三陰性乳腺癌(TNBC)指雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)和人表皮生長因子受體2(HER2)三者免疫組織化學(xué)染色結(jié)果均為陰性的乳腺癌，被稱為“最毒乳腺癌”。傳統(tǒng)的內(nèi)分泌治療和HER2靶向治療對TNBC患者治療效果不佳，而程序性死亡蛋白1(PD-1)和程序性細(xì)胞死亡配體1(PD-L1) 作用的免疫檢查點(diǎn)阻斷療法(ICB)能夠使部分TNBC患者獲益，但目前缺乏可靠的生物標(biāo)志物來識(shí)別應(yīng)答者。
盡管多細(xì)胞組織預(yù)處理可能表明ICB是否可以增強(qiáng)免疫應(yīng)答反應(yīng)，但ICB如何重塑組織結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)仍然模糊不清，在治療期間的組織動(dòng)態(tài)與免疫應(yīng)答之間的關(guān)系尚不清楚。
為了回答這個(gè)問題，劍橋大學(xué)Raza Ali團(tuán)隊(duì)以及意大利San Raffaele醫(yī)院Giampaolo Bianchini課題組在新輔助療法的隨機(jī)試驗(yàn)中，使用組織成像質(zhì)譜流式（Imaging mass cytometry, IMC）精確量化了患者腫瘤中采樣的三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的細(xì)胞的表型、活化狀態(tài)和空間位置與TNBC免疫治療的應(yīng)答。研究論文發(fā)表在《Nature》上，題為“Spatial predictors of immunotherapy response in triple-negative breast cancer”，通過繪制TNBC原位多細(xì)胞腫瘤生態(tài)系統(tǒng)圖，發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵的ICB 反應(yīng)預(yù)測因子，并表明 ICB 能明顯重塑腫瘤結(jié)構(gòu)。
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作者在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)取樣（基線，n= 243；治療早期，n= 207；治療后，n= 210），采用IMC技術(shù)對43種蛋白質(zhì)進(jìn)行單細(xì)胞蛋白表達(dá)和空間分布的分析，獲得共1855張高維組織圖像，用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析。這些FFPE樣本來自于NeoTRIP 三期臨床對照試驗(yàn)，通過1:1隨機(jī)比較了新輔助化療（卡鉑和白蛋白結(jié)合型紫杉醇）與化療聯(lián)合抗PD-L1免疫療法（卡鉑、白蛋白結(jié)合型紫杉醇和阿替利珠單抗）。
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圖1a.?NeoTRIP免疫療法試驗(yàn)的IMC工作流程
圖1b. IMC檢測43種蛋白列表
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精準(zhǔn)定義細(xì)胞表型：使用深度學(xué)習(xí)分離上皮細(xì)胞（癌細(xì)胞）和TME細(xì)胞，聚類得到17種上皮表型和20種TME表型。
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【癌癥-免疫相互作用預(yù)測ICB的應(yīng)答效應(yīng)】
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圖2b.?基線期的免疫療法響應(yīng)空間預(yù)測因子PDL1+IDO+APC；
圖2c 不同治療組對應(yīng)PDL1+IDO+APC密度
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首先，作者探索了不同上皮和腫瘤微環(huán)境細(xì)胞表型的密度是否在預(yù)測響應(yīng)方面存在差異，發(fā)現(xiàn)只有PDL1+IDO+APC密度可以預(yù)測ICB的響應(yīng)（圖2b-c）。緊接著，研究不同的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用是否與免疫治療的反應(yīng)相關(guān)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上皮-CD20+B（Pinteraction?= 0.003，F(xiàn)DR = 0.06）和上皮-CD8+GZMB+T（Pinteraction?= 0.006，F(xiàn)DR = 0.06）細(xì)胞交互顯示最大的差異效應(yīng)。TME細(xì)胞則沒有發(fā)現(xiàn)差異反應(yīng)的顯著預(yù)測因子。通過對接觸癌細(xì)胞的T細(xì)胞進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其更會(huì)增殖的關(guān)鍵活化標(biāo)記物。以上這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的功能意義。
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【增殖評分預(yù)測ICB的應(yīng)答效應(yīng)】
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與癌細(xì)胞接觸的T細(xì)胞更常是Ki67+，也與ICB反應(yīng)中的增殖有關(guān)。作者計(jì)算了每個(gè)表型中Ki67+細(xì)胞的比例（增殖評分），并測試了其與pCR的相關(guān)性。
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圖3b. 不同腫瘤增殖評分與免疫治療反應(yīng)的統(tǒng)計(jì)
圖3c. 不同TME細(xì)胞類型與免疫治療反應(yīng)的統(tǒng)計(jì)
