近十年以來，得益於腫瘤免疫基礎研究的進步，繼手術、放療和化療三大常規治療手段之後，腫瘤免疫治療已成為第四種腫瘤治療方案。
阻斷CTLA-4和PD-1/PD-L1信號傳導的免疫檢查點抑制劑（ICI）[1]，腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）的過繼轉移[2]，以及嵌合抗原受體T細胞（CAR-T）療法[3]等腫瘤免疫治療方案的出現，讓常規治療手段無效的腫瘤患者看到了延長生命，甚至是治癒的希望。
從腫瘤免疫基礎研究的角度，無論是腫瘤的發生髮展，還是腫瘤免疫治療反應性差， 核心問題都是體內抗癌T細胞的失能和耗竭。 在複雜的免疫抑制腫瘤微環境中，甄別出具有高效抗癌能力的T細胞，對於開發新的腫瘤免疫治療方案至關重要。
近日，由 美國國家癌症研究所姜鵬領銜的研究團隊在《自然•醫學》發表重要研究結果[5]。
他們 開發了一個計算模型：腫瘤韌性T細胞模型（Tres model）。這個模型可以 通過分析T細胞單細胞轉錄組數據，鑑別在免疫抑制信號下仍然保持抗腫瘤能力的T細胞。
基於Tres模型，他們 發現FIBP是Tres細胞的陰性標誌基因。 敲除 CD8+ T細胞的FIBP基因，可顯著增強它的腫瘤細胞殺傷能力 。這意味著，Tres模型鑑定的FIBP可作為預測免疫治療效應的陰性標誌物以及潛在的藥物治療新靶點。
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姜鵬團隊這個研究中提及的腫瘤韌性T細胞（Tumor-resillient T cells, Tres）是一個比較新的概念。2020年，有研究人員在腫瘤免疫治療的研究總結中，提出了韌性T細胞（resilient T cells, Trs細胞）這一概念[6]。
基於Trs細胞概念，姜鵬團隊將 Tres細胞定義為：一大類可以承受慢性腫瘤抗原刺激和腫瘤微環境抑制壓力，而不會耗竭的T細胞。而且Tres細胞在ICI治療後，能夠迅速增殖並具有完全的細胞毒性功能。因此，Tres是具有高效抗癌能力的一大類CD8 + T細胞。
目前已發現的 Tres細胞包含幹細胞樣T細胞[7]和效應樣T細胞[8]。在對ICI治療有反應的人類和動物模型體內，均發現了效應樣T細胞的存在[9-10]。在腫瘤免疫抑制微環境中， Tres細胞的韌性特徵為：保有高度增殖活性和完全細胞毒性功能。
姜鵬團隊開發的腫瘤韌性T細胞模型（Tres模型）就很好的解決了這個問題。
基於CytoSig數據平台，姜鵬團隊首先篩選了免疫抑制信號分子。通過分析36個單細胞RNA測序數據集（跨越19種癌症類型168個腫瘤），該團隊發現轉化生長因子（TGF-β1）信號傳導活性與T細胞增殖活性之間呈現一致的負相關性。類似地，腫瘤壞死因子相關誘導凋亡配體（TRAIL）和前列腺素E2（PGE2）信號活動與T細胞低增殖狀態有顯著相關性。進一步，通過對51個細胞因子的逐個分析，排除了其他免疫抑制因子與T細胞增殖的關聯性，如IL-10，IL-4。
同時，細胞毒性評分（通過計算顆粒酶和穿孔素轉錄水平）與CytoSig分析的免疫抑制信號活性卻不存在顯著的負相關性。因此，在Tres模型中，姜鵬團隊確定 TGF-β1、TRAIL和PGE2，作為評估T細胞是否具有韌性特徵（保有高度增殖能力） 的3個免疫抑制信號分子。
接下來就是尋找Tres細胞的特徵性基因。採用線性回歸中的交互作用t檢驗，姜鵬團隊分析了 3個免疫抑制因子、T細胞增殖和特定的特徵性基因之間的關係，而且他們還將交互變量t檢驗值定義為每個特徵性基因的Tres評分。
在TGF-β1、TRAIL或PGE2信號通路的免疫抑制壓力下，如一個基因的Tres評分為負數，表明高表達該基因的T細胞增殖能力非常弱。例如，在之前來自黑色素瘤的數據中，FIBP基因的Tres評分為-3.57。這個評分表明在TGF-β1、TRAIL或PGE2免疫抑制壓力下，高表達FIBP基因的T細胞只具有低的增殖能力。據此，姜鵬團隊完成了基於Tres評分的特徵性基因的評估工作。
a: 建立Tres模型的分析流程模式圖 b: 免疫抑制（TGF-β1）與T細胞增殖呈負相關 c: Tres 分數展示來自變量交互測試的結果 d: 隊列中 Tres 評分
隨後，姜鵬團隊從生物和臨床兩方面驗證了Tres模型的可靠性。
在生物學方面，Tres模型基於Tres評分預測的特徵性基因，能夠囊括已報道的幹細胞樣CD8 + T細胞長期存活的標誌基因。
