突破性免疫疗法：单细胞与空间技术如何改变儿童胶质瘤和罕见癌症的治疗？

我们有幸与两组正在改变治疗结局的研究人员进行一对一的交流。我们深入了解了对他们的工作至关重要的临床试验、免疫疗法如何在他们感兴趣的癌症中发挥作用，以及协助他们将希望转化为行动的工具。

对许多人来说，免疫治疗有着不同的意义。对有些人而言，它是一种治疗几乎无人知晓的罕见癌症的方法。对另一些人来说，免疫治疗是一线希望，让他们罹患癌症的子女有机会成长为一名儿童，而不仅仅是一名患者。对于临床医生和研究人员来说，这是一种感激：对患者及其家人的感激；对领域内其他研究人员的感激；以及能够改变癌症治疗结局的荣幸。

我们有幸与两组正在改变治疗结局的研究人员进行一对一的交流，他们分别是俄克拉荷马大学的Abdul Rafeh Naqash、Tae Gyu Oh和Hassan Abu Shukair博士以及斯坦福大学的Sneha Ramakrishna博士。我们深入了解了对他们的工作至关重要的临床试验、免疫疗法如何在他们感兴趣的癌症中发挥作用，以及协助他们将希望转化为行动的工具。

Naqash、Oh和Abu Shukair博士如何成为罕见肉瘤的专家，以及罕见癌症为什么不罕见？

从左到右：俄克拉荷马大学的Abdul Rafeh Naqash博士、Tae Gyu Oh博士和Hassan Abu Shukair博士。

1. 你们能详细介绍一下对罕见癌症的研究吗？

Naqash博士：我参与了一项罕见肿瘤计划，重点是研究腺泡状软组织肉瘤（ASPS）。这是一种非常罕见的软组织肉瘤，在2022年之前没有任何治疗方法，我们通过国家癌症研究所（NCI）开展了一项多中心研究，最终促使FDA批准了一种名为Atezolizumab的免疫治疗药物。

有意思的是，这种肉瘤患者能从单药免疫疗法中获益，而大多数肉瘤患者却不能。因此，我们开始了这个几年前启动的多年期项目，以回答为什么这种肿瘤对免疫治疗产生应答。

试验使用了NCI的样本，评估了免疫细胞在免疫治疗前后如何发生变化。该研究提出的一个概念是，由于ASPS具有独特的致癌TFE3融合（有两种亚型），也许这两种不同的亚型具有不同的功能，而肿瘤微环境也会发生不同的变化。

在癌症免疫治疗学会（SITC）年会的海报中，我们试图在合作者Tae Gyu Oh博士以及我的博士后Hassan Abu Shukair博士的帮助下拓展这项工作。我们分析了一些公开的RNA-seq数据集，试图比较基因表达差异。我们还获得了NCI试验的临床试验数据集，我们观察了其中的I型和II型融合，试图了解免疫治疗是否有不同的活性。

2. 你们能详细介绍一下临床试验吗？

此次试验源于一次简单的现象观察：由于没有标准疗法，有医生用免疫疗法治疗了一名ASPS患者。该患者从中获益，进而引发了临床试验。这项试验历时5-6年，共纳入55名患者。这是一种非常罕见的肿瘤，因此55名患者是很大的样本量，最终促使FDA批准了这种疗法。

3. 你们提到这项工作的基础是分析RNA-seq数据集。是什么促使你们采取下一步行动，纳入空间转录组学？

Naqash博士：测序是一种广泛使用的好方法，能够发现不同的免疫变化或表达变化，但分辨率不高。一年前我对空间技术的了解不多，但Tae和Hassan帮助我了解了空间转录组学的很多知识。

我是在开始寻找合作者时认识Tae的，我们通过这个项目结下了深厚的友谊。所以我想让Hassan和Tae来谈谈我们为什么使用空间转录组学和10x Genomics的工具。

Oh博士：我的实验室主要研究空间转录组学以及计算生物学和机器学习。我广泛使用了10x Genomics的工具，尤其是单细胞工具，但所有单细胞技术都要注意一点：我们需要解离组织样本，这可能会造成损伤。

我们想知道细胞的空间位置，但还有一点很重要，空间技术不需要解离组织。你只需制备组织，与病理学系的做法完全相同，然后我们就能对组织进行可视化和数字化。

对于ASPS，我和Hassan正在对公共数据库进行整合：我们希望将公共的RNA-seq数据库与单细胞RNA-seq和空间工具结合起来。这是一个激动人心的时刻，我们希望很快就能获得理想的结果！