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結(jié)果顯示，當(dāng)患者接受免疫治療時(shí)，共計(jì)12種上皮細(xì)胞和16種TME細(xì)胞表型預(yù)測應(yīng)答（圖3b-c）。MHCI&IIhi細(xì)胞的增殖評分是上皮（癌癥）細(xì)胞免疫治療反應(yīng)的最強(qiáng)預(yù)測因子，而CD8+ TCF1+ T細(xì)胞是整體上最強(qiáng)的免疫治療反應(yīng)預(yù)測因子。然而，MHCI&IIhi癌細(xì)胞和CD8+ TCF1+ T細(xì)胞的增殖分?jǐn)?shù)僅呈中度相關(guān)（ρ = 0.46）。值得注意的是，CD8+ TCF1+ T細(xì)胞是一種干細(xì)胞樣群體，它是ICB誘導(dǎo)的增殖發(fā)生的基礎(chǔ)。總體結(jié)論是，治療前的增殖評分富集了處于不同激活狀態(tài)的細(xì)胞，并識(shí)別了預(yù)測ICB反應(yīng)的表型。
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【治療后的ICB響應(yīng)預(yù)測因子】
作者還研究了治療早期的細(xì)胞密度、細(xì)胞-細(xì)胞相互作用和免疫治療反應(yīng)之間的聯(lián)系。
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治療早期免疫響應(yīng)的細(xì)胞表型預(yù)測：圖4a，上皮細(xì)胞表型密度與pCR之間的比值比，圖4b，各治療組CD8+GZMB+T上皮細(xì)胞密度和治療反應(yīng)的關(guān)系
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TME細(xì)胞密度中只有CD8+GZMB+T細(xì)胞顯示顯著差異免疫治療反應(yīng)預(yù)測（Pinteraction?=0.04，F(xiàn)DR=0.5,圖4a-b），為同型細(xì)胞相互作用。在一些ICB耐藥的病例中，癌細(xì)胞中CD15的表達(dá)具有顯著的高表達(dá)模式。我們還觀察到CD15+癌細(xì)胞灶被CD15+白細(xì)胞包圍，這表明異型相互作用可能是狀態(tài)轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)因素。對免疫治療應(yīng)答的特征是CD8+ GZMB+ T細(xì)胞的積累，而異型CD79a+漿細(xì)胞相互作用和CD15+癌細(xì)胞意味著耐藥腫瘤。
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【ICB免疫應(yīng)答的細(xì)胞動(dòng)態(tài)變化】
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與基線相比，我們發(fā)現(xiàn)了治療時(shí)免疫治療響應(yīng)的不同驅(qū)動(dòng)因素，促使作者研究了新輔助免疫治療的細(xì)胞動(dòng)態(tài)變化。免疫細(xì)胞在治療早期顯著增加，而在治療后顯著減少，同時(shí)上皮（癌癥）細(xì)胞減少，基質(zhì)細(xì)胞增加（圖5a）。這種模式在所有組中都重復(fù)了，但變化的程度不同：在應(yīng)答者中免疫細(xì)胞早期比例的增加更大，而在接受免疫治療的應(yīng)答者中最大。
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圖5a. 免疫治療的細(xì)胞動(dòng)態(tài)變化
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【主要的ICB應(yīng)答預(yù)測因子】
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作者獲得了148個(gè)組織特征（37個(gè)細(xì)胞表型的密度；37個(gè)異型和37個(gè)同型細(xì)胞-細(xì)胞相互作用；37個(gè)增殖評分），并發(fā)現(xiàn)其比化療反應(yīng)更能預(yù)測免疫治療。
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圖6. 預(yù)測ICB響應(yīng)的多變量模型，免疫治療反應(yīng)的基線(d)和治療中(e)預(yù)測因子在模型中的重要性排序
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總的來說，增殖的CF1T+ CD8+ T細(xì)胞和MHCII+ 癌細(xì)胞的分?jǐn)?shù)是免疫應(yīng)答的主要預(yù)測因子，其次是與B細(xì)胞和GZMB+ T細(xì)胞的癌癥免疫相互作用。在治療過程中，反應(yīng)性腫瘤含有豐富的GZMB+ T細(xì)胞，而耐藥腫瘤則以CD15+ 癌細(xì)胞為特征。通過結(jié)合治療前和治療中的組織特征，可以最好地預(yù)測應(yīng)答，指出早期活檢在指導(dǎo)適應(yīng)性治療中的作用。
該研究表明，多細(xì)胞空間組織分布是三陰性乳腺癌ICB療效的主要決定因素，并提示原位系統(tǒng)分析腫瘤微環(huán)境細(xì)胞分布將有助于實(shí)現(xiàn)腫瘤精準(zhǔn)免疫治療。
組織成像質(zhì)譜分析系統(tǒng)采用金屬標(biāo)簽，幫助客戶順利開展43種蛋白的分析，具有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡便、實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠的特點(diǎn)，其完整的解決方案為三陰性乳腺癌腫瘤組織與TME組織的原位空間分布提供了全面的視角，幫助用戶實(shí)現(xiàn)對不同階段樣本的細(xì)胞組成和功能進(jìn)行挖掘，進(jìn)而一窺ICB重塑細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的過程。
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參考文獻(xiàn)：
Wang, X.Q., Danenberg, E., Huang, C.S., Egle, D., Callari, M., Bermejo, B., Dugo, M., Zamagni, C., Thill, M., Anton, A. and Zambelli, S., 2023. Spatial predictors of immunotherapy response in triple-negative breast cancer.?Nature,?621(7980), pp.868-876.
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