顶刊分享（xenium 5k）--肺癌拦截的浸润前调节性T细胞轴

作者，Evil Genius

新的技术容易发现新的现象，更容易发好的文章，那如果技术成熟了呢？比如单细胞空间，技术成熟了以后，就要求大家垂直的高度了，大家自身的感觉就是，越来越卷。

技术的迭代本就是如此，所谓的风口跟绝大部分人是没关系的，科研的要求从来都是垂直的高度，而不是追求风口。

科研环境也很重要，今年的诺贝尔物理学奖授予了科学家弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），以表彰他对冰立方中微子天文台的决定性贡献，以及发现具有天体物理起源的高能中微子，整个过程大家如果了解了以后，这个做法在国内是不可想象的。

今日我们分享文献

摘要

研究背景

晚期非小细胞肺癌（NSCLC）极少可治愈，因此需要在疾病进程更早期进行干预。越来越多证据表明，抗肿瘤T细胞反应在早期肿瘤发生过程中就已经被启动，但随后逐渐失调。追踪和靶向浸润前T细胞调控，可能为检测和拦截肺癌发展提供新方法。

研究方法

通过多组学、跨组织免疫分析，对接受自体荧光支气管镜（AFB）和CT成像监测的浸润前肺病变患者进行研究。同时使用小鼠致癌物驱动肺肿瘤发生模型进行验证。

核心发现

• 表达BATF的效应性调节性T细胞（eTreg）在高危癌前气道病变中积累，并与循环eTreg克隆相关。
• 循环eTreg在浸润前进展过程中逐渐升高，可通过外周血分析追踪肺肿瘤发生。
• 该克隆协调的eTreg电路的出现，定义了CT筛查发现的早期NSCLC患者的快速进展。
• 小鼠中，致癌物驱动的肺肿瘤发生触发类似的跨血液、气道和引流淋巴结的浸润前eTreg轴。
• 最终导致肺BATF+ Treg扩增和富含Treg的支气管周围未成熟三级淋巴结构（iTLS）形成。
• 通过PI3Kδ抑制进行免疫拦截，可消除富含Treg的iTLS，减少循环和肺Treg，增加局部cDC1，降低肺肿瘤发生率和大小。

结论

揭示了一个在早期肺肿瘤发生过程中跨组织出现的保守eTreg网络。提供了一个诊疗框架，用于追踪和靶向浸润前免疫调控，以实现肺癌拦截。

引言

肺癌拦截的临床需求

• NSCLC每年导致约180万人死亡。
• 尽管早期检测和治疗取得重大进展，预后仍然较差。
• 肺癌筛查项目正在发现越来越多的浸润前肺肿瘤，为NSCLC拦截创造了机会。
• 但由于对驱动肿瘤发生的生物学通路了解有限，临床拦截方案仍不成熟。

eTreg细胞的已知作用

• 表达BATF的eTreg细胞（BATF+ Treg）与NSCLC的不良生存和新辅助抗PD-1治疗失败相关。
• NSCLC肿瘤中的Treg与循环中的Treg共享克隆型。
• Treg在三级淋巴结构和肿瘤引流淋巴结中的存在限制抗肿瘤免疫。
• 这些结果提示Treg在浸润性NSCLC中形成了一个跨越循环、淋巴组织和肿瘤的免疫调控网络。

免疫失调先于NSCLC浸润

• 小鼠LUAD模型显示促肿瘤巨噬细胞生态位、启动缺陷和CD8+ T细胞功能障碍在早期肿瘤发生中已经存在。
• 人类气道原位癌（CIS）向LUSC的浸润前进展与CD8+ T细胞浸润受损、CD4+ T细胞分化偏斜以及常规T细胞和/或Treg活化相关基因表达谱相关。

研究目标

系统探索临床和实验性浸润前肺进展过程中的T细胞动态，识别可用于NSCLC拦截的免疫调控通路。

结果

eTreg细胞在癌前病变中扩增

研究设计与T细胞聚类

研究团队对UCLH支气管镜监测队列中进展性或持续性高危病变（HGL）样本进行了scRNA-seq，聚焦T细胞分析。聚类解析出10个T细胞群体，其中包括两个Treg细胞簇。

两个Treg群体的特征

• TCM样Treg：表达SELL、LEF1、KLF2等祖细胞相关基因。
• BATF+ Treg（eTreg）：表达最高水平的FOXP3、IL2RA（CD25）、CTLA4，以及TNFRSF9、TNFRSF18、TNFRSF4（OX40）、CCR8、CD177和转录因子BATF。

