文章题目：LineagetrackingrevealsdynamicrelationshipsofTcellsincolorectalcancer
研究人员：北京大学张泽民课题组，美国Amgen欧阳文军团医院申占龙课题组
发表时间：.10
期刊名称：Nature
影响因子：41.研究亮点
本研究首先开发了名为STARTRAC（SingleT-cellAnalysisbyRna-seqandTCRTracking）的生物信息分析方法，利用T细胞受体（TCR）作为标签，对癌组织，癌旁组织以及外周血中鉴定的20类不同类型T细胞进行追踪，对12位结肠癌病人中获取的11,个单个T细胞的组织分布特性、克隆性、迁移性和状态变化特性进行了系统性地定量分析。
在该项工作中首次发现了基因组微卫星不稳定（Microsatelliteinstable，MSI）和基因组微卫星稳定（Microsatellitestable，MSS）病人间不同类群细胞的差异富集：MSS结直肠癌病人表现为TH17细胞的富集,而高表达CXCL13的TH1-like细胞则在MSI病人中显著富集。
在对CXCL13+TH1-like的细胞进一步研究发现，此类细胞高表达多种在肿瘤免疫中功能未知的膜表面蛋白，其中对IGFLR1及其配体的IGFL3的体外实验提示IGFLR1为新的协同刺激因子，可为人们进一步发掘新的治疗靶点和策略提供新的思路。
研究背景
肿瘤浸润淋巴细胞在细胞类型、基因表达和功能特性方面具有着高度异质性。这些异质性不仅反应了肿瘤免疫抑制的不同机制，同时也影响了肿瘤免疫治疗的效果。最新的临床试验证实MSI病人对免疫检查点抑制剂的反应比MSS病人要好，但是还不清楚具体机制。T细胞受体（T-cellreceptor,TCR）与MHC-抗原肽复合物结合，从而决定了T细胞对抗原的反应，在T细胞活化和功能中起核心作用。T细胞表面表达的TCR由α链和β链组成。TCR在T细胞发育过程中经历V(D)J重排，形成了机体TCR的多样性。因此TCR序列可以用来作为T细胞谱系示踪的标志。该项目组开发了基于单细胞转录组和TCRα、β链序列作为谱系特异性标记的STARTRAC分析方法，该方法使用了几个独特的指数来定量描述组织分布，克隆扩张，迁移和发展转型/分化。
研究成果
一直以来，对人体T细胞的动态描绘都是研究的难点，作者开创性的利用T细胞受体（TCR）作为标签，结合单细胞转录组学,对结直肠癌病人癌组织，癌旁组织及外周血进行鉴定,得到20类不同类型T细胞。
图1.STARTRAC分析方法获取T细胞数据获取流程
来自12位结肠癌病人的11个T细胞测序结果经过质量控制过滤之后得到的个细胞序列，91.4%的T细胞具有至少一对全长的TCRα和β链序列。其中共有个克隆型，即独特的α-β双链。其中个克隆型对应两个或两个以上T细胞，共鉴定出8个CD8+T细胞和12个CD4+T细胞亚群（图2）。
图2.STARTRAC方法定量分析来自外周血、癌及癌旁组织的T细胞的组织分布特征、克隆增生、迁移及状态转换关系
CD8+T细胞
类别名称
分布位置
TEX细胞
肿瘤
TRM细胞
正常粘膜
TN细胞
外周血
TCM细胞
TEMRA细胞
CD4+T细胞
TN细胞
外周血
TEMRA细胞
Tfh细胞
正常粘膜
IFNG+TH1细胞
肿瘤
TH17细胞
表1.部分细胞分布位置
TEMRA细胞具备高度迁移能力，在血液、粘膜和肿瘤中TEMRA细胞TCR高度共享，该细胞高表达迁移分子如SIP受体，这些分子表达特性支持了在效应T细胞在外周血循环和归巢于粘膜和肿瘤的能力。而TEX细胞的TCR克隆型只局限在肿瘤内部。
对CD8+T细胞分化研究还发现，TEMRA细胞和TEX细胞都与TEM细胞有关，更重要的是肿瘤里TEM-TEMRA细胞之间的联系与TEM-TEX细胞之间的联系是互相排斥的（mutuallyexclusive），这提示TCR参与了从效应记忆T细胞到耗竭性T细胞或效应T细胞之间转变的命运决定。
由于MSI与MSS病人对免疫检查点抑制剂的临床相应不同，作者比较了12位结肠癌病人中MSI和MSS肿瘤，发现MSS结直肠癌病人表现为TH17细胞的富集；而在结直肠癌癌组织中发现的两群高表达IFNG的CD4+TH1-like细胞，只有其中一群高表达CXCL13的TH1-like细胞在MSI病人中显著富集，而这两群TH1-like细胞具有不同的IFNG转录调控因子，其中BHLHE40不仅可以促进产生效应性的IFN-?分子，还可以抑制产生抑制性的IL-10分子，即CXCL13+TH1-like细胞可能与免疫检查点抑制剂的治疗响应相关。
图3.MSI病人显著富集高表达IGFLR1和BHLHE40的CXCL3+TH1-like细胞
对CXCL13+TH1-like的细胞进一步研究发现，相比另一群TH1-like细胞，此类细胞高表达多种在肿瘤免疫中功能未知的膜表面蛋白，其中IGFLR1作为TNFR家族成员，该家族其他成员TNFRSF18（GITR）作为协同刺激因子已进入临床实验，即IGFLR1可能也具有相似功能。在对IGFLR1及其配体IGFL3的体外实验证明，CD4记忆细胞的活化伴随IGFLR1的上调表达，同时IGFL3的刺激可以增强CD4记忆细胞的激活（CD25表达）及IFNG的释放，且CD25的表达和IFNG的释放与IGFLR1的表达显著相关（图4）。更重要的是，IGFLR1的抑制剂可以拮抗上述活化，提示IGFLR1为新的协同刺激因子，而IGFLR1/IGFL3通路可作为潜在的药物治疗靶点。
图4.IGFL3通过IGFLR1促进CD4阳性细胞的激活和IFN-γ的释放，提示IGFLR1为新的协同刺激因子
文章总结
综上，作者开创性地开发了基于TCR序列的STARTRAC系统性生物信息学定量分析方法，从组织分布特征、克隆增生、迁移及状态变化特性等方面鉴定出20个不同的细胞亚群，揭示了TCR可能参与从TEM细胞到TEX细胞或TEMRA细胞之间转变的命运决定，进一步对这些TCR识别的抗原的深入研究，有助于我们理解肿瘤微环境中，TEX细胞的来源，并为逆转其状态提供新的思路。鉴定出MSI与MSS结直肠癌病人的富集T细胞类群及其分子差异，能为免疫检查点抑制剂对结直肠癌病人的治疗提供进一步的认识。并发现IGFLR1疑似为新的协同刺激因子，IGFLR1/IGFL3通路可作为潜在的药物治疗靶点。
小编评论
该研究是迄今为止国际上针对结直肠癌肿瘤微环境单个T细胞最新颖最深入的研究，深度阐释了结直肠癌T细胞特性，发现了MSS与MSI病人间差异的新类群，阐释了特异表达的协同刺激因子的功能，这项国际领先的开创性工作，将为研究其他疾病的T细胞以及进一步发掘新的治疗靶点和策略提供思路。
参考文献：
[1]WenjunOuyang,ZeminZhang,etal.LineagetrackingrevealsdynamicrelationshipsofTcellsincolorectalcancer[J].Nature,
