Cancer Cell丨种子与土壤：追踪转移性肿瘤中的免疫亚群
最近像关注肿瘤基础知识理论，例如：肿瘤编辑理论、种子与土壤假说。理论指导实践，要常回顾经典理论，才能不被一叶障目。本次我们走进经典的种子与土壤假说：将肿瘤浸润免疫亚群定位到恶性肿瘤或组织微环境（原文为：tissue niche，直译为组织壁龛，但对于壁龛这个词，太拗口了，其实说的就是微环境）对于设计有效的免疫疗法是重要的，然而，这仍然是一项具有挑战性的任务。在Cancer Cell期刊的一篇文献中，研究者通过对患有肝转移的结肠直肠癌患者进行全面的单细胞分析，拼凑出了这个谜团的全貌。
——Cancer Cell期刊介绍——
本文取自Cancer Cell 期刊上的一篇文章，在此也对Cancer Cell 期刊进行介绍。Cancer Cell 已被国际权威数据库SCIE、SCI收录，是国际顶级期刊。该刊致力于发表经过严格同行评审的高质量原创文章，反映医学-肿瘤学领域的新进展、新技术、新成果，促进该领域科研交流和科研成果转化。该刊2021年影响因子为38.585。
——正 文——
研究简要：
肿瘤微环境（TME）与免疫治疗反应有关，但尚不清楚癌症细胞和宿主组织如何不同地影响TME内的免疫成分。研究者对肝转移性结直肠癌的自体样本进行了单细胞分析，以解开形成TME的因素。通过在不同组织对比CD45+细胞，研究者将耗尽的CD8+T细胞（Texs）和活化的调节性T细胞分类为M型，其表型与恶性肿瘤相关，而自然杀伤细胞和黏膜相关不变T细胞（Mucosal-associated T cells, MAIT，是一种进化保守的T细胞亚群，通过T细胞受体 (T cell receptor, TCR)介导识别来自维生素B2生物合成途径的代谢产物来对大多数细菌发生反应。）被定义为N型，其临床表型与生态位相关。原发性和转移性肿瘤中Tex之间的T细胞受体共享表明存在常见的外周未耗尽前体。对于髓细胞，树突状细胞（DC3s）和SPP1+巨噬细胞的亚群为M型，后者在肝转移中占主导地位，表明其具有促转移作用。研究者的分析桥接了原发性和转移性肿瘤的免疫表型，从而有助于理解肿瘤特异性背景并确定促转移成分。
研究简要图
在肿瘤进展过程中，肿瘤微环境（TME）中的免疫细胞的组成和表型类型是由恶性细胞和邻近组织的生态位（又是niche一词，生态位又称生态龛。表示生态系统中每种生物生存所必需的生境最小阈值。）共同形成的。尽管恶性肿瘤被认为在这一过程中起着主导作用，但越来越多的文献表明，邻近组织的生态位也可能影响某些TME中的特定免疫群体。这种影响进一步分解为组织特异性免疫（组织特异性就是多细胞生物个体，每个组织具有与其它组织相区别的特征。组织特异性 tissue specificity 的存在是取决于构成该组织主要成分的细胞性质。），导致了不同癌症类型的TME异质性，以及TME中共存的其他非恶性因素，如胚系突变（germline mutations）和微生物组。TME中免疫亚群与恶性肿瘤、组织生态位或其他促成因素的精确定位，对于开发有效和低毒的免疫疗法是至关重要的。然而，癌症细胞与组织微环境的共存使得难以理清不同免疫细胞亚群的来源。另一方面，转移性肿瘤（种子）在转移到不同器官特异性组织环境（土壤）时会保留遗传特征，因此，转移性TME中的细胞成分及其来源组织可通过单细胞转录组学分析获得。
CRLM、HCC和CRC的数据收集和不同的免疫特征
Liu等人分析了来自结直肠癌肝转移（CRLM）患者的单细胞RNA-sequencing（scRNA-seq）样本，发现了几个与恶性细胞或组织生态位密切相关的免疫细胞群。首先，作者从CRLM患者中收集了101个匹配的样本；这些样本覆盖了原发性肿瘤、邻近结肠、肠系膜淋巴结、肝转移、邻近肝脏和外周血。从这些样本中对CD45+免疫细胞进行流式分选，以进行scRNA-seq数据生成，共获得330K个高质量转录组。此外，来自非转移性结肠直肠癌或肝癌患者先前研究的另外100个单细胞样本（CRC）与CRLM样本相结合。通过使用非转移性样本，Liu等人鉴定了组织特异性免疫群体，如肝脏富含的KLRB1+驻留记忆CD8+T细胞和结肠富含的上皮内淋巴细胞（IEL）等。然而，超过一半的免疫亚群不能明确地与恶性肿瘤或组织起源联系在一起，因为它们可能来自更复杂的生物过程。
为了在转移性肿瘤患者中追踪定位免疫细胞，Liu等人开发了PhenoAligner方法。根据PhenoAligner指数，肝转移组的免疫亚群分为三类：恶性肿瘤相关（M型）、肿瘤相关（N型）和复合相关（C型）。在这个框架下，Liu等人进行了肝转移中主要免疫群体的比例勾勒。
