夜间光照引起的时空免疫重塑揭示出一种与肿瘤进展及抗 PD-1 无应答相关的适应性免疫特征

《Cancer Genetics》：Spatiotemporal Immune Remodeling by Light at Night Uncovers an Adaptive Immune Signature Linked to Tumor Progression and Anti-PD-1 Non-response

　　摘要• 夜间光照（LAN）引发适应性免疫系统的时空不同步。• 夜间光照损害B细胞的昼夜节律时钟及趋化基因程序。• LAN驱动CD8+ T细胞向异常晚期效应细胞状态转变。• LAN免疫特征谱与人类黑色素瘤的进展一致。• 异常的CD8+ T细胞状态与抗PD-1治疗的原发性耐药相关。引言哺乳动物的昼夜节律时钟编排着基本的生理过程，维持着一种动态的稳态，这种稳态本质上也延伸至免疫监视领域[1,2]。这一内源性时间系统的紊乱——在现代社会中因夜间人造光（light at night, LAN）而日益普遍——已被认为与代谢失调、全身性免疫抑制以及多种恶性肿瘤（包括黑色素瘤）风险升高有关[3,4]。实验证据表明，LAN诱导的昼夜节律紊乱会通过干扰代谢途径以及宿主-肿瘤调控动态，促进肿瘤发生并加速肿瘤生长[5,6]。虽然昼夜节律失调对肿瘤本身的影响已日益得到充分记录，但全身性昼夜节律紊乱对免疫系统空间与时间结构的影响仍尚不完全清楚[7]。在黑色素瘤中，免疫检查点阻断疗法（尤其是抗PD-1治疗）的临床疗效在很大程度上依赖于细胞毒性CD8+ T细胞的有效浸润与功能完整性[8,9]。然而，肿瘤微环境（TME）经常施加显著的生物学屏障，驱使T细胞进入功能失调或异常激活状态，最终导致原发性或获得性治疗耐药[10]。除T细胞外，近年来的研究也强调B细胞在TME中所扮演的关键但复杂的"双重角色"；特定的B细胞分化轨迹、趋化能力及功能程序可深刻地决定抗肿瘤免疫应答和患者的长期生存[11,12]。尽管已经认识到这些适应性免疫细胞群的重要性，但在肿瘤挑战发生之前和期间，夜间光照等环境应激因素如何重塑其全身分布、转录状态及细胞间通讯网络，目前仍不清楚。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的进步，彻底改变了我们解析免疫系统与肿瘤微环境极端细胞异质性的能力[13,14]。通过对转录组状态进行无偏倚、高分辨率的剖析，scRNA-seq能够精确绘制稀有细胞亚群、中间功能转换状态以及决定治疗预后的复杂相互作用网络[10]。然而，目前尚缺乏能够捕捉昼夜节律紊乱在多个免疫区室中时空效应的综合性单细胞图谱，这使得我们对时间生物学免疫调节的认识存在关键缺口。为弥补这一缺口，我们通过构建涵盖小鼠淋巴结、外周血和脾脏三个不同昼夜时间点的全面时空单细胞转录组图谱，研究了夜间光照暴露所引发的全身性免疫学后果。我们假设LAN暴露与适应性免疫系统中情境依赖性的转录改变相关，这些改变会偏移关键的功能状态，并可能与肿瘤进展相关。我们的分析揭示了B细胞昼夜节律与趋化程序中的深刻扰动，同时CD8+ T细胞表现出异常的晚期效应激活状态，并伴随细胞间通讯的改变。通过将上述发现整合进一个统一的计算框架——LAN免疫不同步评分（LAN Immune Dyssynchrony Score, LAN-IDS）——我们将这些源自小鼠的特征谱投射到广泛的人类癌症队列中。关键在于，我们证明这种LAN相关的CD8+ T细胞转录轨迹在人类黑色素瘤前哨淋巴结的晚期疾病中表现出强烈的方向性一致性，并与抗PD-1免疫治疗的原发性耐药显著相关。最终，本研究提供了一个基础性的跨物种框架，描述了昼夜节律紊乱相关的适应性免疫不同步如何与肿瘤进展相关联，并可能限制治疗疗效。