新抗原特异性细胞毒性Tr1 CD4 T细胞抑制癌症免疫治疗

Neoantigen-specific cytotoxic Tr1 CD4 T cells suppress cancer immunotherapy

作者信息Hussein Sultan, Yoshiko Takeuchi, Jeffrey P Ward, Naveen Sharma, Tian-Tian Liu, Vladimir Sukhov, Maria Firulyova, Yuang Song, Samuel Ameh, Simone Brioschi, Darya Khantakova, Cora D Arthur, J Michael White, Heather Kohlmiller, Andres M Salazar, Robert Burns, Helio A Costa, Kelly D Moynihan, Yik Andy Yeung, Ivana Djuretic, Ton N Schumacher, Kathleen C F Sheehan, Marco Colonna, James P Allison, Kenneth M Murphy, Maxim N Artyomov, Robert D Schreiber
PMID39048822
期刊Nature
发布时间2024-08
DOI10.1038/s41586-024-07752-y

实验完整度

包含体外细胞实验、多种小鼠肿瘤模型(T3、F244、1956)、过继转移、单细胞RNA测序及基因敲除小鼠,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

T3 MCA肉瘤小鼠模型 F244 MCA肉瘤小鼠模型 1956 MCA肉瘤小鼠模型 Rag2-/-过继转移模型

重点核对

疫苗中MHC-II新抗原肽的剂量(低剂量1.5 ng vs 高剂量150 ng) MHC-II新抗原的特异性(T3、F244、1956各自对应) 肿瘤细胞接种时间及疫苗给药时间(第6天和第17天) 抗PD1等免疫检查点抗体的使用剂量和时间(200 μg,第3、6、9天) LILRB4阻断抗体的使用剂量(250 μg,第3、6、9天)

摘要

CD4+ T细胞可以增强或抑制肿瘤免疫。尽管调节性T细胞长期以来已知能阻碍抗肿瘤反应,但最近有其他CD4+ T细胞被牵涉到抑制这种反应。然而,后者的性质和功能仍不清楚。在这里,我们使用含有MHC I类(MHC-I)新抗原(neoAgs)和不同剂量肿瘤来源的MHC-II neoAgs的疫苗,发现含有低剂量MHC-II限制性肽(LDVax)的疫苗促进肿瘤排斥,而含有相同MHC-II neoAgs高剂量(HDVax)的疫苗抑制排斥。对HDVax诱导的抑制性细胞的表征鉴定出它们为1型调节性T(Tr1)细胞,表达IL-10、颗粒酶B、穿孔素、CCL5和LILRB4。肿瘤特异性Tr1细胞抑制了由抗PD1、LDVax或过继转移的肿瘤特异性效应T细胞诱导的肿瘤排斥。机制上,HDVax诱导的Tr1细胞选择性杀伤MHC-II肿瘤抗原呈递的1型常规树突状细胞(cDC1s),导致肿瘤中cDC1数量减少。然后我们记录了克服这种抑制的方法,特别是通过抗LILRB4阻断,使用CD8导向的IL-2 mutein,或靶向缺失cDC2/单核细胞。总的来说,这些数据表明细胞毒性Tr1细胞维持外周耐受,也抑制抗肿瘤反应,从而阻碍免疫控制癌症。

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
高剂量MHC-II新抗原疫苗如何抑制抗肿瘤免疫及其机制。
核心机制
高剂量MHC-II新抗原通过cDC2/单核细胞呈递,诱导细胞毒性Tr1细胞,后者以GZMB依赖性方式杀伤cDC1,导致CD8+ T细胞反应受损,从而抑制肿瘤排斥。
主要证据
在T3、F244和1956肉瘤模型中,HDVax诱导的GZMB/CCL5+CD4+ T细胞(Tr1)通过过继转移抑制肿瘤排斥;体外杀伤实验显示Tr1细胞选择性杀伤cDC1;scRNA-seq和bulk RNA-seq鉴定出Tr1特征基因;LILRB4阻断或缺失可逆转抑制并恢复肿瘤排斥。
研究意义
研究鉴定出肿瘤免疫抑制的新细胞类型Tr1细胞及其机制,并提供了三种策略(抗LILRB4、CD8-IL-2、靶向cDC2/单核细胞缺失)来逆转其抑制活性,为改善癌症免疫治疗提供潜在靶点。

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

确定MHC-II新抗原剂量效应

测试不同MHC-II新抗原剂量对疫苗抗肿瘤疗效的影响

在T3、F244、1956肿瘤模型中,构建含固定MHC-I新抗原和不同MHC-II新抗原剂量(1.5 ng至150 ng)的SLP疫苗,在肿瘤接种后第6天和第17天治疗,监测肿瘤生长和生存。