CRLM患者主要免疫群体的富集
首先，对耗尽的CD8+T细胞（Tex）亚群的研究表明，功能失调的layilin+（LAYN）T细胞与原发性肿瘤中的T细胞表现出高度的基因表达相似性，因此它们被归类为M型。通过追踪不同组织中共享的T细胞受体（TCRs），作者证实LAYN+Tex细胞簇中的TCRs在原发性肿瘤和肝转移中显著共存。由于TME中耗尽的T细胞的细胞流动性低，很可能肝转移瘤中的恶性细胞表达相同的癌相关抗原，并诱导相同抗原特异性CD8+T细胞的克隆扩增。基于TCR共享的证据，血液中最近激活的效应记忆T细胞可能是两个肿瘤部位共享T细胞的来源。
利用表型比对分离癌症细胞和宿主器官对TME的影响
CD8+耗竭的T细胞与恶性肿瘤相关且依赖于TCR
结直肠癌和肝脏生态位对CD4+T细胞亚群的影响不同
对CD4+T细胞的分析揭示了四个M型簇，包括两种辅助性（Th17和Th1样）和两种调节性（Treg-IL10和Treg-CTLA4）亚群，所有这些亚群在原发性肿瘤中都显著富集。
为了解释这些CD4+T细胞簇在远端肿瘤中的再生，Liu等人提出了两种可能的机制：
（1） 前体T细胞已经存在于组织中并克隆扩增自相同的癌症抗原激活；（2） 这些T细胞被不同组织中的癌症细胞独立招募。
通过追踪CD4+T细胞中的TCR，作者表明Treg-CTLA4和Th1样亚群在原发性和转移性肿瘤之间表现出显著的共享，这一结果暗示了第一种机制。相反，Th17和Treg-IL10 T细胞在两个肿瘤部位表现出相互排斥的TCR使用，因此这些细胞可能是由两个组织微环境的共性诱导的，例如与肠道环境相关的特征。
肝转移中的髓细胞成分也显示出令人感兴趣的组织特异性特性。三个肿瘤相关巨噬细胞（TAM）簇被分配为M型，包括MKI67+、SPP1+和C1QC+TAMs。通过将非转移性肝脏样本与CRC样本进行比较，Liu等人进行了一项有趣的观察：SPP1+TAM在非转移性CRC中很常见，但在非转移型肝癌中缺失，然而在CRLM患者中，这些细胞主要在肝脏中观察到转移。FACS进一步验证了转移性肿瘤中存在SPP1+TAMs。这些结果有力地支持了恶性细胞是SPP1+巨噬细胞的主要驱动因素的可能性。对树突细胞（DC）群体进行了相同的分析。Liu等人观察到，cDC2–C1QC簇与最近报道的DC3群体具有相同的分子特征（Diao et al.，2018），并且该簇在两个肿瘤位点都富集，并被归类为M型。随后使用TCGA数据进行的生存分析表明，SPP1+TAM和DC3亚群的分子特征与多种人类癌症的不良临床结果有关。
在这项工作中，Liu等人将转移性肿瘤中的不同免疫成分与它们可能的起源联系起来。计算分析表明，这些免疫亚群中的一些显然是恶性肿瘤驱动的，这一发现可能会促使未来对这些细胞进行临床研究，以发现新的治疗机会。此外，观察到原发性和转移性肿瘤之间CTLA4+Tregs的TCR共享，表明这些Tregs的克隆激活是针对癌症相关抗原的，而不是针对组织相关抗原，这可能值得进一步试验验证。另一个有趣的发现是转移瘤中SPP1+TAMs的富集度高于原发性肿瘤，恶性肿瘤驱动的巨噬细胞极化或募集机制。总体而言，Liu等人通过细致的研究设计和全面的单细胞分析，提高了对肿瘤免疫微环境的认识。本研究中产生的高质量scRNA-seq数据也将为未来研究肿瘤迁移过程中的免疫反应提供宝贵的资源。
参考文献
1.Yu X, Li B. Seed or soil: Tracing the immune subsets in metastatic tumors. Cancer Cell. 2022 Apr 11;40(4):353-355. doi: 10.1016/j.ccell.2022.03.001. Epub 2022 Mar 24. PMID: 35334203.
2.Liu Y, Zhang Q, Xing B, Luo N, Gao R, Yu K, Hu X, Bu Z, Peng J, Ren X, Zhang Z. Immune phenotypic linkage between colorectal cancer and liver metastasis. Cancer Cell. 2022 Apr 11;40(4):424-437.e5. doi: 10.1016/j.ccell.2022.02.013. Epub 2022 Mar 17. PMID: 35303421.
