Nature：北大張澤民組開發新方法，揭示結直腸癌T細胞動態變化

10月29日，北京大學未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）、生命科學學院BIOPIC、北大-清華生命科學聯合中心的張澤民研究組與美國安進公司歐陽文軍團隊及北京大學人民醫院申占龍課題組合作發表最新研究成果。該研究開發了STARTRAC的生物信息學分析方法，利用該方法系統性地刻畫了來自12個結直腸癌病人的大量T細胞的組織分布特性、克隆增生、遷移和狀態轉化關係（圖1），是迄今為止國際上針對結直腸癌腫瘤微環境中單個T細胞規模最全面深入的新穎性研究。

本文轉載自「北京大學科學研究部」，編輯：山石。

圖1. STARTRAC生物信息定量分析方法示意圖

腫瘤浸潤T淋巴細胞在腫瘤免疫治療中發揮核心作用。基於免疫檢查點（如CTLA-4，PD-1/PD-L1）開發的抑製劑藥物在多種癌症治療中取得良好療效，然而不同類型癌症病人的療效迥異。近期小鼠模型實驗證明腫瘤外部的T細胞可以參與系統性抗腫瘤免疫反應 ，不同狀態的CD8+T細胞對免疫檢查點抑製劑的治療效果差異顯著，這暗示T細胞的遷移潛能和狀態變化特性，可能對其抗擊腫瘤發揮至關重要的作用。基於單細胞轉錄組學的研究在T細胞的亞型分類和分子圖譜刻畫上取得了一系列進展，而描繪人體內T細胞的動態變化一直是研究的難點。

為攻克該研究難點，張澤民教授的研究團隊開創性地利用T細胞受體（TCR）作為標籤，開發了STARTRAC系統性的生物信息定量分析方法，利用該方法對結直腸癌病人癌組織、癌旁組織以及外周血中鑒定的20類不同類型T細胞進行追蹤（圖2），取得了一系列新進展。研究發現除了腫瘤微環境外，TCR也會影響腫瘤浸潤CD8+效應記憶T細胞（effector memory T cell）向「耗竭性T細胞 （exhausted T cell）」和效應T細胞的轉化，該發現將有助於我們理解腫瘤微環境中耗竭性T細胞的來源，並為逆轉其狀態提供新的思路。

圖2. 結直腸癌患者T細胞主要類群及其特徵

多項臨床試驗表明，MSI/dMMR（錯配修復基因缺陷）結直腸癌病人對免疫檢查點抑製劑的治療響應顯著優於MSS病人。以往基於組織水平的研究發現，這兩類結直腸癌病人有顯著的T細胞基因表達差異，如IFNG和PDCD1，推測這種差異可能來自CD8 T細胞和TH1細胞。由於技術限制，對MSI和MSS結直腸癌病人差異類群的尋找和鑒定一直沒有解決。該研究基於單細胞測序技術，發現MSS結直腸癌病人比MSI病人顯著富集TH17細胞，而MSI病人中顯著富集一群高表達CXCL13的TH1-like細胞。

值得注意的是，研究人員在結直腸癌癌組織中發現了兩群高表達IFNG的CD4 TH1-like細胞，只有高表達CXCL13的亞群在MSI病人中顯著富集。研究人員進一步發現，這兩群TH1-like細胞具有不同的IFNG轉錄調控因子，其中BHLHE40不僅可以促進產生效應性的IFN-?分子，還可以抑制產生抑制性的IL-10分子，提示CXCL13+ TH1-like細胞可能與免疫檢查點抑製劑的治療響應相關（圖3）。此外，該類群細胞高表達多種在腫瘤免疫中功能未知的膜表面蛋白，其中IGFLR1作為新的協同刺激因子，IGFLR1/IGFL3通路可作為潛在的藥物治療靶點。

圖3. MSI病人顯著富集高表達BHLHE40和IGFLR1的CXCL3+ TH1-like細胞

該研究第一作者北京大學前沿交叉研究院的博士後張雷表示，目前國際上針對腫瘤微環境中T細胞的研究更多關注分類層面，想要有所突破亟需新穎的分析角度和觀念。本研究團隊經過多次大膽嘗試，率先開發了基於TCR序列的STARTRAC系統性生物信息學定量分析方法，深入刻畫了T細胞在結直腸癌腫瘤微環境中的動態變化，這為進一步解析T細胞在不同結直腸癌病人間的差異奠定了堅實的基礎，同時為挖掘新的治療靶點提供了契機。

團隊合影。論文共同通訊作者：張澤民（後4），歐陽文軍（後3），申占龍（後5）；共同第一作者：張雷（前5），鄭良濤（後6），張園園（前6）（從左向右）

北京大學前沿交叉研究院博士後張雷、美國安進公司炎症與腫瘤部Yu Xin、北京大學前沿交叉研究院博士生鄭良濤、北京大學生命科學學院博士生張園園為該論文並列第一作者。北京大學生命科學學院BIOPIC、北京未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）、北大-清華生命科學聯合中心張澤民、美國安進公司炎症與腫瘤部歐陽文軍，以及北京大學人民醫院胃腸外科申占龍為該論文的共同通訊作者。該研究得到北京未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）、國家重點研發計劃、國家自然科學基金和美國AMGEN的支持和資助。

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