2

验证HDVax对免疫检查点治疗的抑制

评估HDVax是否抑制抗PD1、抗4-1BB、抗CTLA4的疗效

对荷瘤小鼠联合给予HDVax或LDVax及免疫检查点抗体(抗PD1、抗4-1BB、抗CTLA4),监测肿瘤生长。

3

表征HDVax诱导的抑制性CD4+ T细胞

鉴定HDVax诱导的CD4+ T细胞的表型和功能

从HDVax处理的荷瘤小鼠中分离肿瘤浸润CD4+ T细胞,通过流式细胞术、细胞因子多重分析、scRNA-seq等分析其表型、细胞因子产生和转录组特征。

4

鉴定抑制性细胞亚群(cluster 3)的功能

确认cluster 3细胞是否必要且充分介导抑制

从HDVax小鼠中分选cluster 3细胞(CD25-CD200-CD153-CD39+),与LDVax效应T细胞混合过继转移至Rag2-/-荷瘤小鼠,观察对肿瘤排斥的影响。

5

鉴定LILRB4作为Tr1细胞表面标志物

确定LILRB4是否为抑制性细胞的关键标志物并验证其功能

通过RNA-seq和流式分析发现cluster 3细胞高表达LILRB4和SEMA4a。通过过继转移LILRB4+细胞验证其抑制性,并通过抗LILRB4抗体或基因敲除小鼠验证其逆转抑制的作用。

6

验证Tr1细胞通过杀伤cDC1发挥抑制功能

阐明Tr1细胞抑制抗肿瘤免疫的机制

在体外杀伤实验中,将HDVax诱导的Tr1细胞与cDC1或cDC2共培养,检测cDC1死亡;在体内比较HDVax处理下cDC1数量变化。

7

评估克服Tr1抑制的策略

测试抗LILRB4、CD8-IL-2及cDC2缺失是否逆转Tr1导致的免疫抑制

在荷瘤小鼠中分别单独或联合使用抗LILRB4、CD8-IL-2,或在cDC2缺失小鼠(Δ1+2+3)中接种HDVax,观察肿瘤生长和免疫细胞变化。

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
聚肌胞苷酸-聚左旋赖氨酸羧甲基纤维素Oncovir--
RPMI培养基Hyclone--
胎牛血清Hyclone--
抗PD1抗体(克隆RMP1-14)Leinco Technologies--
抗CTLA4抗体(克隆9D9)Leinco Technologies--
抗4-1BB抗体(克隆3H3)Leinco Technologies--
抗LILRB4抗体(克隆2F1.F9.E6)provided by N. Sharma and J. Allison--
CD4+ T细胞分离试剂盒Miltenyi130-117-043
CD11c+阳性选择试剂盒Miltenyi Biotec130-125-835
ProcartaPlex细胞因子检测试剂盒Luminex Technologies--
过氧化物酶标记的山羊抗小鼠IgG(H+L)抗体Jackson ImmunoResearch115-035-003
TMB底物----
10X 5' v2单细胞RNA测序平台10X Genomics--
SMARTer Ultra Low RNA试剂盒TaKaRa740990.50
NovaSeq-6000测序仪Illumina--
CD8靶向IL-2 muteinAsher Biotherapeutics--
重组人IL-2R&D Systems--

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
疫苗制备和给药
MHC-I和MHC-II新抗原肽的剂量、佐剂多聚ICLC的浓度(50 μg)、疫苗给药时间(第6天和第17天或更早)和途径(静脉或皮下)
阅读提示:Methods: NeoAgs and vaccination protocol
肿瘤模型
肿瘤细胞系(T3、F244、1956)及其对应的小鼠品系(129S6或C57BL/6)、性别、年龄(8-10周)、肿瘤细胞接种数量(1.5×10^6)和接种部位(后侧腹)
阅读提示:Methods: Mice; Tumour transplantation
免疫治疗抗体处理
抗体克隆和剂量(抗PD1、抗CTLA4、抗4-1BB均200 μg)、给药时间(第3、6、9天)和途径(腹腔注射)
阅读提示:Methods: In vivo antibody treatment
过继转移
供体小鼠疫苗接种方案(LDVax或HDVax)、T细胞数量(5×10^6总T细胞)及转移时间(肿瘤接种后1天)
阅读提示:Methods: Adoptive transfer experiments
Tr1细胞鉴定
用于识别Tr1细胞的表面标志物(LILRB4、GZMB、CCL5)及流式抗体克隆和稀释度
阅读提示:Methods: Flow cytometry antibodies