撰文|細(xì)胞工程師

腫瘤免疫治療 ， 尤其是過繼性T細(xì)胞療法和免疫檢查點阻斷療法 ， 已在部分患者中取得巨大成功 。 然而 ， 療效的高度不可預(yù)測性一直是臨床實踐與基礎(chǔ)研究中的未解之謎 ， 為何有些患者響應(yīng)良好而另一些則完全無效 。 傳統(tǒng)觀點將這種差異歸因于腫瘤遺傳或表觀遺傳差異、抑制性微環(huán)境或T細(xì)胞耗竭等確定性因素 【 1，2 】 。 但是 ， 在高度可控的動物模型中觀察到的巨大反應(yīng)差異提示 ， 免疫反應(yīng)本身可能具有內(nèi)在的隨機(jī)性（Stochasticity） 【 3，4 】 。 這種隨機(jī)性的源頭是什么 ？ 它能否被識別并用于預(yù)測和改善腫瘤免疫治療的療效 ？

近日 ， 美國 國家癌癥研究所 的 Gr égoire Altan-Bonnet 領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊在 Cell 雜志上發(fā)表 題為 Stochasticity in cancer immunotherapy stems from rare but functionally critical Spark T cells 的研究論文 。 該研究通過 數(shù)千次 高度可控的體外免疫實驗 ， 結(jié)合創(chuàng)新的數(shù)學(xué)模型與機(jī)器學(xué)習(xí)分析流程 ， 首次揭示了一種極為罕見但功能關(guān)鍵的CD8 + T細(xì)胞亞群——Spark T細(xì)胞 ， 正是其隨機(jī)激活驅(qū)動了腫瘤免疫治療宏觀反應(yīng)的巨大變異性 。 研究進(jìn)一步在人類T細(xì)胞及患者數(shù)據(jù)中驗證了這類細(xì)胞的存在 ， 證明其豐度可預(yù)測免疫檢查點抑制劑療效 ， 并指出其作為克服免疫治療耐藥新靶點的巨大潛力 。

研究人員首先設(shè)計了一套巧妙的體外免疫測定系統(tǒng) ， 在微孔中培養(yǎng)遺傳背景完全相同的抗原特異性幼稚CD8 + T細(xì)胞與表達(dá)抗原的黑色素瘤細(xì)胞 ， 并通過大量技術(shù)重復(fù)來量化免疫反應(yīng)的變異性 。 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn) ， 盡管這些技術(shù)重復(fù)的初始條件一致 ， 但T細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤殺傷 、 T細(xì)胞激活程度 、 干擾素-γ（IFN-γ）分泌量等關(guān)鍵指標(biāo)在重復(fù)實驗間存在巨大差異 ， 變異系數(shù)（CV）極高 。 相比之下 ， 化療藥物或細(xì)胞因子直接殺傷腫瘤的效果則高度可重復(fù) 。 重要的是 ， 這一現(xiàn)象排除了腫瘤細(xì)胞遺傳或表觀遺傳異質(zhì)性的主導(dǎo)作用 ， 將變異的源頭指向T細(xì)胞自身 。

進(jìn)一步的定量分析顯示 ， 被激活的T細(xì)胞數(shù)量變異遵循一個“平移”的泊松分布規(guī)律 。 這強(qiáng)烈暗示存在一個稀有的T細(xì)胞亞群 ， 其數(shù)量本身服從泊松分布 ， 而它們的隨機(jī)激活能夠通過某種機(jī)制“引燃”周圍大量旁觀者T細(xì)胞 ， 從而決定整個免疫反應(yīng)的命運 。 因此 ， 研究人員將此稀有亞群命名為SparkT細(xì)胞（T spark ） 。

進(jìn)一步的機(jī)制研究表明 ， IFN-γ則是關(guān)鍵的“引燃”介質(zhì) 。 少數(shù)被激活的 Spark T細(xì)胞迅速產(chǎn)生大量IFN-γ ， 一方面上調(diào)腫瘤細(xì)胞表面的MHC-I類分子表達(dá) ， 增強(qiáng)抗原呈遞 ； 另一方面以旁分泌方式強(qiáng)烈激活旁觀者T細(xì)胞 ， 形成正反饋循環(huán) ， 最終放大免疫反應(yīng) 。 阻斷IFN-γ信號可大幅降低整體T細(xì)胞激活的變異性 ， 而預(yù)先用IFN-γ處理腫瘤細(xì)胞（模擬MHC上調(diào)）則能減少變異 。 研究人員為此建立了一個整合了 Spark T細(xì)胞偶然激活與細(xì)胞因子正反饋作用（細(xì)胞因子對旁觀者 T細(xì)胞的帶動作用 ）的隨機(jī)數(shù)學(xué)模型 ， 完美復(fù)現(xiàn)了實驗中觀察到的“平移泊松”依賴關(guān)系 ， 進(jìn)一步提示免疫治療反應(yīng)因人而異的根源 ， 很可能在于一種稀有的 Spark T細(xì)胞 ， 且其數(shù)量波動具有隨機(jī)性 。