主要发现

• 两个Treg群体在HGL中均显著富集（BATF+ Treg，FDR = 0.014；TCM样Treg，FDR = 0.018）。
• CD4+ Tcom和CD8+ T细胞群体在HGL中没有增加，说明在浸润前阶段，Treg细胞被选择性富集。
• BATF+ Treg特征在LUSC肿瘤发生过程中逐渐增强（HGL vs 正常，P = 0.0012）。
• 在整合的大规模scRNA-seq数据集中（461个样本，271名患者），BATF+ Treg在浸润前和浸润性LUSC及LUAD中均显著增加。
• 该特征与高度抑制性eTreg特征高度相似（TNFR+ TIL Treg，NES = 2.28；OX40hiGITRhi TIL Treg，NES = 2.21）。
• 高BATF+ Treg评分与PD-1阻断治疗失败显著相关（OR = 0.24，P = 0.003）。

与肺癌进展和免疫治疗失败相关的eTreg群体，在高危癌前气道病变中就已经出现。这为通过Treg导向的免疫拦截来靶向和追踪早期肺肿瘤发生提供了潜在基础。

血液eTreg细胞可追踪LUSC肿瘤发生

克隆关系分析

• 28.9%的BATF+ Treg细胞是扩增的。
• 扩增的BATF+ Treg细胞优先与局部TCF7+CD4+ Tcom细胞和TCM样Treg共享克隆型，提示局部Treg分化正在进行。
• 17.6%的BATF+ Treg克隆型与PBMC中的CD4+ T细胞共享，说明BATF+ Treg可能来自局部和/或系统性前体。

血液来源与组织来源BATF+ Treg的差异

• 血液共享的BATF+ Treg保留LEF1和KLF2等祖细胞和再循环标志物。
• 未共享的BATF+ Treg克隆显示活化的、组织适应的调控程序（CXCL13、TNFRSF8、HLA-DQA1、HLA-DPA1、HLA-DQB2）。
• 血液共享的BATF+ Treg具有升高的APC-T细胞接触特征（P = 0.04）。

细胞间通讯分析

• HGL中表达MHCII的APC显著增加。
• 预测从树突状细胞到BATF+ Treg的MHCII信号，以及CD86-CTLA4和TNFSF9-TNFRSF9相互作用。

模型提出

浸润前BATF+ Treg部分来自新浸润的循环克隆，同时通过APC驱动的分化、活化和扩增在HGL中维持。

血液eTreg细胞特征

血液CD4+ T细胞中鉴定出一个循环eTreg群体，部分类似于BATF+ Treg。该群体表达最高水平的FOXP3、BATF、IL2RA、CTLA4。

在LUSC发展过程中，出现了一条克隆协调的血液-肺eTreg轴。该轴可用于追踪和靶向浸润前免疫调控，以实现肺癌拦截。

CT筛查发现的NSCLC中eTreg细胞升高

队列1（ASCENT研究）

• 57例CT筛查发现的NSCLC患者（90%为I期）和29例年龄匹配对照。
• 循环CD39+ eTreg细胞频率显著高于健康个体（P = 0.0092）。
• 调整临床协变量后仍显著（P = 0.030）。

队列2（ASCENT + ALPINE）

• 77例早期LUAD患者和67例无癌症对照。
• 循环CD39+ eTreg细胞显著富集（P = 7.10×10⁻⁵）。
• 调整临床变量后仍显著。

早期NSCLC肿瘤内Treg富集

• 分析16例早期NSCLC患者的TIL。
• 两个CD45RA⁻FOXP3hi eTreg细胞簇表达BATF+ Treg标志物（OX40hiGITRhi4-1BBhiCCR8hiCTLA-4hi）。
• 这两个群体是唯一在NSCLC TIL中显著富集的群体（4-1BBhi：P = 5.85×10⁻⁴；4-1BBint：P = 5.83×10⁻⁴）。

临床相关性

• 高循环或肿瘤内eTreg细胞与较短的无病生存期（DFS）相关。
• 肿瘤BATF+ Treg特征高且循环CD39+ eTreg频率高的患者，DFS下降更明显（HR = 3.91，P = 0.0044）。
• 独立于临床或技术协变量（HR = 2.99，P = 0.038）。

纵向分析

• 对5例CT监测期间发展为LUSC的患者进行纵向血液TCR-seq。
• 从基线到诊断，eTreg克隆型频率显著增加（P = 4.45×10⁻⁶）。
• naive样eTreg克隆增加较小（P = 0.002）。
• TCM样Treg克隆无变化（P = 0.829）。

