MHC-I表达失调的头颈部鳞状细胞癌中抗PD-1免疫治疗通过CD8+ T细胞功能不足促进肿瘤转移

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Anti-PD1 immunotherapy in MHC-I dysregulated head and neck cancer promotes metastasis via CD8+ T-cell insufficiency

　　

论文摘要专业翻译 口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma, OSCC）是头颈部鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC）的一种特定类型，因其侵袭性强、复发率高且对标准疗法反应不佳，仍是全球重大健康问题。为增强宿主抗肿瘤免疫，免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors, ICIs），包括抗PD-1抗体如帕博利珠单抗（pembrolizumab）和纳武利尤单抗（nivolumab），被用于治疗OSCC。然而，许多患者对这些免疫疗法产生耐药，凸显了揭示精确耐药机制的重要性。尽管HNSCC中主要组织相容性复合体I类（major histocompatibility complex class I, MHC-I）的缺失与耐药相关，但由于缺乏特异性模型，其功能意义和机制尚不清楚。本研究旨在建立人源化HNSCC小鼠模型，以确定抗PD-1疗法是否在MHC-I失调的HNSCC中驱动肿瘤进展。 为研究抗PD-1免疫治疗在MHC-I缺陷中的疗效，研究人员建立了一种新型原位人源化小鼠模型。研究人员通过尾静脉注射将1×107个外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）植入NCG小鼠，随后原位植入2.5×105个HLA基因分型的MHC-I缺陷人HNSCC干细胞。研究人员随后验证了人CD45+细胞的存在，以区别于小鼠CD45+细胞。这些小鼠模型每周一次舌内注射帕博利珠单抗或IgG同型对照抗体（每组n=6），持续三周。与IgG对照相比，帕博利珠单抗治疗未能有效减小原发性肿瘤生长，反而增加了肝转移。对舌肿瘤单细胞悬液的流式细胞术分析显示，与IgG对照相比，帕博利珠单抗显著减少了CD45+白细胞、CD3+ T细胞、CD4+和CD8+ T细胞亚群、树突状细胞（dendritic cells, DCs）以及活化（CD69+）CD8+ T细胞。舌的大体检查和病理组织学评估显示，治疗后肿瘤大小无显著减小。帕博利珠单抗诱导的不良反应包括舌OSCC向肝脏转移，且肿瘤病灶数量增加。这些发现表明，在MHC-I缺陷的HNSCC中，抗PD-1治疗抑制CD8+ T细胞和DC浸润，同时促进肝转移。 为评估小鼠肿瘤是否也对抗PD-1治疗有反应，研究人员使用了具有完整MHC-I的4NQO诱导的OSCC免疫活性小鼠模型。抗PD-1治疗通过促进CD8+ T细胞和DC诱导的抗肿瘤免疫，显著减小了舌OSCC肿瘤体积。研究人员先前的研究支持这一结果，表明赖氨酸特异性去甲基化酶（lysine-specific demethylase, LSD1）抑制剂可增加DC、CD8+ T细胞和IFNγ的产生，这些是抗肿瘤免疫的指标。尽管该模型并非人源化小鼠的匹配对照，但它证实了PD-1阻断在MHC-I完整的OSCC中是有效的。 接下来，为理解DC和CD8+ T细胞在抗PD1免疫治疗无应答者中是否具有重要作用，研究人员分析了30例接受抗PD1免疫治疗的HNSCC患者的scRNA-seq数据（GSE200996）。通过UMAP降维分析揭示了免疫细胞景观、MHC-I相关靶点和免疫抑制网络基因的显著改变，并且与无应答者相比，应答者中CD8+ T细胞和DC富集。有趣的是，调节性T细胞标志物[如CTLA4、FOXP3、IL2RA（CD25）]在无应答者中升高。使用CellChat进行的细胞间通讯分析显示，与无应答者相比，应答者中T细胞相互作用因子扩展且功能活跃。基于MHC-I信号与免疫细胞的配体-受体Circos图显示，应答者中存在显著的T细胞网络参与，而在无应答者中完全缺失。这表明无应答者的抗原呈递给CD8+ T细胞的过程受到破坏，最终削弱抗肿瘤免疫。总体而言，在接受抗PD1治疗的临床HNSCC患者中，无应答者表现出CD8+ T细胞和DC抑制以及免疫抑制网络增强。该数据集是相关性的，不能独立确立MHC-I依赖性抗PD1耐药的因果关系，但它将实验轴与患者反应模式联系起来。 最后，为验证MHC-I的扰动是否改变对抗PD-1治疗的敏感性，研究人员通过在MHC-I充足的HSC3细胞中敲除HLA-A/B/C，以及在MHC-I缺陷的HNSCC干细胞中过表达HLA-A和B2M，进行了共培养和拯救实验。此外，研究人员使用LSD1抑制剂SP2509及其与抗PD-1的联合方案对抗肿瘤免疫反应进行比较分析。与MHC-I缺陷的野生型组相比，HNSCC细胞中MHC-I基因的过表达显著增强了抗PD-1治疗后的CD8+ T细胞和树突状细胞反应，尤其是与SP2509联合使用时。相反，在HSC3细胞中敲除MHC-I基因使CD8+ T细胞对抗PD-1的反应变得不显著，并降低了树突状细胞反应。MHC-I恢复的效果进一步得到SP2509（LSD1抑制剂）单独或与抗PD-1联合治疗的支持。这些数据强调MHC-I表达对抗PD-1免疫治疗成功至关重要，并证明了LSD1抑制在增强抗肿瘤免疫反应中的重要性。HLA过表达通过RT-qPCR分析验证。 本研究的局限性包括：HNSCC的耐药机制可能因肿瘤而异；人源化小鼠模型缺乏人免疫肿瘤中存在的一些复杂性和异质性；需要在同一人源化队列中进行配对的MHC-I缺陷与MHC-I充足的比较。尽管如此，研究结果仍为治疗耐药机制提供了强有力的见解。 研究人员的人源化HNSCC模型重现了研究OSCC细胞MHC-I缺失期间抗PD1耐药的关键方法学进展，其中帕博利珠单抗具有促进肿瘤转移的矛盾效应。机制上，研究结果表明抗PD1耐药机制由MHC-I缺陷以及CD8+ T细胞和DC失活共同介导。MHC-I拯救的肿瘤细胞允许有效的抗PD1相关免疫相互作用，而MHC-I缺失的肿瘤细胞无法维持有效的CD8+ T细胞和DC反应。尽管这是一个意外观察而非预设假设，但本研究为治疗耐药通路的机制研究奠定了基础。研究结果填补了转化医学空白，为探索更有效地建立HNSCC及其他实体瘤免疫治疗策略提供了可能。该研究还为在抗PD1免疫治疗前评估MHC-I表达以预测不良反应和治疗耐药提供了宝贵见解。

