Treg主导的肿瘤微环境是PD-1阻断治疗后超进展性疾病的原因

Treg-Dominant Tumor Microenvironment Is Responsible for Hyperprogressive Disease after PD-1 Blockade Therapy.

作者信息Hiroaki Wakiyama, Takuya Kato, Aki Furusawa, Ryuhei Okada, Fuyuki Inagaki, Hideyuki Furumoto, Hiroshi Fukushima, Shuhei Okuyama, Peter L Choyke, Hisataka Kobayashi
PMID36169564
发布时间2022-11
DOI10.1158/2326-6066.CIR-22-0041

实验完整度

包含体外结合与杀伤实验、体内肿瘤模型、双侧肿瘤模型及流式、多重IHC等验证,明确功能验证和机制验证。

主要模型

MC38小鼠结肠癌模型 MC38-luc小鼠结肠癌模型 MOC2-luc小鼠口腔癌模型 C57BL/6小鼠

重点核对

anti-CD8β-IR700的合成与特异性结合验证(SDS-PAGE、流式、荧光显微镜) CD8β靶向NIR-PIT在体外和离体对CD8+ T细胞的清除效果(不同NIR光剂量) 体内CD8β靶向NIR-PIT对肿瘤浸润CD8+ T细胞和Treg比例的影响 CD8β靶向NIR-PIT联合抗PD-1治疗对肿瘤生长的影响(单侧和双侧模型) 治疗后肿瘤浸润CD8+ T细胞和Treg分布及DC激活状态

摘要

程序性细胞死亡1(PD-1)阻断治疗可使部分癌症患者获得显著缓解。然而,约15%接受PD-1阻断治疗的患者出现快速肿瘤进展,这一现象被称为“超进展性疾病”(HPD)。由于HPD难以在动物模型中复制,其潜在机制一直难以揭示。近红外光免疫疗法(NIR-PIT)是一种能够选择性清除肿瘤微环境(TME)中特定细胞而不干扰其他细胞的方法。在本研究中,我们通过靶向CD8β抗原,利用NIR-PIT部分清除CD8+ T细胞,从而在两种同基因肿瘤模型中暂时改变T细胞亚群的平衡。与对照组相比,这些模型中的PD-1阻断导致肿瘤快速进展。PD-1和NIR-PIT组中CD3ε+CD8α+/CD3ε+CD4+FoxP3+(Teff/Treg)比值低于对照组。此外,在双侧肿瘤模型中,低剂量CD8β靶向NIR-PIT联合抗PD-1阻断仅在接受NIR光的肿瘤中显示快速进展。在该实验中,受照射肿瘤中的CD8β靶向NIR-PIT减少了局部CD8+ T细胞,导致调节性T细胞(Treg)主导的TME。总之,本文报道了一种模拟Treg主导TME的动物模型,并使用该模型产生的数据表明,PD-1阻断治疗后的HPD至少部分归因于TME中效应T细胞与Treg之间的失衡。

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
PD-1阻断治疗后超进展性疾病(HPD)的机制是什么?
核心机制
肿瘤微环境中效应T细胞与调节性T细胞(Treg)的失衡,即Treg主导的微环境,导致PD-1阻断后肿瘤快速进展。
主要证据
通过CD8β靶向NIR-PIT部分清除CD8+ T细胞,建立Treg主导的肿瘤微环境模型,在MC38和MOC2-luc模型中联合抗PD-1治疗后,肿瘤生长显著加快,且Treg/CD8+ T细胞比例升高。
研究意义
提供了一个模拟Treg主导肿瘤微环境的动物模型,可用于未来研究HPD的机制,并可能有助于预测和避免临床中的HPD。

