由IL-21驱动的克隆扩增、甲状腺毒性效应CD8+ T细胞促进检查点抑制剂甲状腺炎

Clonally expanded, thyrotoxic effector CD8+ T cells driven by IL-21 contribute to checkpoint inhibitor thyroiditis

作者信息Melissa G Lechner, Zikang Zhou, Aline T Hoang, Nicole Huang, Jessica Ortega, Lauren N Scott, Ho-Chung Chen, Anushi Y Patel, Rana Yakhshi-Tafti, Kristy Kim, Willy Hugo, Pouyan Famini, Alexandra Drakaki, Antoni Ribas, Trevor E Angell, Maureen A Su
PMID37196065
发布时间2023-05-17
DOI10.1126/scitranslmed.adg0675

实验完整度

包含人甲状腺FNA标本的scRNAseq与TCR测序分析、体外功能实验(IL-21刺激人CD8+ T细胞及甲状腺细胞杀伤)、以及体内小鼠模型(IL-21R KO和T细胞过继转移)验证,多层级证据。

主要模型

ICI甲状腺炎患者甲状腺细针穿刺(FNA)标本 桥本甲状腺炎患者甲状腺FNA标本 NOD小鼠ICI诱导自身免疫模型 NOD.SCID小鼠T细胞过继转移模型

重点核对

ICI甲状腺炎患者甲状腺浸润中克隆扩增的CXCR6+ GZMB+ IFN-γ+ CD8+效应T细胞频率 IL-21体外刺激人CD8+ T细胞后GZMB和CXCR6表达增加及甲状腺细胞杀伤能力 NOD小鼠中ICI(抗PD-1+抗CTLA-4)处理诱导CD8+效应T细胞和IL-21+ Tfh/Tph细胞扩增 IL-21R敲除小鼠在ICI处理后甲状腺CD45+和CD3+浸润细胞减少

摘要

自身免疫毒性发生在高达60%接受免疫检查点抑制剂(ICI)治疗的癌症患者中,并代表扩大这些治疗使用的一个日益增长的临床挑战。迄今为止,人类免疫相关不良事件(IRAEs)的免疫病理研究依赖于循环外周血细胞取样,而非受累组织。在本研究中,我们直接获取了患有ICI甲状腺炎(最常见的IRAEs之一)个体的甲状腺标本,并将其免疫浸润与患有自发性自身免疫性桥本甲状腺炎(HT)或无甲状腺疾病的个体进行比较。单细胞RNA测序揭示了一个在ICI甲状腺炎中占主导、克隆扩增的甲状腺浸润性细胞毒性CXCR6+ CD8+ T细胞(效应CD8+ T细胞)群体,但在HT或健康对照中不存在。此外,我们发现白介素(IL)-21——一种由甲状腺内滤泡辅助性T(Tfh)细胞和外周辅助性T(Tph)细胞分泌的细胞因子——作为这些甲状腺毒性效应CD8+ T细胞的驱动因子发挥关键作用。在IL-21存在下,人CD8+ T细胞获得激活的效应表型,上调细胞毒性分子干扰素(IFN)-γ和颗粒酶B,增加趋化因子受体CXCR6的表达,并具有甲状腺毒性能力。我们使用IRAEs小鼠模型在体内验证了这些发现,并进一步证明遗传性缺失IL-21信号传导可保护接受ICI治疗的小鼠免受甲状腺免疫浸润。总之,这些研究揭示了发生IRAEs个体的机制和候选治疗靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
免疫检查点抑制剂诱导的甲状腺炎(ICI-thyroiditis)的组织局部免疫病理机制是什么?
核心机制
IL-21+ CD4+ Tfh和Tph细胞通过分泌IL-21驱动CD8+ T细胞分化为CXCR6+ IFN-γ+ GZMB+细胞毒性效应细胞,后者介导甲状腺组织损伤。
主要证据
人甲状腺FNA标本scRNAseq显示ICI甲状腺炎中克隆扩增的CXCR6+IFNG+GZMB+效应CD8+ T细胞增多;体外IL-21刺激人CD8+ T细胞上调GZMB和CXCR6并增强对甲状腺细胞的杀伤;小鼠模型中遗传缺失IL-21R减少效应CD8+ T细胞和甲状腺免疫浸润。
研究意义
研究揭示了ICI甲状腺炎的发病机制,提出了IL-21信号作为减少免疫检查点抑制剂自身免疫毒性的潜在治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