那么 ， 如何在浩如煙海的T細(xì)胞中找到這些稀有的 Spark T細(xì)胞 ？ 研究人員進(jìn)一步開發(fā)了一套名為 StoICS （Stochasticity- based i dentification of cell s ubsets）的機(jī)器學(xué)習(xí)分析流程 。 該流程將上述隨機(jī)數(shù)學(xué)模型與高維單細(xì)胞數(shù)據(jù)相結(jié)合 ， 以精準(zhǔn)定位稀有的 Spark T細(xì)胞 。 研究人員利用該流程 ， 首先在小鼠初始CD8 + T細(xì)胞中成功鑒定出 Spark T細(xì)胞的前體細(xì)胞（T proto-spark ） 。這群細(xì)胞僅占初始T細(xì)胞的不到2%，其最顯著的表面標(biāo)志物特征是CD5lowCD11ahigh。單細(xì)胞ATAC-seq檢測分析結(jié)果顯示 ， 與其他幼稚T細(xì)胞相比 ， T proto-spark 細(xì)胞在Ifng基因座具有更高的染色質(zhì)開放性 ， 這解釋了它們?yōu)楹文芨焖俚貑覫FN-γ的產(chǎn)生 。 功能實驗進(jìn)一步證實 ，分選富集出的CD5lowCD11ahighT細(xì)胞在激活后能快速產(chǎn)生大量的IFN-γ、CCL5、TNF和IL-2。

研究人員進(jìn)一步探究了在人體臨床前實驗環(huán)境中 ， 腫瘤治療反應(yīng)是否也存在類似的隨機(jī)現(xiàn)象 ， 即使用了經(jīng)過體外擴(kuò)增、且攜帶針對腫瘤細(xì)胞特異性 TCR的T細(xì)胞進(jìn)行驗證 。 研究人員使用工程化表達(dá)NY-ESO-1特異性TCR（ 1G4 ）的人CD8 + T細(xì)胞母細(xì)胞與神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞共培養(yǎng) ， 同樣觀察到了高度的反應(yīng)隨機(jī)性 。 StoICS 流程再次成功地在人類T細(xì)胞中識別出一個稀有的細(xì)胞簇 ， 其表型為CCR7 low CD45RO high ， 屬于效應(yīng)記憶T細(xì)胞亞群 。 分選富集實驗證實 ， 正是這群細(xì)胞具備快速產(chǎn)生IFN-γ的能力 ， 是人類T細(xì)胞中的T proto-spark 細(xì)胞 。

更為重要的是 ， 在8名健康供者來源的TCR-T細(xì)胞產(chǎn)品中 ， CCR7 low CD45RO high T細(xì)胞的比例存在巨大的個體差異 ， 且該比例與T細(xì)胞在非依賴TCR刺激下快速產(chǎn)生IFN-γ的能力 、 以及與腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)時的免疫激活強(qiáng)度顯著正相關(guān) 。 這提示 ，臨床T細(xì)胞產(chǎn)品中Tproto-spark前體細(xì)胞的豐度，可能是決定過繼細(xì)胞療法效力的關(guān)鍵變量之一。

此外 ， 研究人員進(jìn)一步利用腫瘤免疫大數(shù)據(jù)引擎（CIDE）數(shù)據(jù)庫中13個患者隊列的活檢轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和臨床信息進(jìn)行分析 。 他們發(fā)現(xiàn) ， 在腫瘤MHC-I表達(dá)水平較低（即免疫逃逸風(fēng)險較高）的患者中 ， T proto-spark 基因特征 （ENTPD1 high CD2 high ）能夠高精度地預(yù)測患者對抗CTLA-4療法的客觀緩解反應(yīng) ， 其預(yù)測能力優(yōu)于現(xiàn)有標(biāo)志物 。 尤為關(guān)鍵的是 ， 該 基因標(biāo)簽 在大多數(shù)未接受抗CTLA-4治療（僅接受抗PD-1/PD-L1）的隊列中預(yù)測能力不佳 ， 從而揭示了這兩種療法作用機(jī)制的差異 。 生存分析進(jìn)一步表明 ， 在抗CTLA-4治療隊列中 ， T proto-spark 基因 特征高的MHC-I低表達(dá)患者擁有更長的總生存期 。

綜上所述 ， 本研究通過融合定量實驗 、 理論建模與機(jī)器學(xué)習(xí) ， 將腫瘤免疫治療療效的巨大不確定性 ， 溯源至一群稀有但功能強(qiáng)大的 Spark T細(xì)胞 的隨機(jī)激活 。 這些細(xì)胞如同免疫系統(tǒng)的“火花塞” ， 其隨機(jī)點火通過IFN-γ介導(dǎo)的正反饋環(huán)路 ， 決定了整個抗腫瘤免疫反應(yīng)能否成功引爆 。 該發(fā)現(xiàn)不僅為理解免疫反應(yīng)的內(nèi)在隨機(jī)性提供了全新研究范式 ， 更鑒定出了可預(yù)測臨床療效的生物標(biāo)志物和潛在治療干預(yù)靶點 。 未來 ， 通過富集或體外擴(kuò)增患者自身 Spark T細(xì)胞 、 或開發(fā)藥物特異性增強(qiáng)該亞群功能 ， 有望為克服當(dāng)前免疫治療耐藥難題開辟全新的道路 。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.12.026

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

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