供细胞类型组成、功能状态和空间组织的信息。

方法:TNBC的neotrip患者被随机分配到8个周期的白蛋白结合紫杉醇/碳水化合物(CT)，伴/不伴atezolizumab (CTA)。44个蛋白质跨越癌细胞和肿瘤微环境(TME)在治疗前活检中进行评估(n=243/280;86.8% QC后可评估)。用偶联于同位素纯稀土金属报告元素的抗体标记FFPE样品，并用IMC在一微米分辨率下进行表征分析。对于每个样本，我们生成了包含肿瘤、肿瘤-间质界面和相邻间质的三维图像。我们分别研究了上皮细胞和TME细胞的蛋白表达、细胞表型和空间结构与PD-L1状态(Ventana SP142)、间质TILs、TNBC类型和病理完全缓解(pCR)的关系。237例(84.6%)患者同时具有IMC和RNA-seq，以便与来自HALLMARK、ConsensusTME的免疫细胞类型和Nanostring的基因签名进行比较。

结果:在243个样本中，我们鉴定出超过100万个单细胞。通过指导聚类分析，我们定义了37种细胞表型。pd - l1阳性肿瘤、高间质TILs和TNBC型的特点是极端异质性和独特的细胞类型和空间TME组成。一些生物标志物检测证明了存在相互作用。在蛋白表达方面，TME上的GATA3和CD20，上皮细胞的HLA-DR，以及上皮细胞和TME上的Ki67均具有显著的相互作用(p <0.05)。对于所有这些生物标志物，高表达(中位数以上)与>的pCR增加10%有关，有利于atezolizumab，而低表达组在各组中显示了相似的pCR率。PD-L1+IDO+抗原呈递细胞(APCs)和CD56+神经内分泌(NE)上皮细胞两种细胞表型相互作用显著。在CTA组，这些生物标志物的高表达与较高的pCR可能性相关，而在CT组则不相关。例如，在CTA组中，PD-L1+IDO+APCs与中位数以上和中位数以下组的pCR比例分别为64.6%和24.6% (OR4.5 [2.01-10.1]， p<0.001)。在pd - l1状态和间质TILs调整后，这些相互作用的测试大多保持了显著性。值得注意的是，在61个基于基因表达的免疫相关通路和7个增殖相关标记中，没有一个显示出显著的相互作用。本次会议将介绍细胞与细胞相互作用水平的系统多层图像分析结果，以及用图基方法定义TNBC生态系统的反复出现的高阶多细胞复合体。

结论:成像质谱细胞术在单细胞水平上提供了一个更全面的空间分辨率的TNBC异质性表征。细胞群体蛋白或基因表达分析可能仅传递有限的预测信息，因为它没有考虑表达的细胞差异。精确的细胞表型强调了pd - l1 +IDO+APCs和CD56+NE上皮细胞的预测作用。总之，我们证明了IMC在大型随机试验中是可行的，并提供了独立的免疫检查点抑制剂对PD-L1、TILs和基因表达谱有益的预测信息。

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