《自然》：科學家揭秘免疫細胞被腫瘤「洗腦」機制，簡直就是誤入傳銷組織！｜科學大發現

你說腫瘤到底對免疫細胞做了什麼？為什麼科學家明明看到大量的免疫細胞進入了腫瘤，可是腫瘤卻不受任何影響，依舊高速生長？

在50多年前，瑞典腫瘤學家Ingegerd和Karl Hellstr?m夫婦和他們的同事就發現了這個現象(1)，之後腫瘤學家把這種現象叫做「Hellstr?m悖論」(2)。

Ingegerd和Karl Hellstr?m夫婦

近年來，科學家發現攜帶PD-L1的癌細胞可以與攜帶PD-1的免疫細胞「相逢一笑泯恩仇」；可是用抗體這個「面具」遮住它們的笑臉之後，依舊有80%左右的腫瘤可以與免疫細胞和平相處。這仍舊不能很好地解釋「Hellstr?m悖論」。

近日，來自紀念斯隆凱特琳癌症研究中心的Andrea Schietinger教授帶領研究團隊解開了背後的秘密。他們的這一重要研究成果刊登在5月中旬的《自然》雜誌上(3)。

原來腫瘤像是一個「邪教組織」，它不僅可以讓免疫細胞與它「相逢一笑泯恩仇」，還可以改造殺傷性T細胞的「思想」，讓它們「放下屠刀」，在腫瘤與人體正常細胞的競爭之間保持中立。

金風玉露一相逢，相逢一笑泯恩仇

腫瘤微環境的對T細胞強大影響力確實讓人嘆服。不過Schietinger教授在2016年就發現，腫瘤對T細胞的「洗腦」是分階段的(4)，早期的時候，T細胞還具有可塑性，到了晚期T細胞就成了腫瘤的「死忠粉」，怎麼都拉不回來。

這一次，她們不僅發現了T細胞在不同階段表現不同的分子層面原因，而且找到了如何區分哪些T細胞已經被徹底「洗腦」，以至於無法挽回；哪些T細胞受的影響較小，還可以解救。

T細胞是由胸腺內的淋巴幹細胞分化而成，是淋巴細胞中數量最多，功能最複雜的一類細胞。其中的一種就是殺傷性T細胞，也叫細胞毒性T細胞，它能通過釋放γ-干擾素、腫瘤壞死因子α等「利器」殺死靶細胞，如被病原體感染的細胞和表達有腫瘤特異性抗原的細胞。

但是，科學家們發現在實體瘤內的殺傷性T細胞卻會變「溫順」，對癌細胞視而不見，任其自由發展！這也是為什麼免疫治療只能在五分之一左右的患者身上有效，而且只針對某些類型的癌症，其餘的都沒有回應，或者回應不會持續的原因。

那麼免疫治療中有效果的T細胞和效果不理想的T細胞之間有何差異呢？本文的第一作者Philip博士和她的同事們在之前的小鼠實驗中，發現T細胞在腫瘤發育早期就會出現「溫順」狀態，但此時這種狀態是可逆的，經過PD-1抑制劑的「調教」，T細胞還可以「迷途知返」，再次對抗癌症。後來，經過進一步的分化，這種「溫順」狀態固定下來，即使把這些出現T細胞從腫瘤微環境中移植到正常環境中，經過多輪細胞分裂也無法逆轉！

Schietinger教授

研究人員假設可能是表觀遺傳印跡從中作梗。然而，具體的表觀遺傳程序卻是未知的。Schietinger教授猜想，這是細胞內DNA的包裝方式——由被稱作「組蛋白」的蛋白質將DNA包裹形成的染色質——發生了變化，這種染色質的不同狀態會影響細胞內的某些基因「打開」或「關閉」狀態，進而影響細胞的具體功能。其中的「開放」的區域是轉錄因子和轉錄元件主要的結合位點。因此，他們採用了ATAC-seq技術來分析染色質可接近性圖譜，從而揭示染色質結構的變化。

