人類結(jié)直腸癌中空間組織的多細胞免疫中心

對癌癥的免疫反應(yīng)是高度可變的，錯配修復(fù)缺陷（MMRd）的腫瘤比錯配修復(fù)有效（MMRp）的腫瘤表現(xiàn)出更多的抗腫瘤免疫力。為了了解這些不同反應(yīng)的規(guī)則，我們對28名MMRp和34名MMRd個體的結(jié)直腸腫瘤和鄰近正常組織的371,223個細胞進行了轉(zhuǎn)錄分析。對88個細胞亞群及其204個相關(guān)基因表達程序的分析顯示，整個腫瘤有廣泛的轉(zhuǎn)錄和空間重塑。為了發(fā)現(xiàn)相互作用的惡性細胞和免疫細胞的樞紐，我們確定了不同細胞類型的表達程序，這些程序在受影響個體的腫瘤中共同變化，并使用空間分析來定位協(xié)調(diào)程序。我們發(fā)現(xiàn)在與組織損傷相關(guān)的腫瘤-管腔界面上有一個吸引骨髓細胞的中心，在腫瘤內(nèi)有一個富含MMRd的免疫中心，激活的T細胞與惡性細胞和骨髓細胞一起表達吸引T細胞的趨化因子。通過識別相互作用的細胞程序，我們揭示了空間上組織的免疫-惡性細胞網(wǎng)絡(luò)的邏輯。

結(jié)論

腫瘤是異質(zhì)性的，但腫瘤內(nèi)的免疫細胞可塑性較低，表現(xiàn)出的行為也比較有限。在這里，我們確定了反復(fù)出現(xiàn)的、空間上有組織的細胞與細胞之間的相互作用，這有助于MMRd和MMRp腫瘤中協(xié)調(diào)的多細胞免疫反應(yīng)。

我們的研究表明，T細胞在人類腫瘤內(nèi)被組織成結(jié)構(gòu)化的細胞鄰域。熱點的形成可能取決于一個正反饋回路，其中T細胞表達的IFNG驅(qū)動誘導(dǎo)CXCR3趨化因子（作為ISG反應(yīng)的一部分），然后吸引更多的T細胞和其他細胞。支持這一概念，研究表明，骨髓細胞中CXCR3趨化因子的表達是小鼠檢查點抑制劑治療后誘導(dǎo)抗腫瘤T細胞反應(yīng)所必需的。此外，一些研究將CXCR3趨化因子系統(tǒng)與T細胞進入組織聯(lián)系起來，包括在黑色素瘤、病毒感染和疫苗接種中招募CD8+T細胞，即使在沒有抗原的情況下，局部給予CXCL9和CXCL10也能招募活化T細胞進入上皮組織。在人類中，一個IFNγ誘導(dǎo)的簽名，與我們在樞紐6的程序中觀察到的基因重疊，與多種人類腫瘤類型中對PD-1阻斷的有利反應(yīng)相關(guān)。此外，一項跨越7種腫瘤類型（包括CRC）的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，克隆TMB和CXCL9/CXCL13的表達是檢查點抑制劑反應(yīng)的預(yù)測因素。與正反饋環(huán)相比，腫瘤中持續(xù)存在的ISG樞紐可能會驅(qū)動免疫抑制，因為負反饋會上調(diào)諸如PD1/PDL1、Lag3/MHC-II、Tim3/LGALS9和IDO1等共同抑制因子。事實上，在B16黑色素瘤小鼠模型中的機理工作表明，IFNγ可以驅(qū)動一個多基因抗性程序。正反饋或負反饋在特定的位置或時間是占優(yōu)勢的，這對確定不同的腫瘤和治療方法很重要。

另一個重要的問題是，這些多細胞免疫形成是否與之前在組織中觀察到的結(jié)構(gòu)相似。TLS經(jīng)常在腫瘤的侵襲邊緣以下發(fā)現(xiàn)，包含生殖中心B細胞，并與高T細胞活性、良好的預(yù)后和對免疫療法的有效反應(yīng)有關(guān)。相比之下，樞紐6被發(fā)現(xiàn)在腫瘤中心，沒有孕育中心，相對于正常結(jié)腸，腫瘤的B細胞被耗盡了。少數(shù)研究觀察到不可能是TLS的聚合體。在一項早期的黑色素瘤免疫研究中，IFNγ、T細胞和PD-L1的染色顯示它們在腫瘤中的空間接近。另一個小組觀察到干細胞樣CD8+T細胞與MHC II類+細胞的聚集，這與受影響個體的腎癌進展較少有關(guān)。第三項研究表明，對小鼠進行疫苗接種會誘發(fā)IFNγ/CXCR3依賴性的T細胞和骨髓細胞表達CXCL10的空間樞紐。這個樞紐在血管周圍形成，有利于循環(huán)T細胞進入組織，為T細胞與其他細胞的頻繁相遇提供了一個平臺，以協(xié)調(diào)免疫反應(yīng)。

另一個中心是以炎癥CAFs、單核細胞和中性粒細胞之間的炎癥正反饋環(huán)為中心，位于管腔表面。結(jié)腸腫瘤的管腔表面有一個異常的上皮襯里，腫瘤塊突出到腸腔內(nèi)，在那里它可能遭受結(jié)腸內(nèi)容物的磨擦性損傷。組織損傷可能導(dǎo)致微生物配體的進入或死亡細胞釋放免疫刺激配體，從而導(dǎo)致炎癥。炎癥反應(yīng)可能與傷口愈合反應(yīng)交織在一起，可導(dǎo)致肉芽組織。有趣的是，在小鼠中的一項研究顯示，損傷誘導(dǎo)的白細胞介素-1（IL-1）可以觸發(fā)GREM1+間質(zhì)細胞的RSPO3表達，這表明在炎癥樞紐和我們在人類CRC中觀察到的基質(zhì)細胞區(qū)的轉(zhuǎn)錄和空間重塑之間可能存在聯(lián)系。事實上，我們在管腔表面觀察到擴張的血管，這與以前在CRC的研究一致，這些血管被表達基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的高度炎癥性成纖維細胞所包圍，已知這有助于腫瘤血管生成和組織重塑。炎癥中心還具有Treg程序和T細胞程序，包括IL-17。IL-17已被證明在小鼠模型中促進血管生成和腫瘤擴張，包括通過CAF的激活和招募可支持腫瘤生長的粒細胞。因此，炎癥樞紐的多個特征與抑制抗腫瘤反應(yīng)和促進腫瘤生長有關(guān)。

我們的熒光原位雜交儀研究提供了一個豐富的細胞狀態(tài)、基因程序及其在腫瘤中的轉(zhuǎn)變的數(shù)據(jù)集（如在基質(zhì)細胞中觀察到的深刻變化），這些數(shù)據(jù)集跨越了一個相對較大的CRC個體隊列。我們根據(jù)基因程序的共同變化預(yù)測了幾個多細胞樞紐，并隨后對兩個免疫惡性樞紐進行了空間定位，將大量的細胞狀態(tài)和程序組織成較少數(shù)量的細胞和過程的協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)。了解這些中心的分子機制，并研究它們在治療時的時間和空間調(diào)節(jié)，對推進癌癥治療至關(guān)重要。