在臨床方面，無論是來自預處理腫瘤（未接受免疫治療）或ICI應答者與無應答者的治療後腫瘤數據，Tres模型預測的結果都能準確的匹配已知的臨床治療反應。此外，與其它已發表的抗腫瘤T細胞標誌基因相比，Tres的總體關聯性也是最好的。
以上數據表明，基於對3個免疫抑制因子（TGF-β1、TRAIL和PGE2）與T細胞增殖活性的關聯性分析建立的Tres模型，是一種尋找抗癌T細胞的新方法。
同時，通過簡單的相關係數分析，即如果腫瘤樣本中T細胞單細胞轉錄組與Tres細胞特徵呈負相關，那麼就能夠預測患者的臨床免疫治療效果不理想。這對於臨床醫生考量癌症患者是否適合接受腫瘤免疫治療，具有十分重要的參考價值。
a: Tres 評分相關性預測T細胞在免疫療法中的功效 b: Tres對T細胞臨床療效的預測性能
受到Tres模型出色預測T細胞抗癌能力的鼓舞，姜鵬團隊著手從Tres細胞特徵基因中篩選新的調節因子和治療靶點。他們的篩選策略主要依據兩個方面的考慮：一是優先考慮候選基因的表達水平始終與較差的T細胞抗腫瘤效應和實體瘤中較差的免疫治療反應相關；二是分析側重於T細胞有效性的陰性標記，因為無論是通過化合物、抗體還是基因組編輯的治療方法，治療機理主要是抑制靶基因。
基於以上考慮，姜鵬團隊發現，在所有人類基因中， FIBP是排名第一位的T細胞抗癌有效性的陰性標誌基因。並且， FIBP的Tres分數在所有單細胞數據集中始終為負。
姜鵬團隊還分析了接受抗PD-1免疫治療的實體瘤患者的T細胞單細胞測序數據。他們發現 與無應答患者來源的T細胞相比，FIBP在抗PD-1治療有效患者T細胞中的轉錄水平顯著下降。同時，FIBP表達水平高的患者在過繼性TIL治療後，患者的總體生存時間更短。此外，高的FIBP表達水平與T細胞功能障礙呈現正相關性。基於以上證據，姜鵬團隊認為 FIBP是一個新的T細胞抗腫瘤效應的陰性標誌物和潛在的藥物治療靶點。
a: 按特徵評分排名前十的基因熱圖 b: ICI應答者和無應答者CD8 + T細胞中的FIBP轉錄水平統計圖 c: 腫瘤中擴增的淋巴細胞內FIBP的高表達預示低ACT功效 d: 腫瘤中高FIBP 轉錄水平預示T細胞功能障礙及更低的生存率
為了回答干預FIBP是否可以影響T細胞的抗腫瘤效應，姜鵬團隊藉助CRISPR/Cas9技術，分別在人和小鼠T細胞中敲除FIBP基因。在人的T細胞殺傷腫瘤細胞實驗中，採用了NY-ESO-1 + 黑色素瘤細胞（A375和Mel624）作為NY-ESO-1 TCR T細胞的靶標細胞。
在小鼠T細胞殺傷腫瘤細胞實驗，使用gp100陽性的B16-mhgp100細胞系和相應的Pmel-1 TCR T細胞。與對照組相比， 敲除FIBP的人和小鼠T細胞釋放更多的T細胞效應因子（如IFN-γ和TNF），殺傷腫瘤細胞的能力顯著提高。
a: CD8 + T細胞與癌細胞共培養實驗設計流程圖 c: 細胞共培養殺傷實驗的代表性數據 f: FIBP缺失促進T細胞效應細胞因子的釋放
隨後，姜鵬團隊評估了敲除FIBP是否可以增強Pmel-1 T細胞的體內抗腫瘤功效。他們開展了小鼠體內腫瘤殺傷實驗。與移植對照T細胞組相比， 移植敲除FIBP基因T細胞的小鼠，體內腫瘤體積顯著減小以及總體生存時間顯著延長。
a: 過繼性T細胞移植實驗流程圖 b: 小鼠體內腫瘤生長曲線 c: 小鼠體內腫瘤面積統計圖
最後，為了深入了解FIBP對T細胞的抑制作用機制，姜鵬團隊將小鼠敲除Fibp的Pmel-1 T細胞與對照組T細胞進行了轉錄組學測序分析。他們發現， 敲除FIBP的T細胞排名靠前高富集的信號通路，都與下調的膽固醇代謝信號通路相關。
此前已有研究報道，腫瘤微環境中過高的膽固醇會抑制T細胞功能，促進T細胞耗竭[11]。因此，他們通過實驗進一步證實， 敲除FIBP的T細胞內膽固醇含量下降，膽固醇吸收也受到抑制，進而抵抗腫瘤微環境中過量膽固醇對CD8 + T細胞功能的抑制作用 。
總之，姜鵬團隊基於大量已發表的T細胞單細胞轉錄組數據集，提出和建立了Tres模型，為預測癌症免疫治療反應以及開發新的T細胞免疫療法提供了一個嶄新的平台。
雖然，Tres模型還有一些不足之處，比如之前分析的168個腫瘤樣本中有38個沒有達到統計學意義，以及在高度免疫抑制類型的腫瘤，Tres模型無法給出有意義的結果。但是，鑒於目前腫瘤免疫治療存在費用高昂以及毒副作用的缺點，Tres模型有望通過預測癌症患者對於免疫治療的反應，篩選出更適合接受免疫治療的患者。
參考文獻
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