各章节摘要夜间光照下的时空单细胞转录组揭示全身免疫重塑为探究夜间光照（LAN）对免疫系统的影响，我们对接受标准光-暗周期（LD）或LAN暴露小鼠的淋巴结（LN）、外周血（PB）和脾脏（Sp）进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq），采样时间点覆盖三个昼夜时间：生物钟调控时间（Zeitgeber time, ZT）6、14和22（图1A）。经Harmony整合[15]处理后，我们构建的全面单细胞图谱成功解析了主要免疫细胞区室，包括B细胞、CD4+ T细胞、CD8+ T细胞……研究设计与分析框架我们研究了夜间光照（LAN）如何重塑淋巴结、外周血及脾脏免疫区室中免疫细胞丰度、转录状态与细胞间通讯的时间协调性。小鼠实验包含两种光照方案（标准光-暗周期LD，以及慢性夜间光照暴露LAN）和三个昼夜采样时间点（ZT6、ZT14和ZT22）。每种"条件-组织-ZT"组合均由一个（生物重复样本）代表……讨论昼夜节律紊乱对宿主生理的深远影响已得到充分确立，但其在时间和空间上对全身免疫结构的影响，以及其对癌症免疫治疗后果的意义一直是一个谜团[2]。在本研究中，我们提供了高分辨率的转录组蓝图，描述了夜间光照（LAN）与哺乳动物适应性免疫系统广泛重塑之间的关联。我们证明LAN并未造成均匀的免疫抑制，而是与高度……（特定情境依赖性的改变相关）作者贡献K.C.、R.J.K.、H.Z.和Z.W.N.对本研究作出了同等贡献，并共同作为第一作者。H.M.S.和S.R.L.提出了研究思路，并监督了整个项目及经费获取。K.C.、R.J.K.、H.Z.和Z.W.N.完成数据整理、正式分析、结果验证并撰写初稿。Q.G.和C.F.D.完成验证工作。L.M.C.和Q.L.修改了稿件。资助来源本研究得到国家自然科学基金面上项目（82570838）、国家自然科学基金重点项目（82421005）、上海市卫生健康系统重点学科（2024ZDXK0057、2024ZDXK0067）及上海市宝山区医疗卫生基金项目（2024-E-81）资助。数据可用性本研究中使用和/或分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获取。补充材料补充材料可从Wiley Online Library或从作者处获取。作者声明Kai Cheng：数据整理、正式分析、结果验证、撰写初稿。Ruijiao Kong：数据整理、正式分析、结果验证、撰写初稿。Hui Zhang：数据整理、正式分析、结果验证、撰写初稿。Zhiwen Nie：数据整理、正式分析、结果验证、撰写初稿。Qian Gao：结果验证。Chenfei Du：结果验证。Leiming Cai：撰写——审阅与编辑。Qian Li：撰写——审阅与编辑。Shanrong Liu：概念构思、监督……同等贡献声明K.C.、R.J.K.、H.Z.和Z.W.N.对本研究作出了同等贡献，并共同作为第一作者。CRediT作者贡献声明Kai Cheng：撰写——初稿、结果验证、正式分析、数据整理。Ruijiao Kong：撰写——初稿、结果验证、正式分析、数据整理。Hui Zhang：撰写——初稿、结果验证、正式分析、数据整理。Zhiwen Nie：撰写——初稿、结果验证、正式分析、数据整理。Qian Gao：结果验证。Chenfei Du：结果验证。Leiming Cai：撰写——审阅与编辑。Qian Li：撰写——审阅与编辑。Shanrong Liu：项目管理、经费获取。作者列表Kai Cheng | Ruijiao Kong | Hui Zhang | Zhiwen Nie | Qian Gao | Chenfei Du | Leiming Cai | Qian Li | Shanrong Liu | Huiming Sheng