首先，研究人員採用ATAC-seq技術，探究了在急性感染過程中，小鼠的T細胞染色質的變化。他們發現，與感染當天原始的T細胞染色質狀態相比，感染後第5天及第7天時，發揮抗感染效應的T細胞染色質狀態發生了變化，感染後第60天具有記憶功能的T細胞染色質狀態也發生了變化（思想改造）；但是，效應T細胞與記憶T細胞的染色質狀態卻是相似的，即染色質狀態只發生了一次改變。

接下來，研究人員又在一種化學物質誘導的肝癌小鼠模型中，觀察不同時間點T細胞的分化狀態。與急性感染不同，T細胞染色質狀態發生了兩次改變：一次是在第5天和第7天的狀態1，一次是在第14天及以後60天的狀態2（此時腫瘤已完全壯大）。在這兩種狀態下，T細胞都沒有釋放它的殺手鐧（已經放下屠刀了）——γ-干擾素；然而，當給T細胞施加PD-1抑制劑時，狀態1的T細胞又恢復了產生γ-干擾素的功能，而狀態2的T細胞卻怎麼也拉不回來了。

之後，研究人員進一步分析了與這些內部染色質狀態變化及T細胞功能密切相關的細胞表面標誌物。他們發現了兩個特別的標誌物——CD38和CD101——之前科學家們並沒有關注它們。這兩個標誌物在處於狀態1的T細胞表面含量很低，而在處於狀態2的T細胞表面含量卻很高。同時，給CD38和CD101含量低的T細胞添加調節藥物培養後，它們又恢復了產生γ-干擾素的功能，而那些CD38和CD101含量高的T細胞並沒有恢復這種能力。更重要的是，從肺癌及黑色素瘤患者體內取出的腫瘤相關T細胞中，也檢測到了這兩種標誌物！

這些以前未知的與T細胞功能障礙相關的生物標誌物，可能會識別哪些患者更有可能對免疫治療響應，確切地說，哪些殺傷性 T細胞可以介導臨床反應。這讓研究人員興奮不已！ Philip博士表示，「或許，相比於那些對免疫抑制劑治療不反應的患者，反應的患者體內有更多的T細胞處於可逆的狀態，能夠被重新調教成抗癌戰士。」

Philip博士

儘管這只是一種設想，但是，如果真是如此，就像Schietinger教授說的那樣：「這將給臨床醫生打開了通往T細胞的大門，醫生可以對T細胞說：雖然你有很高的PD-1，但是讓我們來看看其它的標誌物，或許除了免疫抑制劑，你還需要來點別的，去抗擊腫瘤吧！」

另外，將研究中所採用的改變T細胞功能的藥物與檢查點抑制劑一起使用，或許能使腫瘤免疫治療在更多的患者身上有效。雖然，現在說這樣的話還為時尚早，但這正是Schietinger教授團隊要做的。

總體看來，這項研究成果不僅進一步解釋了「Hellstr?m悖論」；更重要的是，它具有極大的臨床意義，以後研究人員和醫生可以通過這個方法區分哪些患者可以從免疫治療中受益，甚至是哪些T細胞還有被改造的潛力。這必將大幅提升免疫治療的效果。

參考資料：

1.Hellstrom I, Hellstrom KE, Pierce GE, Yang JPS. 1968. Cellular and Humoral immunity to Different Types of Human Neoplasms. Nature 220: 1352-4

2.Lukashev D, Sitkovsky M, Ohta A. 2007. From 『Hellstrom Paradox–to anti-adenosinergic cancer immunotherapy. Purinergic Signalling 3: 129-34

3.Philip M, Fairchild L, Sun L, Horste EL, Camara S, Shakiba M, Scott AC, Viale A, Lauer P, Merghoub T, Hellmann MD, Wolchok JD, Leslie CS, Schietinger A. 2017. Chromatin states define tumour-specific T cell dysfunction and reprogramming. Nature advance online publication

4.Schietinger A, Philip M, Krisnawan VE, Chiu EY, Delrow JJ, Basom RS, Lauer P, Brockstedt DG, Knoblaugh SE, H?mmerling GJ, Schell TD, Garbi N, Greenberg PD. 2016. Tumor-Specific T Cell Dysfunction Is a Dynamic Antigen-Driven Differentiation Program Initiated Early during Tumorigenesis. Immunity 45: 389-401

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