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

合成与表征anti-CD8β-IR700

验证IR700与抗CD8β抗体的成功偶联。

将IR700 NHS ester与抗CD8β抗体共孵育,纯化后用SDS-PAGE检测偶联,并用荧光成像确认。

2

评估anti-CD8β-IR700的特异性结合与体外NIR-PIT效应

验证APC特异性结合CD8+ T细胞并评估NIR-PIT的杀伤效果。

从淋巴结分离细胞,与APC孵育后,通过流式检测结合特异性;用NIR光照射,通过荧光显微镜和流式检测细胞死亡。

3

体外NIR-PIT对MC38肿瘤浸润淋巴细胞的作用

验证CD8β靶向NIR-PIT对肿瘤中PD-1+ T细胞亚群的影响。

从MC38肿瘤制备单细胞悬液,与anti-CD8β-IR700孵育并进行NIR光照射,流式分析PD-1+细胞中CD8+、Tconv和Treg的比例。

4

体内CD8β靶向NIR-PIT对肿瘤浸润CD8+ T细胞的清除效果

在肿瘤模型中验证CD8β靶向NIR-PIT能否减少肿瘤内CD8+ T细胞。

对荷瘤小鼠静脉注射anti-CD8β-IR700,次日进行NIR光照射,1小时后收取肿瘤、淋巴结、脾脏,流式分析CD8+ T细胞比例。

5

CD8β靶向NIR-PIT联合抗PD-1治疗对肿瘤生长的影响

评估在CD8+ T细胞清除后,PD-1阻断是否会导致肿瘤超进展。

建立MC38、MC38-luc和MOC2-luc单侧肿瘤模型,分组处理后测量肿瘤体积,并用BLI评估肿瘤活性。

6

分析治疗后肿瘤浸润T细胞和Treg比例

验证联合治疗后肿瘤微环境中CD8+ T细胞减少、Treg比例增加。

在第13天收集肿瘤,通过流式细胞术分析CD8+ T细胞、Treg比例,并在MOC2-luc模型中进行多重免疫组化。

7

评估DC激活/成熟状态

检测CD8β靶向NIR-PIT和抗PD-1治疗对树突状细胞功能的影响。

在第13天收集肿瘤和肿瘤引流淋巴结,流式检测DC上CD40、CD80、CD86的表达。

8

双侧肿瘤模型验证局部与系统性效应

验证CD8β靶向NIR-PIT联合抗PD-1的肿瘤超进展是否仅限于照射侧。

建立双侧MC38肿瘤模型,仅对右侧肿瘤照射NIR光,左侧用铝箔遮挡,测量两侧肿瘤体积并分析免疫细胞。

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
IRDye700DX NHS酯LI-COR Biosciences929-70010
抗CD8β抗体Bio X Cell--
PD-10柱Cytiva17085101
考马斯亮蓝蛋白测定试剂盒Thermo Fisher ScientificPI23236
紫外可见分光光度计Agilent Technologies8453 Value System
RPMI-1640培养基Thermo Fisher Scientific11875-093
胎牛血清Thermo Fisher Scientific16000-044
青霉素/链霉素Thermo Fisher Scientific15140122
IMDM培养基Cytiva16777-184
Ham's F12营养混合物Cytiva16777-141
表皮生长因子Millipore Sigma01-107
氢化可的松Millipore SigmaH0135-1MG
胰岛素Millipore SigmaI0516-5ML
RediFect Red-Fluc慢病毒PerkinElmerCLS960002
异氟烷----
EasySep小鼠T细胞分离试剂盒StemCell Technologies Inc.19851
KIRAVIA Blue 520偶联抗小鼠CD4抗体BioLegend100478
碘化丙啶Millipore SigmaP4864
红细胞裂解液BioLegend420301
IV型胶原酶Worthington BiochemicalLS004188
脱氧核糖核酸酶IMillipore Sigma11284932001
FoxP3转录因子染色缓冲液套装Thermo Fisher Scientific00-5523-00
可固定活力染料eFluor 506Thermo Fisher Scientific65-0866-14
可固定活力染料eFluor 780Thermo Fisher Scientific65-0865-14
FACSLyric流式细胞仪BD Biosciences--
Opal自动化免疫组化试剂盒Akoya BiosciencesNEL821001KT
Bond RXm自动染色机Leica Biosystems--
ProLong Diamond防淬灭封片剂Thermo Fisher ScientificP36970
Mantra定量病理工作站Akoya Biosciences--
ML7710激光系统Modulight--
Pearl成像仪LI-COR Biosciences--
D-荧光素Gold BiotechnologyLUCK-1g
Photon成像系统Biospace Lab--
GraphPad Prism软件GraphPad Software--

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
APC合成
anti-CD8β抗体浓度、IR700 NHS酯浓度、反应时间、纯化柱类型
阅读提示:Methods: Reagents 和 Synthesis of IR700-conjugated anti-CD8β
体外NIR-PIT
细胞数量、APC浓度、孵育时间、NIR光剂量(0-30 J/cm2)、检测时间
阅读提示:Methods: Ex vivo NIR-PIT 和 Figure 1D
流式细胞术
抗体克隆号、染色细胞数、数据采集数、FoxP3染色试剂盒、活力染料
阅读提示:Methods: Flow cytometry analysis
动物模型
小鼠品系(C57BL/6)、年龄(6-8周)、性别(雌性)、肿瘤细胞接种数量(MC38:5×105, MOC2-luc:1×106)、接种位置
阅读提示:Methods: Animal and tumor models
体内CD8β靶向NIR-PIT
APC剂量(MC38:5μg, MOC2-luc:30μg)、给药途径(i.v.)、NIR光剂量(MC38:10J/cm2, MOC2-luc:30J/cm2)、照射时间
阅读提示:Methods: Analysis of tumor-infiltrating CD8+ T cells after CD8β-targeted NIR-PIT
体内PD-1阻断联合治疗
抗PD-1剂量(200μg/次)、给药途径(i.p.)、给药时间(MC38:第9、12天;MOC2-luc:第8、11天)
阅读提示:Methods: In vivo PD-1 blockade with CD8β-targeted NIR-PIT
双侧肿瘤模型
双侧肿瘤建立、NIR光仅照射右侧、铝箔遮挡左侧
阅读提示:Methods: In vivo PD-1 blockade with CD8β-targeted NIR-PIT, Results: CD8β-targeted NIR-PIT combined with anti–PD-1 in a bilateral tumor model
多重免疫组化
固定切片类型(FFPE)、抗体克隆号、染色试剂盒、成像系统
阅读提示:Methods: Multiplex IHC