泛免疫治疗新突破：基于CD8+T细胞克隆动态的肿瘤免疫应答预测标志物

《Nature Communications》：A pan-immunotherapy signature to predict intratumoral CD8+ T cell expansions

本研究针对当前免疫治疗缺乏有效动态监测手段的难题，通过建立多部位肿瘤小鼠模型系统，首次实现了对同一个体肿瘤内CD8+T细胞克隆扩张与收缩的时序追踪。研究人员发现PD-1-Ly108+前体耗竭细胞中存在的转录组特征可准确预测克隆扩张速率，该特征在PD-1阻断治疗患者中与阳性临床结局显著相关。尤为重要的是，LAG-3阻断能重新激活该特征并使已收缩克隆再度扩张。这项研究为开发适用于多种免疫疗法的监测标志物提供了重要理论基础。

　　

癌症免疫治疗近年来取得了突破性进展，特别是免疫检查点阻断（ICB）疗法的应用，为许多晚期癌症患者带来了新的希望。然而，临床实践中仍面临诸多挑战：部分患者对治疗无应答，耐药现象普遍存在，且缺乏有效的生物标志物来预测治疗效果。究其根本，关键在于我们无法实时监测肿瘤内CD8⁺T细胞的动态变化——这些细胞是免疫系统攻击肿瘤的主力军，其克隆性扩增能力直接决定了免疫治疗的成败。

传统研究多依赖于对同一患者治疗前后肿瘤样本的横向比较，这种方法不仅临床样本获取困难，而且由于肿瘤异质性的存在，局部取样难以真实反映整体免疫状态。此外，新兴免疫疗法的评估更是缺乏有效的动态监测手段。这些局限性严重制约了免疫治疗的进一步发展和优化。

针对这一技术瓶颈，研究人员创新性地开发了多部位肿瘤小鼠模型系统。通过在相同个体小鼠的不同部位（左腹侧、右腹侧和左臀部）同时接种Lewis肺癌（LLC）细胞，并利用T细胞受体（TCR）序列作为天然遗传条形码，成功实现了对数百个CD8⁺T细胞克隆在肿瘤内扩张与收缩动态的时序追踪。这一模型巧妙克服了传统取样方法的局限性，为深入研究免疫治疗过程中T细胞应答的动态变化提供了有力工具。

关键技术方法包括：建立多部位肿瘤小鼠模型进行时序取样；结合单细胞RNA/TCR测序（scRNA/TCR-seq）和批量TCR测序技术；使用β-二项分布模型鉴定显著扩张/收缩的克隆；通过基因集富集分析（GSEA）评估信号通路活性；分析来自基底细胞癌、头颈鳞癌、乳腺癌和非小细胞肺癌等患者队列的单细胞测序数据。

A time-resolved model of CD8⁺T cell responses tracks expanding and contracting clones in the tumor

通过系统性验证，研究人员发现不同肿瘤部位中克隆大小高度相关，表明每个肿瘤都能作为其他肿瘤中克隆大小的可靠代理。通过顺序切除肿瘤并比较克隆频率，成功鉴定出显著扩张和收缩的克隆群体，证实了该模型在追踪克隆动态方面的可靠性和重现性。

Precursor exhausted cells drive clone expansion and are preferentially maintained in the tumor during clone contraction

深入分析显示，扩张克隆含有更高比例的前体耗竭细胞（PD-1^-Ly108⁺TIM-3^-），而收缩克隆则富含终末耗竭细胞（PD-1⁺Ly108^-TIM-3⁺）。随时间推移，扩张克隆的前体耗竭细胞向终末耗竭细胞分化，而收缩克隆则呈现"回归"现象——终末耗竭细胞减少，前体耗竭细胞相对增加。这表明前体耗竭细胞不仅驱动克隆扩张，而且在克隆收缩阶段被优先保留在肿瘤内。

A transcriptomic signature predicts intratumoral clone expansion

通过单细胞RNA/TCR测序数据的无偏分析，研究人员从前体耗竭细胞中鉴定出一个包含22个核心基因的"扩张"特征。这一特征包含与T细胞记忆状态（Tcf7、Ccr7）、T细胞信号传导（Ptprcap、Cd160）和细胞周期调控（Hmgn1、Ddit4、Rack1）相关的基因。值得注意的是，该特征表达水平与克隆扩张程度呈显著正相关，且这一相关性在未经治疗和免疫治疗条件下均得到验证。

The expansion signature predicts intratumoral clone expansion during immunotherapy

研究团队在多种免疫治疗场景下验证了扩张特征的预测价值。在抗PD-L1/CTLA-4和抗LAG-3阻断治疗中，克隆的扩张特征评分均能显著预测其后续扩张程度。更重要的是，在黑色素瘤患者队列中，治疗期间（而非治疗前）肿瘤活检样本的扩张特征评分能够有效区分应答者和无应答者，且高评分患者表现出显著延长的总生存期和无进展生存期。

LAG-3 blockade enhances the expansion signature and re-expands contracting clones in the tumor

机制研究表明，LAG-3阻断能显著上调扩张特征表达，同时下调TGF-β信号通路活性。通过三时间点追踪实验，发现LAG-3阻断主要促进先前收缩克隆的重新扩张，而非招募新克隆。这一发现为LAG-3抑制剂的治疗机制提供了新的解释：与PD-1/PD-L1阻断主要招募新克隆不同，LAG-3阻断更倾向于重新激活肿瘤内已存在的克隆。

本研究的重要创新在于首次建立了能够时序追踪肿瘤内T细胞克隆动态的实验体系，并鉴定出一个具有广泛应用价值的"泛免疫治疗"特征。该特征不仅能够预测多种免疫治疗场景下的克隆扩张动态，还能有效区分患者治疗反应，为临床疗效评估提供了新型生物标志物。此外，研究揭示了LAG-3阻断通过重新激活收缩克隆扩张而发挥治疗作用的新机制，为免疫检查点抑制剂的合理联用提供了理论依据。

从更广泛的视角来看，这项研究提示CD8⁺T细胞的转录组特征可能编码了其未来行为的时间动态信息。这种将多模态快照分析与时序追踪相结合的研究策略，有望应用于其他细胞动态过程的研究，如移植干细胞的扩增和肿瘤恶性进展等，为理解细胞命运决定的分子基础开辟了新途径。