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在癌症的臨床治療中，免疫檢查點抑制劑（Immune-checkpoint blockade，ICB）療法已獲得了巨大的成功。 然而，採用抗PD-1或抗CTLA-4單藥治療方案卻會出現一定程度的低響應率，因此，明確低響應率的原因及機制，並尋找提升ICB治療響應率的方法是目前研究的重點。
最近，由美國La Jolla免疫研究所Pandurangan Vijayanand教授所領銜的研究團隊在Nature Immunology期刊發表重要研究成果，他們首次揭示 抗PD-1治療將上調多種腫瘤組織浸潤的濾泡調節性T細胞（Tfr）的數量。Tfr細胞的克隆和分化過程與普通Treg細胞有很多相似性，但具有更強的免疫抑制能力和增殖能力。 在小鼠模型中，當Tfr細胞發育缺失，或先使用抗CTLA-4抑制Tfr細胞後，抗PD-1治療的抗腫瘤能力將顯著提高[1]。
這意味著， Tfr細胞的免疫抑制能力，是導致PD-1抑制劑低響應率的可能原因之一，將Tfr作為靶點，尤其是在PD-1抑制劑前使用CTLA4抑制劑，可能是破解免疫治療低響應率的關鍵。
論文首頁截圖
科學家已經發現，ICB治療低響應率很可能與腫瘤組織中浸潤的調節性T細胞（Treg）有關[2]，腫瘤組織中Treg細胞數目升高的患者，生存率相對較差[3]。對Treg細胞進一步的研究發現，在次級淋巴器官中，其可進一步分化為表達PD-1的Tfr細胞亞型[4,5]， 該亞型能夠限制淋巴生發中心功能[6]，阻斷針對自身抗原的體液免疫反應，並具有比未分化Treg細胞更強的免疫抑制能力[4,5]。
在抗腫瘤免疫反應研究中，T細胞、B細胞及三級淋巴結構（TLS）的作用及其對抗PD-1治療的反應機制已有較多文獻報導。然而，抗PD-1治療對Tfr細胞的影響及機制尚無深入研究。本研究提出假說認為， 「Tfr細胞在腫瘤的三級淋巴結構中廣泛分布，表達具有針對自身抗原的T細胞抗原受體，而腫瘤細胞高度表達自身抗原，因此Tfr細胞將促進腫瘤細胞的免疫逃逸反應。」
研究人員首先整合了6種癌症類型的已公開的9個單細胞測序資料庫，對腫瘤組織中浸潤性CD4+T細胞進行了Meta分析，發現Treg細胞在腫瘤浸潤性CD4+T細胞中占有較高比例（約5-55%）（圖1A），而這些Treg細胞中約有5-30%為Tfr細胞（圖1B）。該研究進一步收集了肺癌患者組織樣本進行驗證，通過流式檢測，發現Tfr細胞在CD4+T細胞中的比例約為10-20%（圖1C）。 這說明Tfr細胞在多種癌組織中廣泛存在。
圖1 （A-B）不同單細胞測序資料庫中Treg細胞占CD4+T細胞比例（A）、Tfr細胞占Treg細胞比例（B）；（C）肺癌組織中Tfr細胞占CD4+T細胞比例；
接著，研究者發現Tfr細胞高度表達CTLA-4及PD-1（圖2A），這意味著從機制上，抗CTLA-4治療可有效抑制Tfr細胞，而抗PD-1治療可能會激活Tfr細胞。
TLS及相鄰的B細胞、濾泡輔助性T細胞能夠增強抗腫瘤免疫[7,8]，該研究發現Tfr細胞在TLS中的比例顯著高於腫瘤中的（圖2B）， 說明Tfr細胞可能通過調控TLS形成，或抑制其相鄰的B細胞和濾泡輔助性T細胞，從而抑制抗腫瘤免疫。
圖2 （A）Tfr細胞所表達的CTLA-4和PD-1水平；（B）TLS和腫瘤中Tfr細胞和Treg細胞比例；
研究人員進一步將人類腫瘤組織內Tfr細胞與Treg細胞進行單細胞測序對比，發現兩種細胞的克隆和發育相幹基因有高度相似性（圖3A）， 但Tfr細胞的免疫抑制基因（CTLA4，TGFB1和IL10）和增殖基因（TOP2A和MI67）表達量更高（圖3B）。
接著，該研究探索了Tfr細胞對CD8+T細胞增殖能力的影響。研究者發現，無論是在小鼠體內實驗，還是體外共培養， 與Treg細胞相比，Tfr細胞抑制CD8+T細胞增殖及其分泌的功能分子的能力更強（圖3C）。
為進一步明確該免疫抑制能力對腫瘤的影響，研究者將CD8+T與Treg細胞或Tfr細胞過繼轉移至腫瘤小鼠體內，發現接受Tfr細胞的小鼠CD8+T細胞抗腫瘤免疫能力顯著降低、腫瘤體積增大（圖3D）。 這些研究表明 Tfr細胞比Treg細胞有更強的免疫抑制能力，可通過抑制CD8+T細胞而抑制抗腫瘤免疫。