Abu Shukair博士：ASPS作为一种罕见癌症，其独特之处在于我们没有ASPS的单细胞数据，更不用说单细胞空间数据。拥有ASPS的单细胞空间图谱将对该领域很有帮助，尤其是因为这种类型的癌症具有极高的组织异质性。增添这一层空间数据将很有价值，因为它就像一台显微镜或空间透镜，可以透视免疫环境。

4. 说到工具，最突出的一点是我们通常注意到人们只使用一种空间工具。你们可能是我们看到的第一个同时使用Visium HD、Xenium和Xenium Prime 5K的团队。是什么促使你们在同一个项目中使用所有这些技术？

Abu Shukair博士：我们希望两全其美：全面的全转录组覆盖以及通过Xenium获得亚细胞分辨率。我们需要所有的数据，尤其是像这类罕见癌症，这些数据非常有用。

这种方法能为即将推出的潜在治疗方式提供指导，特别是空间方法，因为一些研究团队正将空间方法作为药物开发的高分辨率筛选工具。我们看到一些论文使用了这种模式。

我认为结合这两种工具来研究ASPS将成为一个非常有用的指南针，可帮助我们划定一些潜在的新型治疗组合，特别是我们假设并非所有的融合异构体都产生相似的应答。

5. 那么下一步呢？你们将做些什么？

Naqash博士：我们打算进行一些优化，在空间研究中获得单细胞分辨率，比如在组织块上或者在FFPE活检切片上，我们很快将从NCI试验中获得FFPE活检切片。我们还想观察免疫治疗前后的情况，尝试在亚细胞和单细胞水平上了解肿瘤微环境。

我们还在努力研究ASPS中的新抗原，看看是否能利用细胞疗法、TCR方法或核糖体降解方法来开发针对这些抗原的疗法。

我还想强调的是，罕见癌症占癌症总数的20-25%。这个比例并不低，而且根据我的经验，年轻人罹患的罕见癌症通常都有一些可行动的靶点。

我们能够靶向DNA突变，也能靶向RNA，我们还能使用抗体偶联物，但我们在靶向融合蛋白方面并不成功。随着测序技术的进步，我们发现了越来越多的基因融合，也许肿瘤学领域的下一个突破就是靶向这些癌基因融合。

6. 在拥有这个平台后，你们还关注哪些事情？

Abu Shukair博士：为罕见癌症研究捐款。

Naqash博士：罕见癌症治疗是一项尚未满足的巨大需求。支持罕见癌症的研究人员非常重要，不仅仅是在美国，在全世界都是如此，因为他们没有NCI的针对罕见癌症生物样本库的大型生物技术倡议。目前有一个在线分子肿瘤委员会，他们会帮助一家公司为携带罕见突变的罕见肿瘤患者提供同情用药，但仅限于美国患者。

将此类倡议全球化，努力让更多患者接触到这些疗法，这一点非常重要。罕见癌症很难进行试验，其发病率只有五万分之一或十万分之一。

因此，总的来说，我认为可通过生物样本库收集更多罕见癌症样本，在NCI或NIH内部为罕见癌症研究争取更多资助机会，并尝试与私营合作伙伴、患者联盟和公众开展合作。这将帮助我们进入癌症研究的下一阶段。

Sneha Ramakrishna博士如何推动儿童胶质瘤的治疗？

斯坦福大学的Sneha Ramakrishna博士

1. 很高兴在上次采访之后再次见到您！您能简单回顾一下您的工作吗？

我们正在讨论的项目是一项GD2 CAR T细胞试验，用来治疗儿童弥漫性中线胶质瘤患者，这是一种通常会致命的肿瘤。目前无法治愈，不幸的是，患者的中位总生存期约为11个月。

不仅没有治疗方案，而且在短时间内控制这种肿瘤也非常困难。唯一的治疗手段是放疗，而在放疗之后，这些患者就没有其他治疗选择了。

感谢那些同意在去世后慷慨捐献脑组织的患者，让我们能够深入了解这些肿瘤的生物学特征。通过与Michelle Monje和Crystal Mackall博士合作，并在Chris Mount和Robbie Majzner博士的领导下，我们斯坦福大学的团队发现弥漫性中线胶质瘤组织高度且均一地表达GD2。研究表明，我们可以在小鼠体内利用GD2 CAR T细胞靶向这些肿瘤细胞。之后我们开始了临床试验，将其应用于患者。

