Cell ——单细胞TCR测序揭示肿瘤新抗原疫苗引发高特异性且持久的肿瘤杀伤T细胞反应

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研究背景

肿瘤新生抗原，由每个患者肿瘤中独特的突变产生。由于其极强的肿瘤细胞特异性，是肿瘤靶向免疫治疗的关键靶点。先前已有临床试验(Carreno et al., 2015; Hilf et al., 2019; Keskin et al., 2019; Ott et al., 2017; Sahin et al., 2017)证明个性化肿瘤新抗原疫苗在患者体内的可行性、安全性和免疫原性。另一方面，免疫检查点抑制剂(ICI)虽然已被应用到多种肿瘤的治疗中，但临床上只有一部分患者能够长期获益。与其他方法联合治疗是提高ICI药效的有效手段。本临床试验首次将个性化肿瘤新抗原疫苗(NEO-PV-01)与PD-1抑制剂联合应用在高TMB、转移性肿瘤的治疗中，并通过单细胞TCR测序分析，揭示肿瘤新抗原疫苗特异性T细胞的克隆型动态变化，对T细胞反应进行精准详细的表征，从细胞层面证明肿瘤新抗原疫苗引发的T细胞免疫反应有高特异性和有效性。

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方法流程

Figure 1. NEO-PV-01疫苗的制备和临床患者取样时间点

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研究结果

01. NEO-PV-01疫苗联合anti-PD-1治疗引发肿瘤新抗原表位特异性且持久的T细胞反应。

在三种癌症患者的外周血样本中检测到疫苗引发的免疫反应，发现T细胞反应是由疫苗特异性引发，而非接种前就存在的。所检测到的免疫反应CD4+和CD8+ T细胞对肿瘤新抗原表位有着高特异性。在治疗开始后第29周和53周的外周血样本中均能检测到CD4+和CD8+ T细胞的免疫反应，说明肿瘤新抗原疫苗引发了持久的免疫反应。

Figure 2. 肿瘤新抗原表位引发特异性且持久的T细胞反应

02. NEO-PV-01疫苗特异性T细胞具有细胞毒性潜能，可以迁移至肿瘤并杀伤癌细胞。

在新抗原特异性的T细胞中活化的有效记忆表型。在接种NEO-PV-01疫苗的病人外周血中，通过T细胞脱粒的marker基因CD107a，58%的病人样本中寻找到了在抗原刺激下展示出细胞毒性表型的T细胞。

为了进一步阐释疫苗引发的细胞毒性T细胞反应的抗癌功能，从3例接种NEO-PV-01疫苗后取得9个月及以上无进展生存期的病人外周血和肿瘤样本，通过单细胞TCR测序，检测抗原特异性T细胞的TCR序列信息。在其中一例患者的转移性肿瘤携带RICTOR基因突变，在外周血中发现特异性识别RICTOR基因突变新抗原的CD8+T细胞。单细胞TCR测序识别出了3种CD8+T细胞的主要克隆型。其中一种克隆型在NEO-PV-01治疗前肿瘤活检中缺失，在治疗后肿瘤中富集，并在体外细胞杀伤验证实验中有针对性的只对带有RICTOR基因突变的肿瘤细胞系进行杀伤。另一例患者的外周血中发现了溶细胞性外周CD4+T细胞，这些细胞特异性识别免疫肽IM07并分泌多种细胞因子。通过单细胞TCR测序，识别出了这些CD4+T细胞含有多种克隆型，其中2个克隆型仅在NEO-PV-01治疗后的肿瘤活检样本中被发现。通过T细胞克隆型的分析比对，发现外周血中的新抗原特异性CD4+和CD8+T细胞可以迁徙到肿瘤中去。在肿瘤样本中同时发现，记忆和溶细胞性T细胞对肿瘤细胞进行杀伤时，会引发抗原决定簇扩散，从而引发更广泛的免疫反应。使用多例患者的数据进行评估，发现抗原决定簇扩散的引发与较长的无进展生存期相关联。

Figure 3. NEO-PV-01联合anti-PD-1治疗引发细胞毒性T，可以迁移到转移性肿瘤并诱导抗原决定簇扩散

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结论

单细胞TCR测序精细区分T细胞亚群的克隆型，并通过时间和空间上的变化关系揭示：

· NEO-PV-01疫苗引发T细胞反应的特异性和持久性；

· NEO-PV-01特异性的细胞毒性T细胞可以从外周血迁移到肿瘤中发挥作用。

参考文献

1. Carreno, Beatriz M et al. “Cancer immunotherapy. A dendritic cell vaccine increases the breadth and diversity of melanoma neoantigen-specific T cells.” Science (New York, N.Y.) vol. 348,6236 (2015): 803-8. doi:10.1126/science.aaa3828

2. Hilf, Norbert et al. “Actively personalized vaccination trial for newly diagnosed glioblastoma.” Nature vol. 565,7738 (2019): 240-245. doi:10.1038/s41586-018-0810-y

3. Keskin, Derin B et al. “Neoantigen vaccine generates intratumoral T cell responses in phase Ib glioblastoma trial.” Nature vol. 565,7738 (2019): 234-239. doi:10.1038/s41586-018-0792-9

4. Ott, Patrick A et al. “Corrigendum: An immunogenic personal neoantigen vaccine for patients with melanoma.” Nature vol. 555,7696 (2018): 402. doi:10.1038/nature25145

5. Ott, Patrick A et al. “A Phase Ib Trial of Personalized Neoantigen Therapy Plus Anti-PD-1 in Patients with Advanced Melanoma, Non-small Cell Lung Cancer, or Bladder Cancer.” Cell vol. 183,2 (2020): 347-362.e24. doi:10.1016/j.cell.2020.08.053

6. Sahin, Ugur et al. “Personalized RNA mutanome vaccines mobilize poly-specific therapeutic immunity against cancer.” Nature vol. 547,7662 (2017): 222-226. doi:10.1038/nature23003

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