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客观的治疗导致肿瘤微环境(时差)改造提出了癌症治疗的一个主要障碍。的多数患者肝细胞癌(HCC)展品原发性或获得性耐药antiprogrammed细胞死亡(配体)1 (anti-PD - [L] 1)疗法,我们旨在调查机制肿瘤适应immune-checkpoint瞄准。
设计两个immunotherapy-resistant肝癌模型通过串行原位移植的肝细胞生成anti-PD-L1-treated同源的,免疫活性的老鼠和审问的单细胞RNA序列(scRNA-seq)基因和免疫分析。关键信号通路是调查lentiviral-mediated击倒和药物抑制,并进一步验证了scRNA-seq分析肝细胞癌肿瘤活检pembrolizumab从第二阶段试验(NCT03419481)。
结果Anti-PD-L1-resistant肿瘤增长> 10倍比亲代肿瘤免疫活性的但不是免疫力低下小鼠没有明显的遗传变化,是伴随着瘤内积累myeloid-derived抑制细胞(MDSC)精疲力竭CD8细胞毒性+T细胞转换和排斥。从力学上看,肿瘤细胞内在的过氧物酶体upregulation proliferator-activated receptor-gamma (PPARγ)转录激活血管内皮生长因子a (VEGF-A)生产MDSC扩张和CD8开车+T细胞功能障碍。选择性PPARγ拮抗剂触发免疫suppressive-to-stimulatory时间转换和resensitised anti-PD-L1治疗肿瘤原位和自发性肝癌模型。重要的是,40%(6/15)的患者肝癌耐pembrolizumab展出浮夸的PPARγ归纳。此外,较高的基线PPARγ表达式与贫穷有关生存anti-PD - (L) 1-treated病人在多种癌症类型。
结论我们发现一个适应性转录计划由肿瘤细胞逃避immune-checkpoint目标通过PPARγ/ VEGF-A-mediated开心的免疫抑制,从而提供抵消在肝细胞癌免疫治疗抵抗的策略。
- 癌症免疫生物学
- 肝细胞癌
- 免疫疗法
- PPARγ
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已知关于这个主题是什么呢
适应性免疫抵抗已成为逃税在癌症治疗的基础。
尽管immune-checkpoint突破封锁(ICB)治疗肝细胞癌(HCC)先进,大多数病人还是屈服于原发性或获得性耐药。
ICB-resistant肝癌主要与免疫抑制肿瘤微环境有关(时差),特点是myeloid-derived抑制和CD8细胞(MDSC)扩张+T细胞功能障碍。
更好的理解癌细胞如何适应ICB-induced免疫攻击可能存在新的机会避免ICB阻力。
这个研究增加了
ICB-induced免疫攻击,肝癌细胞利用比基因转录改编本,而选择获得免疫逃避的能力。
肿瘤细胞内在过氧物酶体proliferator-activated receptor-gamma (PPARγ)upregulation协调MDSC-enriched和T cell-dysfunctional时间通过血管内皮生长因子a (VEGF-A)反式-激活。
基因或药物抑制PPARγ增强抗肿瘤免疫和克服银行独立委员会阻力在多个immune-cold肝癌模型。
PPARγupregulation与不良反应癌症患者接受银行独立委员会单方。
这项研究可能会如何影响研究、实践或政策
ICB的阻力,我们建立了两种小鼠模型的自适应概括人类“冷”的肝细胞癌的免疫景观,使识别的可操作的目标来提高银行独立委员会的回应。
我们的研究提供机械的见解如何针对VEGF的上游驱动力增加抗肿瘤免疫和银行独立委员会效力。
我们的发现可能是很有价值的加速PPARγ抑制剂的临床开发联合免疫治疗在肝癌和其他PPARγ-expressing恶性肿瘤。
介绍
Immune-checkpoint封锁(ICB)疗法改变了固体恶性肿瘤的治疗景观包括肝细胞癌(HCC),目前的第六个最常见的癌症和全球癌症死亡的第三大主因。1然而,强烈的免疫抑制肿瘤微环境(时差)禁止足够的细胞毒性T淋巴细胞浸润,从而限制ICB响应性少数肝细胞癌患者。2 - 4值得注意的是,银行独立委员会最近的一线三期IMbrave150试验组合疗法atezolizumab,程序性死亡配体1 (PD-L1)抑制剂,贝伐单抗,一个单克隆抗体针对血管内皮生长因子(VEGF),提高了客观缓解率(ORR) 27%,5这可能归因于抗血管新生免疫调制的时间。6尽管这个突破,高比例的肝癌患者仍然不受益于这个新的标准治疗原发性或获得性耐药。7
