自然免疫學新發現 新型殺傷性抗癌免疫細胞
2022-07-25
說起抗腫瘤免疫反應，我們最先想到的就是細胞毒性T細胞的腫瘤殺傷功能。作為一種適應性免疫細胞，T細胞的殺傷功能依賴於對腫瘤抗原的識別，然而，許多腫瘤類型缺乏免疫原性抗原[1]。在這種情況下，天然淋巴細胞（ILCs）的腫瘤免疫監視功能就凸顯出來了，其中最為熟知的當屬自然殺傷（NK）細胞[2]。除了NK細胞外，其他ILCs的功能也越來越受到關注，不過在之前的研究中，大家更多的認為ILCs主要發揮類似於CD4+T細胞的輔助作用，最近的一些研究發現，ILC1可能也具有細胞毒性功能，能直接殺傷靶細胞。近日，在《自然·免疫學》期刊發表重要研究成果。他們發現ILC1可以感知腫瘤細胞分泌的IL-15，從而發揮細胞毒性作用，直接殺傷腫瘤細胞[3]。這一發現拓展了我們對天然淋巴細胞功能的認知，並可能為一些腫瘤的治療帶來新機。
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腎細胞癌是男性和女性最常見的十大癌症之一，其組織學上不同的亞型表現出不同的治療反應[4]。雖然免疫檢查點抑制劑大大提高了腎透明細胞癌（ccRCC）患者的生存期，但腎嫌色細胞癌（chRCC）患者通常對治療反應不佳[5]。為了研究導致差異結果的免疫學基礎，團隊對從ccRCC和chRCC晚期患者腫瘤中分離的免疫細胞進行了單細胞RNA測序分析。結果發現，這兩種癌症亞型浸潤的免疫細胞群果然有著較大差異。ccRCC中浸潤的主要是CD8+ T細胞，而chRCC中存在兩種具有細胞毒性的先天淋巴細胞，其中一種具有典型NK細胞特徵，另一種具有ILC1細胞的特性。
單細胞測序資料表明，ccRCC中有大量CD8+ T細胞浸潤，但chRCC中浸潤的ILC1s相對更多。進一步地，對大量的腎細胞癌腫瘤樣本、癌旁正常組織以及患者的血液樣本進行流式分析，來驗證前面的發現。他們發現，與癌旁正常組織和血液相比，ccRCC腫瘤中CD8+ T細胞明顯更多，在chRCC組織中則沒有顯著差異。與之相反的是，在chRCC中ILC1細胞顯著增加。有趣的是，ILC1標記基因的高表達與chRCC患者較好的總生存率相關，但卻和ccRCC患者較差的總生存率相關，這一相反的結果提示，ILC1在不同腫瘤中的功能可能存在差異。
TCGA資料庫分析顯示，ILC1標記基因的高表達與ccRCC的不良預後相關，但在chRCC中情況相反。研究人員分析單細胞轉錄組資料發現，儘管在chRCC和ccRCC腫瘤中都有ILC1浸潤，但它們表現出不同的顆粒酶A表達模式。之前的研究已經發現，顆粒酶A可以介導靶細胞發生凋亡或焦亡[6,7]。對chRCC和ccRCC腫瘤中顆粒酶A的蛋白表達進行檢測可以發現，在同一chRCC腫瘤樣本中，ILC1始終比NK細胞表達更多顆粒酶A，但ccRCC中則有著相反的結果。此外，來自chRCC腫瘤組織的ILC1比來自癌旁正常組織的ILC1表達更高水準的顆粒酶A。
是什麼原因導致了ILC1表現出不同的特徵呢？先前的研究表明，細胞因數IL-15和其受體α鏈（IL-15Rα）形成的複合物，可促進細胞毒性淋巴細胞的發育和效應功能[8]。TCGA資料庫分析發現，chRCC腫瘤比ccRCC腫瘤表達更高水準的IL15，這意味著腫瘤微環境中的IL-15水準可能以劑量依賴的方式調節ILC1的反應。因此，研究人員進一步探究了IL-15對ILC1的調控作用。研究人員從RCC腫瘤中分離了ILC1，並將它們分別用兩種不同劑量的IL-15/IL-15Rα複合物培養。結果發現，高劑量的IL-15/IL-15Rα複合物可以誘導ILC1表達更高水準的顆粒酶A。此外，高劑量的IL-15/IL-15Rα大大增強了ILC1對靶細胞的殺傷作用。
高劑量的IL-15/IL-15Rα複合物增強了ILC1s對靶細胞的殺傷作用。紅色箭頭表示ILC1，白色箭頭表示死亡的靶細胞（K562），在TCGA資料庫的chRCC患者樣本中，IL-15表達水準和ILC1標記基因的富集程度呈正相關。此外，IL-15高表達的患者比低表達的患者有更好的總生存期。這些發現表明IL-15可以增強腫瘤中ILC1對靶細胞的殺傷能力，這可能是控制chRCC患者腫瘤的一個關鍵機制。
，在其他上皮性惡性腫瘤中，IL-15是否也可以調控ILC1介導的抗腫瘤免疫反應？乳腺癌是世界上最常見的癌症之一，研究人員發現，在PIK3CA突變的乳腺癌患者中，ILC1的標記基因與更好的生存率相關，並且ILC1標記基因與IL15表達呈正相關。這些結果提示，IL-15調控的ILC1在PIK3CA突變的乳腺癌中也可能具有重要功能。