循环eTreg细胞可映射CT监测的NSCLC肿瘤发展。eTreg动态可能指导患者选择和NSCLC拦截或早期干预的时机。

癌变驱动体内eTreg轴

NTCU小鼠模型

NTCU诱导的鳞状细胞癌模型重现LUSC的分子和组织学特征，包括进行性鳞状异型增生，沿气管-支气管路径下行。

主要发现

• NTCU处理小鼠支气管树中Treg细胞丰度增加，而CD8+ T细胞或CD4+ Tcom细胞没有增加。
• 远端肺实质中所有T细胞谱系保持不变。
• 支气管树附近72.4%的Treg细胞为OX40+，符合BATF+ Treg身份。

小鼠肺scRNA-seq

鉴定出7个CD4+ T细胞簇，包括3个Foxp3+ Treg群体：

• BATF+ Treg：高表达Foxp3和BATF+ Treg直系同源物（Batf、Tnfrsf18、Tnfrsf4、Tnfrsf9）。
• TCM样Treg 1和2：表达TCM样模块（Foxp1、Bach2、Satb1）。
• BATF+ Treg细胞在NTCU处理小鼠中显著增加（log2FC = 1.48，FDR = 0.017）。
• 与人类HGL的BATF+ Treg高度转录相似（NES = 2.28，FDR = 4.86×10⁻⁷）。

克隆分析

• NTCU小鼠肺BATF+ Treg包含更多扩增克隆。
• 表达组织适应的终末效应Treg程序（IL2ra、Dusp4、Ccr8、Cxcr6、Itgav、Tnfrsf8、Havcr2、Lag3、Pdcd1、Il10）。
• 对照小鼠BATF+ Treg主要为未扩增，表达静息祖细胞状态基因（S1pr1、Lef1、Klf2、Slamf6）。
• BATF+ Treg与肺TCM样Treg和祖细胞CD4+细胞共享克隆型。
• 循环eTreg克隆型优先与NTCU处理小鼠的BATF+ Treg重叠（P = 0.013），而非对照小鼠（P = 0.925）。

拟时序分析

• 循环eTreg位于肺BATF+ Treg的上游。
• 轨迹以Tcf7和S1pr1表达丢失、Batf、Irf4和Tnfrsf18表达获得为标志。

淋巴结分析

• NTCU处理小鼠dLN中迁移性cDC1的PD-L1表达显著升高。
• ndLN中没有变化。
• dLN中总Treg、效应CD44+OX40+GITR+CD39+和TCM样Treg细胞丰度增加。
• ndLN中没有变化。

循环eTreg细胞

• 在NTCU处理小鼠中显著增加（P = 7.39×10⁻⁴）。
• FTY720阻断淋巴结出口后，总Treg减少13.7倍（P = 0.0043），eTreg减少8.5倍（P = 0.0043）。

致癌物驱动的体内LUSC肿瘤发生触发dLN中迁移性树突状细胞的浸润前偏斜，放大克隆协调的系统性-肺Treg网络，部分依赖于淋巴结出口。这些发现证实了临床浸润前样本中的观察结果，确定eTreg轴是跨物种肺肿瘤发生的保守特征，建立NTCU模型作为探索Treg导向拦截的转化平台。

PI3Kδ抑制拦截LUSC

研究背景

• 通路分析显示PI3K信号在BATF+ Treg中显著升高。
• PI3Kδ抑制剂已用于B细胞恶性肿瘤，优先抑制Treg的运输和维持。
• PI-3065在实体瘤中显示出抗肿瘤潜力，独立于癌症内在抗增殖活性。

实验设计

从15周（浸润前疾病出现时）开始给药至24周终点。对照使用BYL719（PI3Kα抑制剂）。

主要发现

• PI-3065将肿瘤发生率从83%降至42%（P = 0.045）。
• BYL719无效果。
• PI-3065组出现的少数肿瘤显著更小，最大30%完全消失（P = 0.022）。
• PI3Kδ抑制减少肿瘤中Treg频率（P = 0.043）。
• 增加瘤周CD8+ T细胞（P = 0.0033）。
• 整个气道中，PI3Kδ抑制减少支气管周围Treg和CD8+ T细胞数量。
• 浸润前疾病负担未改变。