圖3 （A）測序數據主成分分析；（B）Tfr細胞及Treg細胞基因表達量比較；（C）Tfr細胞對CD8+T細胞的影響；（D）Tfr細胞對腫瘤體積的影響；
下一步，該研究探索了抗PD-1治療對Tfr細胞的影響，發現PD-1抗體會導致腫瘤中Tfr細胞顯著增高（圖4A）。為明確Tfr細胞對抗PD-1治療效果的影響，他們敲除了小鼠Tfr細胞（圖4B）、或使用抗CTLA-4抑制Tfr細胞數量及功能（圖4C），發現能夠進一步增強PD-1抗體對黑色素瘤的治療效果，腫瘤體積顯著減小， 提示在抗PD-1治療之前抑制Tfr細胞可有效提高免疫治療有效性。
圖4 （A）抗PD-1治療對Tfr細胞的影響；（B）敲除Tfr細胞後，抗PD-1治療的抗腫瘤能力；（C）不同ICB治療方案的抗腫瘤能力對比；
最後，該研究收集了271名黑色素瘤患者的臨床研究數據，發現先使用抗CTLA-4治療，後使用抗PD-1治療的患者生存率顯著高於其它治療方案組（圖5）。 說明「先抗CTLA-4，後抗PD-1」貫續療法可能有效提高抗PD-1治療效果。
圖5 不同ICB治療方案存活率的隊列研究
綜上所述，Tfr細胞在多種癌組織中廣泛存在，具有更強的免疫抑制能力，抗PD-1治療將上調癌組織中Tfr細胞的數量；當Tfr細胞發育缺失，或先使用抗CTLA-4抑制Tfr細胞後，抗PD-1治療的抗腫瘤能力將顯著提高。
總的來說，該研究揭示了ICB治療低響應率的重要機制，發現了Tfr細胞對抗腫瘤反應的抑制作用。在臨床腫瘤免疫治療研究中，可以考慮驗證「先抗CTLA-4，後抗PD-1」序貫治療方案是否能夠有效提高響應率。
參考資料：
1.Eschweiler, S., et al., Intratumoral follicular regulatory T cells curtail anti-PD-1 treatment efficacy. Nat Immunol, 2021.
3.De Simone, M., et al., Tranional Landscape of Human Tissue Lymphocytes Unveils Uniqueness of Tumor-Infiltrating T Regulatory Cells. Immunity, 2016. 45(5): p. 1135-1147.
4.Sage, P.T., et al., The coinhibitory receptor CTLA-4 controls B cell responses by modulating T follicular helper, T follicular regulatory, and T regulatory cells. Immunity, 2014. 41(6): p. 1026-39.
5.Sage, P.T., et al., Circulating T follicular regulatory and helper cells have memory-like properties. J Clin Invest, 2014. 124(12): p. 5191-204.
6.Linterman, M.A., et al., Foxp3+ follicular regulatory T cells control the germinal center response. Nat Med, 2011. 17(8): p. 975-82.
7.Helmink, B.A., et al., B cells and tertiary lymphoid structures promote immunotherapy response. Nature, 2020. 577(7791): p. 549-555.
8.Hollern, D.P., et al., B Cells and T Follicular Helper Cells Mediate Response to Checkpoint Inhibitors in High Mutation Burden Mouse Models of Breast Cancer. Cell, 2019. 179(5): p. 1191-1206.e21.
本文作者 | 陳威威