IF 50.3 Cancer Cell│肿瘤单核细胞含量可预测食管癌患者对免疫化疗的疗效

前言：

2023年7月10日，英国牛津大学路德维希癌症研究所Thomas M. Carroll教授团队在Cancer Cell上发表了题为“Tumor monocyte content predicts immunochemotherapy outcomes in esophageal adenocarcinoma”的研究论文，揭示了肿瘤中存在相对较多的免疫细胞，称为单核细胞，与食管癌患者接受化疗和免疫疗法联合治疗(统称免疫化疗)后获得更好的预后有关。

背景介绍：

免疫检查点抑制剂(ICIs)免疫治疗已成为继化疗(CTX)、放疗和手术之后的第四大癌症治疗支柱。食管癌是导致癌症死亡的第六大原因。在过去的几十年中，西方世界的主要亚型食管腺癌(EAC)是发病率增长最快的癌症类型之一。约40%的食管癌在诊断时已发生远处转移。尽管ICIs改善了患者的预后，但只有少数患者在这些药物中获得了长期好处。随着越来越多的监管批准和数以千计的正在进行的免疫治疗临床试验，确定最有可能从基于ICI的治疗中获益的患者仍然是一个关键的挑战。

图文解析：

图1

要点1：

A.治疗从4周的ICI-only窗口(ICI-4W)开始，随后进行6个周期的ICI+CTX治疗，ICI-4W期间给予αPD-L1(n=12)或αPD-L1联合单次预激剂量αCTLA-4(n=26)；在ICI+CTX阶段，αPD-L1与奥沙利铂和卡培他滨同时给药。在治疗前和整个治疗过程中收集内镜活检和CT扫描。

B-C.次要结局指标为总生存期(OS)、无进展生存期(PFS)和irRECIST肿瘤反应。ITT人群的中位OS和PFS分别为13.4个月和9.1个月。

D.在ITT人群中，17/38例患者(44.7%)表现出irRECIST反应，定义为治疗前肿瘤负荷减少30%。

E.部分患者在治疗的不同阶段反应不同。少数在ICI-4W期间未确认进展的(肿瘤负荷增加≥20%)患者在ICI+CTX期间获得了稳定的疾病或反应，要么是ICI进展，随后是CTX反应，要么是假性进展，在最终的抗肿瘤反应之前，ICI诱导的免疫内流导致肿瘤大小一过性增加。4例irRECIST无应答者PFS延长(>12个月)。

图2

要点2：

A.研究人员使用来自33例EAC患者的肿瘤样本和来自部分患者的配对正常GI组织生成了一个多时间点的批量RNA-seq数据集。28例EAC患者可获得初始ICI-4W窗口前(PreTx)和后(ICI-4W)的配对肿瘤转录组。

B-C.评估PreTx和ICI-4W之间的转录变化，研究人员发现在ICI-4W期间上调的顶端差异表达基因(DEGs)主要是细胞毒性炎症标志物，包括T细胞趋化因子(CXCL9、CXCL10和CXCL11)、T/NK细胞标志物(CD2、CD3D/E、CD8A/B、杀伤细胞凝集素样受体[KLR]家族、NKG7和TRGC2)、细胞毒性效应分子(GZMA、GZMH、GZMK、PRF1、FASLG)和CD8⁺组织驻留记忆T细胞标志物(ITGAE/CD103、ZNF683/Hobit)。事实上，在ICI-4W时，几乎所有LUD2015-005患者都观察到INCITE基因的上调，尽管上调的幅度有很大差异。

D.基因集富集分析(GSEA)显示，各种炎症和干扰素γ相关信号的上调与肿瘤收缩密切相关。

E.相反，神经和肌肉发育基因的PreTx表达与ICI-4W肿瘤收缩有关，参与异源物质代谢的超家族CYP450基因与肿瘤生长有关。

F.在本分析中，γδT细胞标记物(TRDC、TRGC1和TRGC2)似乎是炎症基因标记富集的关键贡献者。ICI-4W期间，包括胰蛋白酶原(PRSS1和PRSS2)和基质金属蛋白酶在内的细胞外基质(extracellular matrix，ECM)基因以及编码癌抗原的基因(CTAG2、SAGE1、MAGEA1/A4/A10、POTEE和PRAME)的高表达与ICI耐药和肿瘤生长显著相关。

图3

要点3：

A.令人惊讶的是，与CB显著相关的DEGs和基因集与先天性免疫系统有关，特别是髓系标志物(TREM1、ACOD1、TNFSF14和CSF3R)，而不是T细胞炎症标志物和检查点分子，更常见的是在基于ICI的方案中被描述为预测阳性结果。

B.已知促进髓系细胞浸润或调节其功能的细胞因子和趋化因子(CXCL3、CCL2、CSF1/M-CSF)在EAC中也高度富集，这些基因的表达增加与髓系细胞标志物的增加密切相关。

C-E.来自TCGA和Genotype-Tissue Expression(GTEX)数据库的转录组也显示，与正常GI组织相比，髓系标志物和细胞因子和趋化因子在EAC中显著富集。为了确定哪些髓系细胞类型可能影响ICI+CTX的结果，研究人员整合了scRNA-seq和bulk RNA-seq的证据。研究人员首先生成了LUD2015-005上消化道细胞图谱，这是一个65，000个细胞的scRNA-seq数据集，来自18个病人的病变和正常胃食管组织，包括不可手术和可手术的EAC、ESCC和癌前病变食管。

