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抗CTLA-4和抗PD-1检查点阻断通过不同细胞机制驱动抗肿瘤免疫

06月09日

整理：肿瘤资讯

来源：肿瘤资讯

由美国德州大学MD安德森癌症中心James P. Allison教授牵头的团队在顶级学术期刊Cell发表了题为“Distinct cellular mechanisms underlie anti-CTLA-4 and anti-PD-1 checkpoint blockade”的研究。研究人员通过质谱流式细胞术分析发现抗PD-1主要扩增耗竭样CD8+T细胞亚群，而抗CTLA-4额外诱导ICOS+Th1样CD4+效应细胞扩增。该研究证实两种疗法通过不同细胞机制驱动抗肿瘤免疫，为联合免疫治疗方案设计提供了关键理论依据。

【肿瘤资讯】特别整理该研究的重要信息，以飨读者。

质谱流式揭示抗CTLA-4与抗PD-1的差异化T细胞调控机制

免疫治疗已成为癌症治疗的重要治疗手段，但其显著的免疫介导反应仅局限于少数患者群体。免疫检查点阻断（ICB）疗法通过抗CTLA-4和抗PD-1抗体能在部分患者中诱导持久的肿瘤免疫应答，然而目前对这两种治疗手段介导肿瘤免疫排斥的核心分子机制仍缺乏系统性认知，这直接制约了现有疗法的优化及联合治疗策略的合理设计。尽管研究显示肿瘤突变负荷及特定遗传变异可能影响ICB疗效，但不同肿瘤类型对治疗敏感性的显著差异仍无法完全解释——这种差异可能源于不同肿瘤引发的免疫应答类型存在本质区别，亦或宿主免疫反应强度存在组织特异性差异。

大量研究表明，CTLA-4和PD-1通过不同的机制减弱T细胞活化。CTLA-4在TCR连接后立即上调，并与CD28竞争B7配体结合，从而减弱CD28的正性共刺激。PD-1在T细胞活化后期被诱导，在与PD-L1或PD-L2结合后，通过招募酪氨酸磷酸酶来减弱TCR信号。除了利用不同的分子作用机制外，CTLA-4和PD-1还通过在空间和时间上分离的机制减弱T细胞活性。

CTLA-4主要通过细胞内在和外在机制在启动阶段减弱T细胞活化，而PD-1主要通过细胞内在机制在外周组织中减弱T细胞活性。PD-1和CTLA-4配体的细胞来源不同，且服务于不同的生理功能，这一事实突显了这种区别。因此，研究者们基于这些已知的分子和调控层面的差异，推测抗CTLA-4和抗PD-1诱导的抗肿瘤免疫应答是由不同的细胞机制介导的。这种从已知分子差异推导至未知细胞层面效应的逻辑，构成了本研究的理论基础。

为验证这一假设，本研究利用质谱流式细胞术全面分析了ICB后实体瘤的免疫浸润。质谱流式细胞术能够在单细胞分辨率下检测超过40种分析物，并利用高维分析系统地识别复杂的细胞群。基于质谱流式细胞术的方法已被用于表征包括造血、免疫细胞分化和白血病疾病进展在内的细胞过程；最近，也被用于分析实体瘤的免疫浸润。选择质谱流式细胞术是因为其高参数特性，能够对复杂的免疫细胞亚群进行精细的表型分析，这对于揭示ICB微妙且特异的细胞效应至关重要。

抗PD-1和抗CTLA-4都仅靶向肿瘤浸润T细胞群的一个亚群，诱导耗竭样CD8+T细胞的扩增。值得注意的是，抗CTLA-4而非抗PD-1调节CD4效应细胞区室，特异性诱导ICOS+Th1样CD4效应细胞亚群的扩增。这些临床前和临床分析共同表明，由CTLA-4和PD-1阻断诱导的抗肿瘤免疫应答是由不同的细胞机制驱动的。

免疫检查点抑制剂应答的T细胞特征

为了识别对ICB有应答的肿瘤浸润T细胞群，研究者通过质谱流式细胞术对肿瘤进行了分析，并采用一种经过充分验证的数据驱动的无监督聚类方法对细胞群进行分类，设计了一个包含33个表面标志物和10个细胞内标志物的染色组合。采用这种方法，分析了用抗CTLA-4或抗PD-1治疗的小鼠的免疫原性MC38结直肠肿瘤。为了能够分析TIL，研究者凭经验确定了肿瘤接种剂量和治疗方案（使用标准抗体剂量），使得在分析时肿瘤尽管诱导了有效的免疫应答但未被完全排斥。治疗仅在肿瘤变得可触及时开始，因此也更接近临床情况。

