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撰文 | 染色体
转移性黑色素瘤（Metastatic melanoma，MM）的临床治疗面临巨大挑战【1】。尽管免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade，ICB）的发展已经改善了MM患者的治疗效果，但是仍然有一半的MM患者无法从治疗中持久获益。其中关键问题是需要弄清楚抗PD-1和/或抗CTLA-4等ICB治疗为何无法对所有患者起效。
近日，来自比利时鲁汶大学癌症生物学中心的Jean-Christophe Marin，Oliver Bechter，Florian Rambow和Joanna Pozniak，与肿瘤科的Oliver Bechter共同在Cell期刊发表题为A TCF4-dependent gene regulatory network confers resistance to immunotherapy in melanoma（TCF4依赖的基因调控网络赋予黑色素瘤免疫治疗的抗性）的文章。研究发现，在接受ICB治疗后，患者MES黑色素瘤细胞数量显著增加，TCF4是相关调控网络的关键因子。靶向TCF4可以提高黑色素瘤细胞对靶向治疗和ICB治疗的敏感性和免疫原性。该研究揭示了一个依赖TCF4的基因调控网络，其在黑色素瘤抵抗靶向治疗和ICB治疗中起着重要作用。
患者对ICB治疗的耐药原因是多样的。黑色素瘤细胞的去分化、免疫逃逸和MHC I类下调都可能导致肿瘤细胞对ICB的耐药性【2】。预测ICB治疗效果需要在单细胞分辨率上对黑色素瘤生态系统细胞结构的时间剖析【3】。最近的研究发现，特定的恶性基因表达特征与免疫逃逸和T细胞排斥相关【4】。由于样本数量有限且缺乏跨时间点的患者匹配样本，目前对治疗初期的黑色素瘤生态系统细胞结构及其在ICB治疗下演变的全面认识仍然不完整。
MM中细胞状态的剖析和定位
为了确定MM的免疫逃逸机制，研究人员对不同时间点的MM患者样本进行全面分析，包括治疗前（before treatment，BT）活检和早期治疗（on-treatment，OT，即第二次ICB输注前）的样本（图1A）。scRNA-seq分析结果显示每个患者的恶性细胞转录组是独立分区的，通过使用Harmony集成数据，研究人员识别到11个不同的恶性区域聚类，解决了共享转录组状态的识别问题。接下来，他们首先对未接受治疗的黑色素瘤样本进行转录组分析，发现了多种状态的黑色素瘤细胞，包括黑色素细胞（melanocytic ，MEL），间充质样（mesenchymal-like，MES），抗原呈递，神经嵴样，缺氧应激和p53响应应激。研究还发现了与特定功能相关的标记基因和人类特异性细胞状态。而且，黑色素瘤细胞可以表现出多种和/或重叠/混合的表型。此外，研究还发现特定细胞状态的丰度与基因突变状态无关，不同基因组配置的黑色素瘤细胞表现出重叠的转录程序。为了了解黑色素瘤生态系统的空间组织，研究人员进行了非靶向的空间分辨转录组分析。结果发现在肿瘤内部存在多种细胞状态，包括缺氧和p53响应状态（图1B）。此外，研究还观察到免疫细胞和恶性细胞被隔离在不同区域，表达重叠转录程序的黑色素瘤细胞在空间上形成了限制性的群落。抗原呈递状态的黑色素瘤细胞与免疫细胞和淋巴内皮细胞接触，并且在免疫活跃的肿瘤中更富集。空间分析进一步证实了抗原呈递状态的黑色素瘤细胞和免疫细胞之间的空间关系，并发现在CD8+ T细胞附近富集HLA-DR（MHC II类标记物）阳性的黑色素瘤细胞（图1C）。总的来说，黑色素瘤的转录组异质性是空间组织的，并受到与肿瘤微环境相互作用的异质细胞驱动。这些发现有助于深入了解黑色素瘤的生态系统细胞结构和免疫逃逸机制。
图1. MM中细胞状态的分析和定位：（A）研究样本采集时间、数量和方法的示意图；（B）代表性未治疗转移瘤样本空间转录组分析；（C）HLA-DRhigh黑色素瘤细胞与CD8+ T细胞的共定位。
MES黑色素瘤细胞抵抗ICB治疗
具有MES表型的黑色素瘤细胞与正常间充质细胞（包括肿瘤相关成纤维细胞CAFs）非常相似。MES黑色素瘤细胞的准确检测和定位是研究的关键。研究人员通过MES细胞与CAFs之间表达差异最大的50个基因，即最小谱系基因（minimal lineage genes，MLGs），确定了黑色素瘤特异性的MES基因标记，如CDH19和S100A1。THY1、LUM和DCN等基质基因在CAFs中的表达水平高于MES细胞，但是包括转录因子TCF4在内的几个标记基因在两种细胞中的表达水平相当。进一步的研究显示CDH19和S100A1在所有状态的黑色素瘤细胞（包括MES细胞）都有表达，但TCF4等基质基因选择性地在MES细胞中表达。此外，研究人员开发了一种在组织中对MES细胞进行定位的方法，使用高灵敏度的多重RNA检测和蛋白染色方法共同检测。研究人员发现，在已接受一个周期ICB治疗的患者中，MES细胞的丰富程度与黑色素肿瘤对ICB 治疗的反应性存在关联，并且在无应答组患者中富集。此外，研究还发现在其他类型肿瘤中，早期OT样本中MES细胞的存在可能预示着对ICB的不良反应。这些发现对于了解肿瘤免疫治疗的反应机制以及预测患者的治疗反应具有重要意义。
靶向TCF4促进MM治疗的敏感性
研究发现在MES黑色素瘤细胞中，TCF4的表达与MITF（黑素合成过程中最重要的转录因子）呈负相关，而且在具有MES特征的临床样本和黑色素瘤转移病灶中TCF4表达更高。TCF4对黑色素瘤细胞具有多方面的影响，包括调节细胞运动、上皮-间充质转化（EMT）、整合素信号传导和血管生成。TCF4有助于黑色素瘤MES表型的获得和/或维持，以及对靶向治疗的耐受。在MEL黑色素瘤细胞系中，TCF4过表达导致MITF基因和MEL基因下调，以及EMT基因的上调。另外，TCF4的沉默导致与免疫应答相关基因（APM和IFN信号）的上调，从而直接影响肿瘤细胞的免疫逃逸和对免疫治疗的抵抗。研究还表明TCF4的沉默可以促进肿瘤细胞的凋亡和损伤，增强自体T细胞活化，抑制肿瘤生长和免疫细胞的浸润。通过BET抑制剂ARV-771可以调控TCF4的表达，该过程依赖于细胞核蛋白BRD4与TCF4增强子区域的结合。在具有MES或中间表型的黑色素瘤细胞中，ARV-771处理导致TCF4表达的减少，同时也降低了MES基因的表达，增加了肿瘤细胞对BRAF和MEK抑制剂的敏感性。因此，BET抑制剂在临床上具有抑制TCF4的潜力，可以提高MES黑色素瘤细胞的免疫原性和对ICB疗法的敏感性。
综上所述，该研究通过对患者活检样本进行单细胞和空间多组学分析，聚焦到MES黑色素瘤细胞与患者对靶向治疗和免疫治疗的耐受性存在关联，其中关键因子TCF4通过调节多个转录程序对MES细胞的免疫耐受发挥作用。抑制TCF4可以提高黑色素瘤细胞对靶向治疗和ICB治疗的敏感性和免疫原性。
https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.11.037
制版人：十一
参考文献
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