F.最后，该图谱显示在整体RNA-seq差异表达中与CB相关的先天性免疫DEGs主要由单核细胞、中性粒细胞和M1样巨噬细胞表达，表明EAC中特征性髓样浸润向其中一种或多种细胞类型倾斜预示着更好的ICI+CTX治疗效果。

图4

要点4：

A.对所有LUD2015-005 EAC活检进行去卷积细胞成分估计。在PreTx时，评估吞噬免疫室，一群具有高肿瘤单核细胞含量(TMC)的EACs显示出比其他更高的CB率。

B.使用队列中位数来定义TMC-高或低组，有效地分层患者结果。

C.应用同样的去卷积工作流程，研究人员发现在TCGA和ICGC中，TMC与OS之间没有显著的联系，这表明TMC与生存之间的关系是特异性的，包括LUD2015-005在内的含ICI的方案。

D.在LUD2015-005研究中，在αPD-L1-和αPD-L1+αCTLA-4治疗亚组中，TMC与OS显著相关，表明这一发现并不局限于ICI策略。

E.在EBV-/MSS GC中，PreTx TMC在ICI应答者中的确显著高于无应答者，表现出与LUD2015-005中EBV-/MSS EACs相似的应答预测效用。

图5

要点5：

A.该队列EACs中最常发生改变的基因为TP53和CDKN2A，与之前的报道类似。

B.获得CB的患者TMB显著高于NCB患者。

C.以队列中位数TMB对患者进行分层，结果显示TMB-high患者的OS显著提高。

D.与TMC一样，来自TCGA和ICGC的晚期EACs分析也没有显示出对TMB的预测能力，表明TMB对ICI+CTX的特异性也高于CTX。

E.在该队列中，PreTxTMB与TMC无显著相关性，TMB和TMC均高于各自队列中位数的EAC患者比其他所有亚组表现出更高的OS，提示具有加性预测能力。

F.在多变量Cox回归中，TMB和TMC均与更长的OS和PFS显著相关，说明这些生物标志物是ICI+CTX治疗结果的独立预测因子，并且它们的组合达到了最好的预测能力。

图6

要点6：

A-B.而TMC和T/NK细胞内流(INCITE)均可预测ICI-4W期间的肿瘤收缩，但这些变量之间无显著相关性，且回归分析显示两者对ICI诱导的肿瘤收缩均有独立贡献。

C.有趣的是，在许多获得CB的患者中，TMC在ICI-4W期间显著下降，表明在ICI+CTX治疗中，不需要单核细胞在整个治疗过程中的持续存在来获得长期的疾病控制。

D.LUD2015-005 scRNA-seq数据中的髓系细胞轨迹分析的确提示单核细胞可以转变为几个巨噬细胞和树突状细胞群体，特别是靠近cDCs(尤其是cDC2)，分化为M1样巨噬细胞和其他肿瘤相关巨噬细胞(TAM)亚群。

E.因此，研究人员评估了ICI是否在TMC高和TMC低的患者中产生不同的髓系表型。在scRNA-seq数据中，无论是TMC高亚组还是TMC低亚组，PreTx瘤内髓系细胞主要由一般TAM表型组成。

F.为了在全队列中证实，研究人员检测了去卷积的结果，结果显示在ICI-4W，TMC-high患者的炎性髓样效应物水平显著高于TMC-low，TAM/M2样巨噬细胞水平显著低于TMC-low，而在PreTx，同样的比较没有显著差异。

图7

要点7：

A.对PreTx癌细胞特异性基因表达的分析鉴定出43个显著的DEGs。与CB相关的最显著的DEG是IGFBP2，它在所有CB患者的EAC细胞中高表达，而在NCB患者的EAC细胞中几乎检测不到。

B.IGFBP2的病人特异性表达模式在上皮中明显不同于间质，证明了scRNA-seq鉴定细胞类型特异性DEGs的能力，否则可以在批量转录组学方法中被掩盖。

C.因此，T细胞特异性ISG的表达可以代表肿瘤内的免疫状态，而这种免疫状态并不能激发对ICI+CTX产生有效的抗肿瘤免疫反应。与IGFBP2类似，一些ISG在淋巴细胞中的表达模式与其他部位不同，这可以防止在整体转录组学中检测到这种现象。

本文小结：

综上所述，本研究揭示了具有INCITE上调的食管腺癌患者可以通过仅仅4周的ICI治疗就出现肿瘤缩小，并鉴定到TMC和TMB可以预测免疫化学疗法对于食管腺癌的治疗结果。未来或许可以通过TMC指标来筛选可以进行ICI+CTX治疗的食管癌患者。

参考文献：

Carroll, T. M., Chadwick, J. A., Owen, R. P., White, M. J., Kaplinsky, J., Peneva, I., Frangou, A., Xie, P. F., Chang, J., Roth, A., Amess, B., James, S. A., Rei, M., Fuchs, H. S., McCann, K. J., Omiyale, A. O., Jacobs, B. A., Lord, S. R., Norris-Bulpitt, S., Dobbie, S. T., … LUD2015-005 Project Team (2023). Tumor monocyte content predicts immunochemotherapy outcomes in esophageal adenocarcinoma. Cancer cell, 41(7), 1222–1241.e7.

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2023.06.006