鉴于目前对CTLA-4和PD-1生物学的理解、染色组合的设计以及对总CD45+细胞区室的分析，分析重点放在T细胞区室。对T细胞区室的分析显示，在抗CTLA-4和抗PD-1治疗后，细胞群发生了显著的转变。这些观察结果与两种治疗后CD8/Treg比率的增加一致，这是通过手动圈门分析确定的，并反映了ICB诱导的有效免疫应答。

抗CTLA-4和抗PD-1治疗均导致CD8+T细胞的扩增，但并非所有CD8+T细胞亚群在ICB后都扩增。令人惊讶的是，在CD8细胞群中，一个表型耗竭的PD−1hiTIM3+群体扩增最为显著。这一发现具有重要意义，因为它挑战了传统观念中将耗竭标志物表达等同于不可逆功能丧失的看法，并提示这些“耗竭样”细胞恰恰是ICB发挥作用的关键靶点和效应细胞群体。

总之，这些数据表明，只有肿瘤浸润CD4和CD8+T细胞的特定群体介导对ICB的应答，并表明对这些表型定义的T细胞亚群的量化将比评估总体区室提供更好的预测价值。这些发现强化了数据驱动的多变量分析能够实现无偏见的全面细胞分类和对生物学相关群体的稳健从头发现的观点。

抗CTLA-4和抗PD-1在肿瘤浸润CD4+T细胞的差异转录调控

研究者调查了抗CTLA-4和抗PD-1是否在肿瘤浸润CD4+T细胞中诱导不同的转录变化，正如在临床前和临床背景下CD8+T细胞中观察到的那样。对MC38肿瘤浸润ICOS+CD4+T细胞的基因表达分析显示，抗CTLA-4和抗PD-1诱导了显著但很大程度上不重叠的转录应答。在每种治疗调控的前15个细胞通路中，只有3个是共享的。线粒体和氧化磷酸化通路是抗PD-1调控最显著的通路之一，这与这些通路可以限制TME中T细胞活性的发现一致。CTLA-4阻断导致了很大程度上不同的通路的参与，其中包括参与细胞周期调控的通路。这种在分子水平上的差异为观察到的细胞表型和功能差异提供了更深层次的解释，例如，抗CTLA-4诱导的细胞周期相关基因的表达变化可能直接促进了ICOS+Th1样CD4细胞的扩增。

讨论

这些观察结果共同表明，抗CTLA-4和抗PD-1诱导的抗肿瘤应答是由不同的细胞机制驱动的，主要区别在于抗CTLA-4诱导的CD4效应细胞区室的扩增。鉴于研究者在部分消退的背景下对免疫应答进行了分析（这是实验设计），这些机制是否介导了抗原负荷清除背景下的完全肿瘤排斥仍有待确定。这些不同细胞机制的双重参与很可能至少部分地解释了在临床前和临床环境中观察到的抗CTLA-4和抗PD-1联合治疗的增强疗效。这一推论为当前癌症免疫治疗中联合用药策略的成功提供了细胞层面的解释，即通过同时靶向不同的免疫调节点，可以更全面地激活抗肿瘤免疫。总之，研究者采用基于质谱流式细胞术的系统方法，全面分析了临床前和临床肿瘤样本中的T细胞。确定了在ICB应答中扩增的特定肿瘤浸润T细胞群，并证明了抗PD-1和抗CTLA-4通过不同的细胞机制起作用。这一发现为精准免疫治疗提供了重要启示。

参考文献

[1].Wei SC， Levine JH， Cogdill AP， et al. Distinct Cellular Mechanisms Underlie Anti-CTLA-4 and Anti-PD-1 Checkpoint Blockade. Cell. 2017;170（6）:1120-1133.e17. doi:10.1016/j.cell.2017.07.024

审批号：CN-161249
有效期至：2026-06-05
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责任编辑：肿瘤资讯-QTT
排版编辑：肿瘤资讯-高惠