「转移」二字对于任何一个癌症病人来说都是最不想听到的坏消息之一。那么医生口中的转移究竟是什么呢？医学上是这样定义的：当癌细胞从原发肿瘤扩散到身体的其他部位，在之前未接触过的器官中沉积癌细胞群，在那里不受控制的细胞生长继续造成伤害。当治疗无法控制癌症发展时，不论在身体还是精神上，患者及其家属都将面临更严峻的考验。
// 为什么T细胞浸润在转移瘤中尤为重要？
在原发性肿瘤和转移瘤中，预后高度依赖于肿瘤微环境中的免疫活性。Barnes和Amir在英国癌症杂志上指出：“‘促炎性’肿瘤微环境和浸润的CD8表达淋巴细胞与多种肿瘤类型的临床结果改善有关”[1]。在转移瘤中也有同样的发现，有研究分析了25对原发性非小细胞肺癌（NSCLC）标本和脑转移瘤NSCLC，发现脑转移灶实质CD8+T细胞的总体密度高于原发灶，且基质中CD8+TIL数量较少的患者预后较差，该研究指出“脑转移瘤中的肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL) 与预后呈正相关[2]。
脑转移级联反应涉及四个主要步骤[2]：1.转移细胞从原发癌中脱离，2.在体循环中存活，3.在脑实质中的侵袭，以及4.在中枢神经系统微环境中的存活。
但是，正如Barnes和Amir所言，并非所有T细胞在肿瘤微环境中都具有相同的积极作用。“其他免疫细胞的抑制功能，例如髓源性抑制细胞和调节性T细胞 (Tregs)，似乎在破坏癌症免疫控制能力方面发挥着重要作用，从而产生更糟糕的结果”[1]。也有其他发现指出癌症进化和治疗耐药性的模型取决于肿瘤免疫浸润的组成。迈阿密大学综合癌症中心的科学家们使用单细胞测序研究葡萄膜黑色素瘤 (UM) 的肿瘤微环境，发现了在以往研究中未曾与UM联系起来的特定免疫细胞群。这包括具有替代检查点标记LAG3的T细胞，其在UM肿瘤中的表达比传统的CTLA4和PD1标记更广泛[3]。
因此，区分肿瘤微环境 (TME) 中的T细胞功能状态、抗原特异性和其他总体特征对于了解癌症预后至关重要，这也解释了为什么某些癌症对治疗和转移没有反应。但是TIL的分子特征只是一方面，毕竟每种癌症类型甚至每种特定的肿瘤都具有独特的特性，可以影响免疫微环境的组成和空间组织。换句话说，肿瘤中免疫细胞浸润的程度也会影响预后。
在一项三阴性乳腺癌研究中，Visium空间基因表达数据显示在组织切片中，肿瘤块周围有一圈耗尽的T细胞[4]。空间分辨的基因表达可以提供比单独的病理学注释更高分辨率的浸润免疫细胞的鉴定和渗透到癌组织程度的可视化视图。结果表明浸润的T细胞群具有的抗肿瘤功效有限。
（a）三阴性乳腺癌样本的病理学注释
（b）利用基因表达数据，推测每个Visium斑点的基因型为肿瘤或正常。还显示了重叠的病理学注释
（c）特定T细胞亚型浸润区域，通过结合Visium空间基因表达和单核RNA-seq数据进行可视化。在致瘤区域周围可以看到耗尽的T细胞。
// 空间基因表达和T细胞受体测序的结合研究
这些在对癌症的免疫反应中发挥作用的复杂因素表明，需要对TME进行全面的了解以统一多维读数，包括T细胞组成和浸润的单细胞和空间注释。William等人在一项研究中通过Visium空间基因表达技术定义T细胞受体 (TCR) 序列，发现T细胞受体序列“决定了淋巴细胞抗原的特异性，并且可以作为淋巴细胞克隆的条形码”，这是T细胞识别和功能鉴定的关键读数。通过这种方式，可以实现在一次测定中同时显示组织样本中的T细胞受体克隆型和整体基因表达[5]。
为此，研究人员修改了在Visium分析中进行的标准cDNA文库制备步骤。他们将引物添加到TCR序列的5'端，以同时捕获TCR的可变CDR3区域和包含组织切片内转录物位置信息的空间条形码。此外还修改了文库清理步骤，标准Visium分析需要对cDNA文库进行片段化，但在这种情况下，他们通过珠子纯化来清理文库，以保留TCR和空间条形码序列之间的联系[5]。
// 多个角度探索脑转移瘤中的T细胞浸润
利用这种方法从空间转录组学数据中获取TCR序列，研究团队对31例脑转移患者手术切除后的浸润性CD8+ T细胞及其周围肿瘤微环境进行了详细的表征。他们在PD1+ CD8+ T细胞中确定了四个主要的转录群体，包括分裂细胞、终分化细胞和两个与耗尽的祖细胞特征相似的簇。TCR序列的空间解析读取和基因表达也显示，每个群体都定位于脑转移瘤微环境的特定区域，这表明CD8+ 肿瘤浸润T细胞根据抗原特异性排列[6]。
除了能够指导潜在的脑转移免疫治疗策略外，这些发现还体现了生物学系统方法的价值，即建立在多组生物学观点之上，通过从多个参数获得的信息来揭示细胞异质性。通过将T细胞转录特征、空间定位和TCR抗原特异性结合在一起，构建了对适应性免疫过程的最全面的理解。有了这些分析物，科学家们可以继续在解决肿瘤微环境中复杂的免疫活动和驱动癌症预后的多维因素方面深入探索。
参考文献：
[1]Barnes T and Amir E. HYPE or HOPE: the prognostic value of infiltrating immune cells in cancer. BJC 117: 451–460 (2017). doi: 10.1038/bjc.2017.220
[2]Luo L, et al.The Immune microenvironment in brain metastases of non-small cell lung cancer. Front Oncol 11: 698844 (2021). doi: 10.3389/fonc.2021.698844
[3]GenomeWeb and 10x Genomics. White Paper. Using Single-Cell Multiomics to Reveal New Insights Into Uveal Melanoma Evolution and Therapeutic Resistance.
[4]10x Genomics. Application Note. Spatially Resolved Heterogeneity of Triple Negative Breast Cancer.
[5]Hudson W and Sudmeier L. Localization of T cell clonotypes using spatial transcriptomics. bioRxiv. Posted August 5, 2021. doi: 10.1101/2021.08.03.454999
[6]Sudmeier L, et al. The CD8+T cell landscape of human brain metastases. bioRxiv. Posted August 5, 2021. doi: 10.1101/2021.08.03.455000
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