人甲状腺FNA标本免疫浸润特征分析

鉴定ICI甲状腺炎患者甲状腺组织中的免疫细胞组成和关键亚群

收集ICI甲状腺炎患者甲状腺FNA标本,通过流式细胞术和scRNAseq分析CD45+免疫细胞,并进行TCR测序分析克隆扩增

2

与HT和健康对照比较鉴定疾病特异性CD8+ T细胞亚群

确定ICI甲状腺炎区别于桥本甲状腺炎和健康对照的免疫特征

整合ICI甲状腺炎、HT和健康对照的scRNAseq数据,分析CD8+ T细胞亚群、分化轨迹和克隆扩增

3

IL-21体外诱导人CD8+ T细胞效应表型及甲状腺毒性

验证IL-21是否能驱动CD8+ T细胞向细胞毒性效应细胞分化并具有甲状腺杀伤能力

从健康供者PBMC分离CD8+ T细胞,用抗CD3/CD28磁珠和重组人IL-21刺激,流式细胞术检测GZMB和CXCR6表达;收集上清液与NThyOri3.1人甲状腺细胞共培养,评估细胞活力

4

小鼠IRAEs模型中验证ICI诱导的免疫变化

在体内模型中验证ICI治疗是否诱导类似人类的CD8+效应T细胞和IL-21+ Tfh/Tph细胞扩增

NOD小鼠接受抗PD-1和抗CTLA-4单抗或同型对照治疗4周,流式细胞术检测脾脏中CD8+效应T细胞、Tfh/Tph细胞及IL-21+ CD4+ T细胞频率

5

IL-21R基因敲除小鼠验证IL-21信号在甲状腺炎中的作用

确定IL-21信号是否为ICI诱导甲状腺自身免疫所必需

使用NOD.Il21r-/-(IL-21R KO)小鼠,经ICI处理后评估脾脏CXCR6+ CD8+ T细胞频率和甲状腺浸润细胞数量;并通过NOD.SCID小鼠过继转移实验验证T细胞IL-21R信号的作用

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
10x Genomics Chromium10x Genomics--
NovaSeq 6000Illumina--
RPMI-1640培养基----
Ficoll-Hypaque----
抗CD3/CD28磁珠Invitrogen--
重组人IL-21PeproTech--
重组人IL-2----
DAPI----
EasySep试剂盒STEMCELL Technologies--
抗小鼠CTLA-4抗体(克隆9D9)BioXCellBE0164
抗小鼠PD-1抗体(克隆RPM1-14)BioXCellBE0146
同型对照抗体(2A3, MPC-11)BioXCellBE0089, BE0086
NPH胰岛素----
IV型胶原酶----
GraphPad Prism----
RStudio----
Metascape----
STARTRAC----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
人甲状腺FNA标本采集
患者入组标准、FNA采集时间(2个月内)、针规格(25或27号)、采集次数(4次)
阅读提示:材料与方法-研究设计
单细胞RNA测序
CD45+细胞分选、10x Genomics Chromium protocol、测序平台(NovaSeq 6000)、数据过滤和聚类参数
阅读提示:材料与方法-单细胞RNA测序、补充材料和方法
体外T细胞刺激
PBMC分离方法、CD8+ T细胞分离(磁珠)、培养密度(5×10^5/孔)、刺激物(抗CD3/CD28磁珠)、IL-21浓度(100 ng/mL)、IL-2浓度(50 U/mL)、培养时间(5天)
阅读提示:材料与方法-人原代免疫细胞体外评估
甲状腺细胞杀伤实验
NThyOri3.1细胞系、上清液稀释比例(1:1)、DAPI染色、24小时分析
阅读提示:材料与方法-人原代免疫细胞体外评估
小鼠模型
小鼠品系(NOD、IL-21R KO)、年龄(4-6周)、给药剂量(10 mg/kg)、频率(每周两次)、疗程(4周)、给药途径(腹腔注射)
阅读提示:材料与方法-免疫检查点抑制剂治疗小鼠
流式细胞术
抗体克隆、染色方案、门控策略、细胞计数方法
阅读提示:材料与方法-流式细胞术、补充材料和方法、表S2和S3、图S5