这个应用于患者的转化过程令人非常兴奋，而我们的论文（1）也发表了！

2. 您能简单介绍一下这种治疗方法对患者意味着什么吗？

我们患者的生存时间远远超过了11个月的平均值，这不仅仅是时间问题，还有生活质量。

这些都是孩子。他们从无法行走到能够奔跑，再到学会骑滑板车。一个孩子曾无法在走廊上行走，但在接受CAR T细胞治疗后，现在可以进行一英里的远足。这些都是我们的患者正在经历的临床获益，很有意义。

3. 您能再详细介绍一下临床试验吗？

我参与这项研究时基本在想，我们能够从患者身上了解到什么？我们如何才能真正了解让这些CAR T细胞起作用或不起作用的免疫生物学？

于是，我们在整个治疗过程的特定时间点采集了患者的脑脊液（CSF）样本。但我们意识到，当人们尝试进行流式分析时，并没有捕获到细胞群，一方面是因为脑脊液中的细胞数量有限，另一方面是因为冷冻样本会降低活细胞回收率。

我们直接将样本从病房拿到实验室，在Chromium单细胞RNA-seq平台上进行新鲜处理。这样我们就能在整个治疗过程中持续捕获细胞群，并深入了解哪些免疫细胞群促进CAR T细胞在患者体内起作用。

在这个强大的数据集中，我们发现主要的细胞群是髓系细胞和T细胞。它们在治疗过程中不断波动，我们正在努力找出促进患者应答的免疫细胞群，以及患者不再应答和疾病开始进展时的对应细胞群。

4. 您去年在演讲中也提到了空间转录组学。是什么让您的研究选择了空间路线？

当我们获得脑脊液样本时，我们的问题是它们是否能代表大脑和肿瘤中正在发生的情况。空间转录组学是深入研究这个问题的最灵敏方法之一，我们正在肿瘤组织中寻找相同的免疫细胞群，因此我们与10x Genomics的同事合作，根据脑脊液中的发现创建了一个定制的Xenium基因组合。

在对这一基因组合进行初步验证的过程中，我们始终能看到CAR T细胞。这非常棒，因为这让我们能够观察采集时肿瘤组织中是否存在CAR T细胞，并在单细胞水平上定义不同的免疫群体。

实际上，我们正在对患者样本进行检测，并加快进度。我们希望在2025年的第一季度就获得这些数据，开始深入研究正在发生的事情。

5. 您选择Xenium和Visium的具体原因是什么？

从我们的单细胞RNA-seq数据中可以看出，10x Genomics的分析非常可靠、强大，我们对数据质量非常满意。因此，在考虑空间转录组学平台时，我们想确保我们选择的平台也能为我们提供类似质量和深度的数据。

我们的第一步是从Xenium开始，现在正在叠加Visium HD。数据即将出炉，我们正拭目以待，但即使是第一次运行，我们也能鉴定这些细胞群。我们能够观察到它们，还能根据脑脊液单细胞RNA-seq数据集定义它们。由于这两个平台是互补的，我们可以将脑脊液数据集叠加到空间数据输出上，进而了解这两类样本之间的不同特征和重叠特征。

如果我们希望从患者身上了解到什么，就必须从我们采集的所有组织中了解到一切可以了解的东西。这是我能想到的向这些勇敢患者致敬的最好方式。

6. 临床试验将走向何方？

我们刚刚发表的论文只是关于第一批患者。在儿科肿瘤学领域，如果不能治愈患者，那就说明做得还不够。我们绝不会满足于治愈。但这次试验取得了进展。我们终于在一种之前无法改变的疾病上取得了突破。

事实上，在我们的论文中，有一位患者完全缓解：不仅肿瘤消失了，而且三年多没复发。当初我们见到这名患者时，他还不确定自己是否能从高中毕业。现在他上了大学，过上了最美好的生活。最近他还接受了采访（2）。

这是我们能帮助一个人实现的梦想。希望通过从这个人身上了解到的东西，我们能够为所有人做些什么。这就是将这些分析纳入我们研究的力量所在，因为我们可以利用它们提供的知识，不断向前推进。在实现这一目标之前，我们不会停下脚步。

一次试验造就更光明的未来

对患者及其家人来说，治疗和应对癌症是一条漫长、可怕和黑暗的道路。然而，正如上述研究人员不断证明的那样，免疫疗法正为癌症患者带来更光明的未来——我们迫不及待想看到未来还会发生什么。

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参考资源：

1. https://www.nature.com/articles/s41586-024-08171-9

2. https://med.stanford.edu/news/all-news/2024/11/car-t-brain-cancer.html