免疫治疗驱动胶质母细胞瘤中的间质肿瘤细胞状态转变和肿瘤微环境免疫反应

引言

胶质母细胞瘤是一种高度恶性的脑肿瘤,目前尚无根治性治疗方案。虽然免疫治疗在其他癌症类型中取得了一定疗效,但在胶质母细胞瘤患者中的反应有限。采用单细胞分辨率深入研究免疫治疗对肿瘤细胞和肿瘤微环境的影响,有助于认识治疗耐药的潜在机制,并设计新的治疗策略。

论文来源

本研究由约阿希姆·魏申费尔德(Joachim Weischenfeldt)等人完成,他们分别来自丹麦哥本哈根大学附属医院及生物技术研究与创新中心、丹麦综合癌症中心脑肿瘤中心等单位。该研究结果发表于《神经肿瘤学》(Neuro-Oncology)杂志的在线预印本版本。

研究方法和结果

研究对象及工作流程

研究对象是参加一项nivolumab(PD-1抑制剂)免疫检查点临床试验的8名胶质母细胞瘤患者。研究人员收集了这些患者在初次手术和复发后手术前一周接受免疫治疗后的肿瘤活组织样本。

a) 对每个时间点的肿瘤样本,研究人员进行了单细胞RNA测序(scRNA-seq)。细胞类型及状态的鉴定包括利用公开的标志基因、copyKAT软件进行细胞拷贝数分析,以及使用单细胞数据推断的细胞状态。

b) 对于肿瘤细胞的转录状态分析,研究人员采用了三种细胞状态标志:胶质母细胞瘤三种亚型、四种单细胞分辨的细胞状态,以及潘基因组状态签名。采用Stream软件进行伪时间分析追踪细胞发育轨迹。

c) 对于肿瘤微环境细胞,研究人员将来自本实验室的单细胞数据与其他公开单细胞数据集整合,对单核细胞和T细胞的亚型进行了分类。利用CellChat软件评估细胞间相互作用。

d) 基于单细胞数据发现,研究团队在298例胶质母细胞瘤的大型外部数据集上鉴定出一个”潜在免疫”签名,并将其与临床结果相关联。最后利用机器学习构建了预测这一签名的随机森林模型。

主要发现

1. 免疫治疗后,部分患者的肿瘤细胞发生向间质样(mesenchymal-like)细胞状态的转变,呈现出更加侵袭性的表型。伪时间分析显示,这些间质样细胞可能源自其他类型的肿瘤干细胞,并在免疫治疗后富集。

2. 免疫治疗后,部分患者的肿瘤微环境中出现肿瘤相关巨噬细胞(TAM)和增殖性T细胞的富集,同时伴有T细胞耗竭标志物的上调。

3. 在298例胶质母细胞瘤样本中,研究人员鉴定出18%的”潜在免疫”亚群,其特征是间质样肿瘤细胞状态、免疫通路活化、TAM和增殖性/耗竭性T细胞浸润等。该亚群患者接受免疫检查点抑制剂治疗后总体存活期缩短。

4. 研究人员构建了一个随机森林分类器,能够从肿瘤的转录组数据识别出这一”潜在免疫”亚群,将有助于临床上对患者分层并指导治疗决策。

研究价值

该研究全面揭示了胶质母细胞瘤在免疫治疗后的细胞动态变化,发现部分患者出现间质样肿瘤细胞转化、TAM及T细胞激活增殖/耗竭等特征,提示这一亚群可能对免疫疗法产生耐药。研究确立了一个”潜在免疫”分子签名,可用于患者分层,为那些可能从靶向间质样细胞的治疗中获益的患者选择合适的新辅助疗法。该工作有助于阐明免疫治疗在胶质母细胞瘤中的作用机制,并为提高疗效提供了新的分子靶点。