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1 year ago 免疫浸润显示CD103CD39 T细胞与结直肠癌预后和免疫治疗反应相关 by 单细胞天地
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文献信息
文章题目：Immune-infiltrating signature-based classification reveals CD103+CD39+ T cells associate with colorectal cancer prognosis and response to immunotherapy
期刊：《Front Immunol》
影响因子: 2区8.786
发表时间: 2022 Oct 12
DOI: 10.3389/fimmu.2022.1011590研究领域：单细胞测序；结直肠癌
文献概述
问题：目前用于肿瘤预后预测和免疫治疗效果评估的分层系统在结直肠癌（CRC）中不太令人满意，希望构建一个具有详细免疫谱的免疫相关评分系统，以对CRC患者进行分层。
方法：作者开发了一种基于免疫相关特征的评分系统，并验证了其预测CRC预后和免疫治疗结果的能力。首先从UCSC Xena和GEO数据库下载CRC的基因表达数据和临床信息。
GEO的两个CRC单细胞数据集：GSE178341和GSE108989。用抗PD-L1药物（atezolizumab）队列IMvigor210治疗的转移性尿路上皮癌是通过R包IMvigor210CoreBiology获得的。 接受抗PD-1治疗的黑色素瘤：GSE78220 GSE103479, GSE17538, GSE33113, GSE37892, GSE38832, GSE39084和GSE39582用于开发IRScore；GSE39395和GSE39396用于绘制成纤维细胞、内皮细胞和上皮细胞。
通过文献检索从先前发表的研究中收集了148个免疫相关基因，通过上述的数据集得出细胞亚群的标记基因
GSE39395 immune cell：CD45+Epcam- epithelial cells：CD45-Epcam+ stromal cells：CD45-Epcam- GSE39396 immune cells: CD45+EPCAM-CD31-FAP-； epithelial cells: CD45-EPCAM+CD31-FAP-； endothelial cells: CD45-EPCAM-CD31+FAP-； cancer-associated fibroblasts: CD45-EPCAM-CD31-FAP+
结果和结论：基于54个无复发生存期（RFS）相关的免疫特征构建了免疫相关特征评分（IRScore），对CRC患者进行分层，可能是预测CRC预后和促进新治疗策略开发的宝贵工具。CD103+CD39+ T细胞是IRScore中确定的免疫特征之一，CD103+CD39+ T细胞可以预测结直肠癌的预后和对ICB治疗的反应，这可能是抗肿瘤免疫的关键因素。
文章结果
1. IRScore的构建以及与临床和分子表型的关系
使用ssGSEA根据151个免疫相关特征计算7个CRC队列中每位患者的富集评分，应用单变量Cox回归模型评估每个队列中归一化富集评分（NES）的预测值，最终确定了54个与预后显著相关的免疫相关特征，并计算每个队列中每个患者的IRScore。
根据中位数将患者分为高IRScore组和低IRScore组，高IRScore组的患者比低IRScore组的患者有更长的RFS，progression-free interval (PFI), disease-free interval (DFI), disease-specific survival (DSS) or overall survival (OS)。
IRScore与临床特征之间的关系
通常具有微卫星不稳定/缺陷错配修复（MSI/dMMR）的非转移性CRC比MSS/pMMR具有更好的预后和免疫治疗结果，而在本文的研究中，携带MSI/dMMR的CRC患者的IRScore明显高于MSS/pMMR患者，可能还与结直肠癌的肿瘤进展有关。IRScore与血管生成，上皮 - 间充质转化（EMT）呈负相关，与抗原加工和增殖呈正相关。
综上所述，IRScore与结直肠癌的良好预后呈正相关。
2. IRScore可能是预测ICB治疗反应的指标
我还以为接下来应该是机制研究，为什么IRScore与结直肠癌的良好预后相关，或者IRScore怎么影响预后，是这群人的免疫微环境中激活了什么亚群还是分泌了什么因子
既然文章的定位在肿瘤预后预测和免疫治疗效果评估，这里看看 IRScore 和免疫治疗的关系
使用SubMap和经过CTLA-4和PD-1治疗的黑色素瘤队列来预测患者的反应。高IRScore患者的生存时间明显长于低IRScore，inflamed phenotype的IRScore较高，且高IRScore组肿瘤的新抗原负荷较高。CR/PR组的IRScore也比SD/PD组高，IRScore高组的患者对ICB的反应更好。在GSE78220数据集中也证实了IRScore 的预测功效，高 IRScore 患者表现出良好的反应和延长的生存期。
综上，较高的IRScore与ICB治疗患者的更好反应和更长的生存时间有关。
3. CRC中高和低IRScore的转录组、基因组和免疫特征
高低IRScore之间的表型差异
