【文献分享，IF=87.24】CyTOF分析发现与黑色素瘤患者免疫检查点阻断毒性相关的T细胞特征

接受免疫检查点抑制剂（ICIs）治疗的黑色素瘤患者中，高达60%会发生严重的免疫相关不良事件（irAEs）。然而，尚不清楚在irAE发生之前是否有共同的基线免疫状态。

鉴于此，来自斯坦福大学的Aaron M. Newman 团队和华盛顿大学医学院的Aadel A. Chaudhuri 团队在Nature Medicine杂志上合作发表了一篇题为“T cell characteristics associated with toxicity to immune checkpoint blockade in patients with melanoma”的文章，研究人员通过CyTOF&scRNA-seq等多组学技术系统地分析了接受抗PD-1单药治疗，抗PD-1和抗CTLA-4联合ICIs治疗的黑色素瘤患者的PBMC免疫学特征，确定了与ICI治疗开始后三个月内发生严重irAE相关的T细胞特征，即治疗开始前活化的CD4 记忆T细胞丰度和T细胞受体（TCR）克隆类型多样性。基于此，研究人员还开发了irAE发展的预测模型，并指出这一模型在指导ICI治疗中的重要作用。

研究思路

为了研究与严重irAE发展相关的候选风险因素，研究人员按照如图1所示流程对分别接受抗PD-1单药治疗（33例）、抗PD-1加抗CTLA-4联合治疗（38例）的转移性黑色素瘤患者进行评估。研究将71例患者（采用排除标准后）分成3个不重叠队列：一个单细胞发现队列，一个Bulk试验队列，一个Bulk验证队列。

图1  研究思路

治疗前PBMC中严重的irAEs的决定因素

研究人员首先对18名患者治疗前的PBMC进行CyTOF以及scRNA-seq 分析，发现在所有亚群中，只有CD4效应记忆T（TEM）细胞在多重假设校正后仍显著，其在PBMC中的高丰度与严重irAE的发展相关。

图2  使用CyTOF分析预处理外周血中严重 irAE 的细胞决定因素

为了证实这一发现，研究人员对13例患者相同的PBMC进行 scRNA-seq和scV(D)J-seq检测，发现富含活化的CD4效应细胞标志物（HLA-DRA、MKI67、TNFRSF4（OX40）、CCL5、IL32）；缺乏TCM（中央记忆型T细胞）的标志物（SELL/CD62L）和幼稚T细胞标志物（CCR7、TCF7）与严重irAE发展具有相关性。这些数据表明活化的 CD4 TEM细胞可能作为严重ICI毒性的基础。不仅如此，研究人员还发现在经历严重irAEs的患者中，活化CD4 TEM细胞中的TCR克隆型多样性也明显升高，而这种相关性在T细胞的其他亚群中弱或不存在。

图3  使用scRNA-seq和scV(D)J-seq分析预处理外周血中严重irAE的细胞决定因素 

与irAE相关的T细胞特征的扩展分析

在确定了与严重irAE发展的治疗前候选决定因素后，研究人员在更大的患者群体中对上述的发现进行验证。研究人员应用bulk RNA-seq对另外两个队列共53名患者（单药/联合治疗）的治疗前PBMC进行分析；通过CIBERSORTx以及MiXCR，发现只有活化的CD4 TM细胞水平与严重的irAE发展相关，此外，外周血中较高的TCR克隆型多样性也预示着严重的irAEs发展，这与先前在单细胞队列研究中的发现类似，再次反映了TCR多样性与irAE严重发展的关联。

图4  从bulk PBMC 中进行早期 irAE 检测的综合建模

外周TCR克隆扩增与严重的irAE相关

鉴于这些结果，研究人员进一步探究综合激活CD4 TM细胞丰度和TCR多样性这两种特征的复合模型是否可能优于单独的任何一种特征。为此，研究人员使用逻辑回归框架在批量队列1上训练双变量模型，通过留一法交叉验证（LOOCV）评估所有53名患者时，复合模型表现出很强的分类性能。此外，无论ICI治疗类型、ICI反应状态、年龄、性别、黑色素瘤亚型或受影响的器官系统，无论是在被排除的患者中，还是在通过交叉验证的两个群体中，这种复合模型均具有预测性。

图5  联合CTLA-4和PD-1阻断治疗的患者严重 irAEs发作的相关性

最后，研究人员将这些发展irAE患者的基线外周血特征与临床上自身免疫疾病（如系统性红斑狼疮SLE和炎症性肠病IBD）患者的特征进行比较，发现循环中活化的CD4 TM细胞与自身免疫性疾病最显著相关。这些数据表明，严重的irAE可能代表了一种亚临床或潜在的自身免疫状态，而这可以在ICIs临床治疗中被揭示。

图6  自身免疫性疾病中循环白细胞的大规模评估

文章总结

总的来说，研究人员通过该研究确定了两个基线特征：激活的CD4 TM细胞丰度和外周血中克隆型多样化的TCR库，并将它们整合为一个复合模型用来预测患者发展为严重irAE的风险性。

【参考文献】Lozano AX, Chaudhuri AA, Nene A, et al. T cell characteristics associated with toxicity to immune checkpoint blockade in patients with melanoma. Nat Med. 2022 

【原文链接】https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35027754/