2021年12月23日，北京大學生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）、生命科學學院、北京未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）張澤民課題組聯合301醫院韓為東課題組在國際期刊Nature Cancer上發表了題為“Temporal single-cell tracing reveals clonal revival and expansion of precursor exhausted T cells during anti-PD-1 therapy in lung cancer”的研究論文，提出了尅隆復興（clonal revival）的概念並揭示了PD-1抗體治療在肺癌中的作用機制。
論文截圖
以anti-PD-1為代表的免疫療法顯著地改善了癌症治療的格局，但是免疫治療只在一部分癌症患者中有作用。為了促進下一代免疫治療的發展，首先需要清楚anti-PD-1治療的作用機制。研究人員收集了anti-PD-1治療前後的肺癌患者的腫瘤樣本，利用單細胞測序系統地追跡了T細胞在治療前後的動態變化，並分析了有響應患者和無響應患者之間的差异（圖1）。
圖1.課題研究方案及主要發現
腫瘤浸潤T細胞既包含能够識別腫瘤抗原並殺傷癌細胞的腫瘤特异性T細胞，也包含專門識別非腫瘤抗原例如流感病毒的T細胞，而且在腫瘤中非腫瘤特异性T細胞占了很大一部分比例[1]。囙此在分析過程中如何排除非腫瘤特异性T細胞的潜在影響，精准地研究腫瘤特异性T細胞的動態變化是一個挑戰。之前的多個研究表明，由於腫瘤抗原的持續刺激，腫瘤中的腫瘤特异性CD8 T細胞尅隆會同時高表達T細胞殺傷和“耗竭”相關基因，而非腫瘤特异性CD8 T細胞則不會表達“耗竭”相關基因[2-4]。囙此在腫瘤中，耗竭CD8 T細胞可以當作腫瘤特异T細胞的一個替代[5]。
研究人員開發了一套新的分析思路（圖1），首先通過聚類分析鑒定了耗竭CD8 T細胞類群，進而以耗竭CD8 T細胞尅隆的TCR序列為基礎，將所有的CD8 T細胞分為腫瘤特异性CD8 T細胞和非腫瘤特异性CD8 T細胞：根據上面提到的結論和假設，與耗竭CD8 T細胞有完全相同TCR序列的細胞為腫瘤特异性T細胞，剩下的為非腫瘤特异性T細胞。研究發現在有響應的腫瘤當中，治療顯著提高了耗竭訊號低的腫瘤特异T細胞前體細胞的比例，表明了PD-1抗體可能阻斷了腫瘤特异T細胞向耗竭狀態的分化。相反，這一趨勢在治療前和治療後無響應的腫瘤中並沒有觀察到。
有效治療後腫瘤特异T細胞前體細胞的新增有三種可能：1.耗竭T細胞的逆轉；2.腫瘤中之前存在的前體細胞的擴增；3.來自腫瘤外例如外周血中的T細胞的補充。研究者通過相關分析排除了第一種可能，強調了後面兩種模式的重要性。耗竭T細胞的逆轉是領域內長期存在的一種假設，但是之前的小鼠研究表明耗竭T細胞的錶觀修飾和特徵是穩定的，很難改變[6]。研究者對人類腫瘤的分析進一步支持了這一觀點。
此外，之前斯坦福大學Howard Chang研究組提出了尅隆替代（clonal replacement）的概念，認為治療後腫瘤中的腫瘤特异T細胞的尅隆型都是新出現的[7]。而該研究發現，在肺癌治療的過程中，新的尅隆和之前存在的尅隆都會被招募到腫瘤中進而發揮功能（圖2）。針對這一現象，研究人員提出了尅隆復興（clonal revival）的概念，拓展了clonal replacement的模式。該研究的科學發現揭示了anti-PD-1療法在肺癌中的作用機制，為開發新的臨床檢測與治療手段提供了新的思路。
圖2.尅隆復興（clonal revival）
北大BIOPIC/生命科學學院博士生劉寶琳，百奧智匯胡學達博士以及301醫院豐愷超博士為該論文的並列第一作者。北京大學BIOPIC/生命科學學院張澤民教授和301醫院韓為東教授為該論文的共同通訊作者。該研究得到北京市科委、國家自然科學基金、國家重點研發計畫、ICG、和勃林格殷格翰（Boehringer Ingelheim GmbH）公司的支持和資助。
參考文獻：
[1] Simoni et al.，Bystander CD8+ T cells are abundant and phenotypically distinct in human tumour infiltrates，Nature（2018）.
[2] Caushi et al.，Transcriptional programs of neoantigen-specific TIL in anti-PD-1-treated lung cancers，Nature（2021）.
[3] Oliveira et al.，Phenotype，specificity and avidity of antitumour CD8+ T cells in melanoma，Nature（2021）.
[4] Ahmadzadehet al. Tumor antigen-specific CD8 T cells infiltrating thetumor express high levels of PD-1 and are functionally impaired.Blood（2009）.
[5] van der Leun et al.，CD8 + T cell states in human cancer: insights from single-cell analysis，Nat Rev Cancer（2020）.
[6] Pauken et al.，Epigenetic stability of exhausted T cells limits durability of reinvigoration by PD-1 blockade，Science（2016）.
[7] Yost et al.，Clonal replacement of tumor-specific T cells following PD-1 blockade，Nat.Med.（2019）.