论文解读文章

一、研究背景与科学问题

口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma, OSCC）是头颈部鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC）中最常见的类型，具有侵袭性强、复发率高和对标准治疗反应差的特点，是重大的全球健康负担。近年来，以抗PD-1抗体为代表的免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors, ICIs），包括帕博利珠单抗（pembrolizumab）和纳武利尤单抗（nivolumab），已被广泛应用于OSCC的临床治疗。然而，相当比例的患者对这类免疫治疗产生原发性或获得性耐药，治疗效果有限。已有研究观察到HNSCC中主要组织相容性复合体I类（major histocompatibility complex class I, MHC-I）的表达缺失与免疫治疗耐药相关，但由于缺乏能够精确模拟MHC-I缺陷状态下的肿瘤免疫微环境的实验模型，MHC-I缺失在抗PD-1治疗耐药中的功能意义和具体机制一直未被阐明。因此，建立合适的动物模型来研究MHC-I失调状态下抗PD-1治疗的疗效及其潜在风险，具有重要的临床转化价值。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员建立了新型原位人源化NCG小鼠模型：通过尾静脉注射1×10⁷个人外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）实现人免疫系统重建，随后原位植入2.5×10⁵个HLA基因分型的MHC-I缺陷人HNSCC干细胞。该模型用于评估帕博利珠单抗（抗PD-1）的疗效。同时，研究人员使用具有完整MHC-I的4NQO诱导OSCC免疫活性小鼠模型作为对照。在机制验证方面，研究人员利用公共单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集（GSE200996，来源于30例接受抗PD-1免疫治疗的HNSCC患者），通过UMAP降维分析和CellChat细胞间通讯分析比较应答者与无应答者的免疫特征。此外，研究人员通过体外共培养和拯救实验，在MHC-I充足的HSC3细胞中敲除HLA-A/B/C，在MHC-I缺陷的HNSCC干细胞中过表达HLA-A和B2M，并结合LSD1抑制剂SP2509进行功能验证。主要检测手段包括流式细胞术免疫分型、组织病理学检查（苏木精-伊红染色）和RT-qPCR。