Xenium空间转录组学

• NTCU驱动致癌过程中，支气管周围出现大量富含Treg的免疫聚集物，类似iTLS。
• iTLS以CXCL13相关巨噬细胞、生发中心样B细胞、高内皮微静脉样血管和CCL19-CCL21趋化特征为特征。
• Treg细胞是NTCU肺iTLS中增加最明显的细胞类型。
• PI3Kδ抑制显著消除气道iTLS（P = 0.04）和支气管周围Treg负担（P = 0.04）。
• PI-3065拦截减少iTLS中的Treg细胞，但不减少其他NTCU驱动的免疫细胞亚群。
• 增加iTLS中的cDC1和CCR7+迁移性树突状细胞。
• 系统性PI3Kδ抑制期间，血液eTreg细胞显著减少，但CD8+ T细胞没有。

Treg细胞耗竭实验

• 抗CD25单克隆抗体减少Treg细胞数量。
• 诱导CD8+ T细胞终末分化，表现为TCF-1丢失、KLRG1增加和naive CD8+ T细胞减少。
• 抗CTLA-4治疗未能耗竭Treg细胞。

PI3Kδ靶向拦截减少循环、气道和iTLS中的Treg细胞，消除富含Treg的淋巴新生，重编程剩余聚集物中的树突状细胞，减少新生浸润性疾病的发生率、大小和免疫调控状态。这些观察与PI3Kδ抑制阻碍支持恶性转化的免疫抑制枢纽形成一致。

讨论

核心模型

• 浸润前进展使tDLN条件化，诱导PD-L1+ cDC1。
• 扩增循环Treg细胞，这些细胞与HGL中局部TCF-1祖细胞来源的Treg细胞汇聚。
• 在病变中，增加的MHCII抗原呈递可能促进Treg活化和分化。
• 这些过程驱动BATF+ Treg在气道异型增生和早期恶性转化部位的富集。

可干预的步骤

• 浸润前Treg细胞可在其分化轨迹的多个步骤被破坏。
• Treg启动、迁移和维持是NSCLC拦截的潜在可成药途径。

PI3Kδ抑制的多重效应

• PI-3065给药与循环和肺Treg细胞协同丢失以及iTLS消除相关。
• 同时，PI3Kδ抑制增加剩余聚集物中的cDC1和肿瘤中的CD8+ T细胞。
• 由于局部和系统性Treg细胞的相互依赖性，尚不清楚靶向单一腔室是否足以拦截，还是需要跨组织协调活动来解构伴随恶性转化的免疫调控生态位。
• 观察结果与浸润性NSCLC模型中的报道一致，其中Treg耗竭破坏免疫聚集物并促进cDC1募集。
• 尽管PI-3065优先减少血液和肺中的Treg细胞，包括iTLS中，但也导致iTLS外CXCL13肺巨噬细胞的有限减少和脾边缘区B细胞的丢失。
• 这些发现可能分别代表浸润性疾病减少的继发效应和癌前病变非依赖性药物活性。
• 重要的是要认识到，PI-3065的使用不能正式排除非Treg细胞类型在肿瘤发生中的作用。
• 抗CD25介导的Treg耗竭在NTCU处理18周的小鼠中解除了终末CD8+ T细胞分化的抑制，从而加强了Treg介导的免疫抑制作为高度异型增生关键特征的地位。

临床转化前景

• 数据为NSCLC拦截中Treg调节的临床评估提供了理由。
• 该早期免疫调控轴在CT监测队列中的普遍性支持在展开的肺癌筛查计划背景下研究Treg导向的拦截。
• 在无浸润性疾病人群中的免疫干预需要高治疗指数。
• 可通过以下方式降低风险：
  • 使用具有良好毒性特征的下一代PI3Kδ抑制剂；
  • 间歇给药方案；
  • 通过吸入或机器人导航支气管镜进行局部区域递送。
• 建议循环Treg细胞可作为诊断工具，用于：
  • 无创检测HGL；
  • CT检测结节或早期NSCLC的风险分层辅助；
  • 治疗期间的药效学读数；
  • 选择Treg靶向或其他免疫治疗药物的患者。
• 需要前瞻性大规模验证，最好在拦截试验中进行。
• 特异性是潜在障碍，因为慢性炎症合并症、损伤和感染可扰动Treg稳态。
• 可将Treg特征与常规感染生物标志物（如CRP）和CT成像配对，或使用纵向监测检测上升信号而非升高信号，以帮助区分肿瘤发生与混杂条件。

结论

• 浸润前肺进展放大了一条克隆协调的Treg轴，跨越tDLN、外周血和癌前病变。
• 该网络提供了补充性诊断和干预框架。
• 建立了以Treg为锚点的肺癌拦截诊疗基础。
• 该轴可能在其他癌前病变中也有探索价值。

总体逻辑框架

生活很好，有你更好。