在PIK3CA突變的乳腺癌患者中，ILC1的標記基因與更好的生存率相關，且ILC1標記基因與IL15表達呈正相關。進一步地，團隊利用PyMT驅動的乳腺癌轉基因小鼠模型（類比PIK3CA突變的乳腺癌），來進一步破譯腫瘤微環境中IL-15對ILC1的調控機制。首先需要回答的一個問題是，什麼細胞分泌的IL-15影響了ILC1的功能？團隊利用IL-15報告基因小鼠發現，腫瘤中的巨噬細胞和樹突狀細胞高表達IL-15，然而奇怪的是，在條件性敲除巨噬細胞和樹突狀細胞中的IL15基因後，腫瘤中浸潤的ILC1比例和功能並沒有受到影響。類似的，李明團隊還發現血液細胞和基質細胞來源的IL-15也不影響這一過程。既然這些細胞似乎都不影響ILC1，那麼是否有可能是腫瘤細胞直接調控了ILC1的反應呢？研究人員通過螢光成像發現，ILC1似乎可以與腫瘤細胞相互作用，並直接感知腫瘤細胞，那麼腫瘤細胞本身是否可能分泌IL-15驅動ILC1的抗腫瘤免疫反應呢？ 研究人員在條件性敲除腫瘤細胞中的IL-15基因後發現，腫瘤中浸潤的ILC1的數量顯著降低，且剩下的ILC1的效應功能也下降了。這些結果表明，腫瘤細胞來源的IL-15調節細胞毒性ILC1的擴增和效應功能，而缺乏這些效應細胞會導致腫瘤免疫反應受損。
IL-15在PyMT腫瘤細胞中高表達，敲除腫瘤細胞的IL15後，腫瘤中ILC1的比例顯著降低。總而言之，這項研究揭示了一種先天淋巴細胞對腫瘤的免疫監測機制，通過該機制，腫瘤細胞表達的IL-15可以作為警報素，被組織駐留的細胞毒性ILC1感知，這些發現可能為一些癌症的免疫治療打開新的思路。
他們發現這群表達顆粒酶C的ILC細胞來自ILC祖細胞，且不與NK細胞、ILC2或ILC3相互轉化。在功能上，這群細胞在抗腫瘤免疫和自身免疫反應中都有著重要作用[9]。
這些發現都將拓展我們對ILC細胞的認知，並為腫瘤免疫治療帶來新的見解。
參考文獻
1.T. N. Schumacher, R. D. Schreiber, Neoantigens in cancer immunotherapy. Science 348, 69-74 (2015).
2.L. Chiossone, P. Y. Dumas, M. Vienne, E. Vivier, Natural killer cells and other innate lymphoid cells in cancer. Nat Rev Immunol 18, 671-688 (2018).
3.E. R. Kansler et al., Cytotoxic innate lymphoid cells sense cancer cell-expressed interleukin-15 to suppress human and murine malignancies. Nat Immunol 23, 904-915 (2022).
4.C. M. Diaz-Montero, B. I. Rini, J. H. Finke, The immunology of renal cell carcinoma. Nat Rev Nephrol 16, 721-735 (2020).
5.B. A. McGregor et al., Results of a Multicenter Phase II Study of Atezolizumab and Bevacizumab for Patients With Metastatic Renal Cell Carcinoma With Variant Histology and/or Sarcomatoid Features. J Clin Oncol 38, 63-70 (2020).
6.Z. W. Zhou et al., Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells. Science 368, 965-+ (2020).
7.J. Lieberman, Granzyme A activates another way to die. Immunol Rev 235, 93-104 (2010).
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9.B. G. Nixon et al., Cytotoxic granzyme C-expressing ILC1s contribute to antitumor immunity and neonatal autoimmunity. Sci Immunol 7, eabi8642 (2022).
臨床試驗方案示意圖