三、研究结果

1. 人源化小鼠模型中抗PD-1治疗在MHC-I缺陷HNSCC中促进肝转移并抑制抗肿瘤免疫

在MHC-I缺陷的人源化HNSCC小鼠模型中，每周一次舌内注射帕博利珠单抗（抗PD-1）持续三周后，与IgG同型对照抗体相比，帕博利珠单抗未能减小原发性舌肿瘤的生长，反而显著增加了肝脏转移灶的数量。流式细胞术分析显示，抗PD-1治疗显著减少了肿瘤浸润的CD45⁺白细胞、CD3⁺ T细胞、CD4⁺和CD8⁺ T细胞亚群、树突状细胞（dendritic cells, DCs）以及活化（CD69⁺）CD8⁺ T细胞。这一结果表明，在MHC-I缺陷状态下，抗PD-1治疗不仅无效，反而通过抑制CD8⁺ T细胞和DC浸润而促进肿瘤转移。

2. 抗PD-1治疗在MHC-I完整的4NQO诱导OSCC小鼠模型中有效

在具有完整MHC-I的4NQO诱导OSCC免疫活性小鼠模型中，抗PD-1治疗显著减小了舌OSCC肿瘤体积，其机制是促进CD8⁺ T细胞和DC介导的抗肿瘤免疫。该结果与研究人员此前关于赖氨酸特异性去甲基化酶（lysine-specific demethylase, LSD1）抑制剂可增加DC、CD8⁺ T细胞和IFNγ产生的研究发现一致，证实了PD-1阻断在MHC-I完整的肿瘤中是有效的。

3. 临床HNSCC患者scRNA-seq分析揭示无应答者中CD8⁺ T细胞和DC抑制及免疫抑制网络增强

对30例接受抗PD-1免疫治疗的HNSCC患者scRNA-seq数据（GSE200996）的分析显示，应答者中CD8⁺ T细胞和DC富集，而无应答者中调节性T细胞标志物（CTLA4、FOXP3、IL2RA/CD25）表达升高。CellChat细胞间通讯分析显示，应答者中T细胞相互作用网络扩展且功能活跃，而基于MHC-I信号的配体-受体Circos图显示，无应答者中T细胞网络参与完全缺失。这些结果提示无应答者存在抗原呈递障碍，最终削弱了抗肿瘤免疫。

4. MHC-I表达水平决定抗PD-1治疗的敏感性

体外共培养和拯救实验表明，在MHC-I缺陷的HNSCC细胞中过表达MHC-I基因（HLA-A和B2M）可显著增强抗PD-1治疗后的CD8⁺ T细胞和DC反应，尤其是与LSD1抑制剂SP2509联合使用时。相反，在MHC-I充足的HSC3细胞中敲除MHC-I基因（HLA-A/B/C）后，CD8⁺ T细胞对抗PD-1的反应变得不显著，DC反应也降低。这些结果通过RT-qPCR验证了HLA过表达效果，明确证实了MHC-I表达是抗PD-1免疫治疗成功的关键决定因素。

四、讨论与结论总结

研究局限性方面，作者指出HNSCC的耐药机制可能因肿瘤而异，人源化小鼠模型缺乏人免疫肿瘤微环境的某些复杂性和异质性，且需要在同一人源化队列中进行MHC-I缺陷与MHC-I充足的配对比较。尽管如此，该研究提供了关于治疗耐药机制的重要见解。

研究结论：研究人员建立的人源化HNSCC模型成功模拟了OSCC细胞MHC-I缺失状态下的抗PD-1耐药过程，发现帕博利珠单抗在MHC-I缺陷的HNSCC中具有促进肿瘤转移的矛盾效应。机制上，抗PD-1耐药由MHC-I缺陷和CD8⁺ T细胞及DC失活共同介导。MHC-I表达恢复的肿瘤细胞能够维持有效的抗PD-1相关免疫相互作用，而MHC-I缺失的肿瘤细胞无法支持有效的CD8⁺ T细胞和DC反应。该研究填补了免疫治疗耐药机制研究的转化医学空白，为HNSCC及其他实体瘤免疫治疗策略的优化提供了基础，并强调了在抗PD-1免疫治疗前评估MHC-I表达水平以预测不良反应和治疗耐药的重要性。该论文发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》。