较高IRScore组中炎症基因和增殖基因上调。而IRScore组中富集上皮-间充质转化（EMT）和已知诱导EMT的信号通路，包括TGF-β和Notch等。低IRScore肿瘤中富集的通路是ECM-receptor interaction。在高IRScore肿瘤中主要是免疫相关通路。大多数基因在高IRScore组中往往具有较高的突变频率，这与高IRScore的肿瘤具有较高突变负荷的结果一致。
使用xCell估计了TCGA队列中不同IRScore患者的免疫和基质细胞组成。高IRScore组富含几种CD8 T细胞类型：Th1，Th2，B细胞，浆细胞，浆细胞样树突状细胞（pDC）和肥大细胞，但较少的成纤维细胞，间充质干细胞（MSCs），内皮细胞，周细胞。
看看肿瘤浸润细胞在单细胞数据集中是否与TCGA数据集中细胞类型一致
使用单细胞数据集（GSE178341）将肿瘤细胞分为64个簇：22个免疫细胞群，33个上皮细胞群，3个成纤维细胞群，4个表达内皮和成纤维细胞标志物的群（称为endo_fibro簇）和2个表达上皮和免疫细胞标志物的群（其他）。根据平均基因表达计算了每位患者的IRScore，并将62名患者分为高IRScore组和低IRScore组。高IRScore患者免疫细胞比例较高（看红色组中的热图块都是免疫细胞和上皮细胞，内皮和成纤维较少），而低IRScore组的成纤维细胞富集。
高IRScore组和低IRScore组之间基因表达差异
高IRScore组的患者表现出显著更高的免疫检查点基因CTLA4，HAVCR2，ICOS，LAG3，PDCD1和TIGIT的表达，T细胞发育相关基因TBX21和EOMES、肿瘤反应性相关基因ITGAE和ENTPD1以及细胞毒性基因GZMB的表达也显著较高。
综上，低IRScore肿瘤表现出间充质和促肿瘤表型，高IRScore组肿瘤表现出免疫活性特征。
4. CRC TIL的聚类和亚型分析
对13个原发CRC样本的TIL进行了RNA-seq和CyTOF。根据RNA-seq数据计算了每位患者的IRScore，并将其分为高IRScore组和低IRScore组。将CD45肿瘤浸润细胞分为4个主要簇：T细胞，B细胞，自然杀伤（NK）细胞和骨髓细胞，高和低IRScore组的患者明显分开。T细胞是TIL中免疫细胞群丰度最高的，且高IRScore组的T细胞占比高于低IRScore组，其他细胞群无差异。
5. CD103+CD39+CD4+/CD8+ T细胞的特性及其与IRScore的关系
CD103+CD39+ T细胞是否代表高IRScore组的免疫特征
从单细胞数据集（GSE108989）中研究了共表达CD103（ITGAE）和CD39（ENTPD1）的CD4+/CD8+ TIL的基因表达模式，将这些TIL分为高和低IRScore组。将表达CD103和CD39的细胞定义为双阳性细胞（DP），将既不表达CD103也不表达CD39的细胞定义为双阴性细胞（DN），将表达CD103或CD39的细胞定义为单阳性细胞（SP）。共鉴定出16个细胞群，包括8个CD4细胞群和8个CD8细胞群。对这些群一一命名和按marker注释，不是重点这里就不展开了。
DP细胞由高IRScore细胞组成，而DN细胞中最少。CD8细胞的IRScore明显高于CD4细胞，因为CD8细胞中DP细胞的百分比更高。DP细胞显示出细胞毒性和耗竭标记基因表达，而DN细胞具有更高的幼稚基因表达，SP细胞则处于中间状态。DP细胞与DN细胞的基因表达差异也可以看出CD8细胞中DP细胞高表达耗竭基因（HAVCR2，LAYN，TIGIT，PDCD1，CTLA4），细胞毒性标志物（GZMA，GZMB，PRF1，NKG7）和增殖相关基因MCM。
总之，具有细胞毒性，耗竭和增殖表型的DP细胞在高IRScore组中富集。
6. CD45+CD3+CD103+CD39+可预测结直肠癌预后和对ICB治疗的反应
计算CD45+CD3+CD103+CD39+特征的NES，并根据中值将患者分为两组（M1和M2）。在TCGA队列中，NES较高的患者比NES较低的患者生存期更长。在ICB治疗队列IMvigor210中，NES较高的患者总生存期延长，对ICB治疗反应更好的患者（CR/PR/SD）的NES明显高于疾病进展（PD）患者。CD103+CD39+CD4+/CD8+ T细胞分别具有一定的预测预后和对ICB治疗的反应的能力。（所以可以作为预后性标志物？最近刚好在看生物标志物这一块，如果同时检测这么多个蛋白，是不是圈出对于肿瘤反应性人群准确性会更高一些，不过这样一来，受众又太小）
总结
利用免疫相关特征开发了用于CRC患者分层的IRScore，有助于更好地了解TME并改进ICB治疗。
高IRScore组中CD8T细胞群和Th1细胞更丰富，而低IRScore组有更多的成纤维细胞，内皮细胞和周细胞。高IRScore组对ICB治疗的更好反应，而高IRScore组的几个亚群中通常含有CD103+CD39+ 表型，由于高IRScore与良好的预后和抗肿瘤反应有关，因此这些簇可能代表肿瘤反应性人群。
CD103和CD39阳性细胞可能塑造适合B细胞抗肿瘤活性的肿瘤微环境，可以作为肿瘤特异性CD8 T细胞的有用标志物，并可用于开发靶向免疫疗法。
番外
另一篇相关文献
Intratumoral CD103+ CD8+ T cells predict response to PD-L1 blockade（doi: 10.1136/jitc-2020-002231）
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