自适应阻力由PD-L1 upregulation的癌细胞,制造时间和由此产生的T细胞功能障碍,是一个经典的肿瘤免疫逃避机制。8在癌症恶化,各种癌症细胞可塑性规划结果从微环境线索,随机的遗传和表观遗传改变,从而导致肿瘤的异质性和治疗抵抗。9日10鉴于tumour-immune交互的性质不断变化,肿瘤临床适应性免疫反应可能表现为原发性或获得性耐药PD-L1 /程序性细胞死亡蛋白1 (PD-1)封锁。11然而,我们理解癌细胞如何适应ICB-induced免疫攻击仍然是不完整的,尤其是在HCC碰头。
单细胞RNA序列(scRNA-seq)是一种方法解剖肿瘤异质性的细胞和分子连接的时间,和细胞状态转换可能影响治疗的反应,特别是在上下文的癌症免疫疗法。12目前缺乏的单细胞分析在临床前模型和涉及肝癌的临床研究。之前scRNA-seq人类肝癌的研究主要集中在血液样本或首次治疗/预处理活检,13 - 15部分原因是挑战与获取高质量的肝活检在多个时间点治疗。独特的环境时间可以产生重大影响反应治疗,常用的皮下同源的移植模型不能反映复杂瀑特异性肿瘤发展的各个方面,也影响免疫治疗反应。16虽然转基因小鼠模型更好的近似碰头,他们倾向于低突变可能限制他们转化潜在的负担。造型的发展动态tumour-immune交互理解银行独立委员会抵抗机制至关重要。16
在这里,我们解决银行独立委员会的机制治疗导致肿瘤适应通过串行原位移植的小鼠肝癌细胞anti-PD-L1-treated同源的,免疫活性的主机。利用基线和治疗肝细胞癌患者的活检样本收集pembrolizumab进行第二阶段试验(NCT03419481),我们综合单细胞分析揭示了肿瘤的自适应转录计划,躲避压力PD-L1 / PD-1封锁的免疫抑制治疗时间改造。我们进一步证明cotargeting新兴过氧物酶体proliferator-activated受体γ(PPARγ)信号可以避免银行独立委员会在多个原位电阻和自发性肝癌模型。本研究将提供一个精密癌症免疫治疗的新策略为阻止肝癌细胞的特异性免疫逃逸途径。
方法
老鼠
6至8-week-old雄性C57BL / 6和BALB / c裸小鼠获得和维护实验动物服务中心在特定的无菌条件下中大。按照协议的所有动物实验的动物实验伦理委员会批准香港中文大学(CUHK-AEEC)。
人类研究
确诊的肝细胞癌患者乙型肝炎病毒(HBV)招募了单臂pembrolizumab II期试验(NCT03419481)在香港威尔斯亲王医院,中国。两个周期后预处理和治疗肿瘤活检pembrolizumab收集。26患者肿瘤活检被scRNA-seq分析,标准组织病理学评估或coimmunofluorescence染色。放射科医生进行盲法评估的临床影像定义奥尔和临床效益根据固体肿瘤的反应评估标准(RECIST) V.1.1标准。提供的书面知情同意是活检收购之前所有的病人。
在这项研究中使用的所有方法的详细描述中可以找到在线补充文件1。
结果
肝癌细胞获得免疫逃避能力在ICB-treated串行植入老鼠
我们建立了两个鼠标ICB阻力通过串行原位移植肝癌模型为anti-PD-L1疗法(C57BL / 6免疫活性的主机图1一个)。肿瘤形成的同系的Hepa1-62或瑞来斯- 17517肝癌细胞最初在应对anti-PD-L1治疗,和残余肿瘤分离为体外单细胞悬浮体扩张之前再接种到新受体小鼠的肝脏。与父母的细胞系,Hepa1-6和瑞来斯- 175肿瘤成为没有响应anti-PD-L1治疗后6和7个治疗周期,分别为(图1 b, C)。此外,PD-L1-resistant (PD-L1R)肿瘤增长明显大于父母PD-L1-sensitive (PD-L1S)肿瘤在anti-PD-L1-treated(> 10倍)和免疫球蛋白g同形像控制C57BL / 6小鼠(~ 2倍)。然而,PD-L1R PD-L1S HCC细胞表现出相似的免疫功能不全的裸体小鼠的肿瘤重量(在线补充图1)。这些数据表明,PD-L1R肝癌细胞获得能力逃避银行独立委员会治疗引发的免疫攻击,这不是由于增强经济增长本身的能力。
探讨肿瘤免疫逃避ICB-resistant模型,我们比较的免疫分析PD-L1R和PD-L1S anti-PD-L1-treated C57BL / 6小鼠使用多色流式细胞术(在线补充图2)。相反的时差PD-L1S肿瘤,CD4 PD-L1R肿瘤表现出减少+辅助T 1 (TH1)和CD8细胞+T细胞,但增加单核细胞的(M)——多形核细胞(中性粒细胞)-myeloid-derived抑制器(MDSCs) Hepa1-6和瑞来斯- 175模型(图1 d和在线补充图2 b)。此外,CD8+T细胞表达高水平的immune-checkpoint分子如PD-1和T细胞免疫球蛋白和mucin-domain包含3 (TIM-3),但低水平的细胞毒性细胞因子(IFN-γ)和肿瘤坏死因子α干扰素γ(TNF-α)(图2 c在线补充),符合一个表型转变精疲力竭CD8细胞毒性+PD-L1R肿瘤的T细胞(图1 d)。然而,调节性T细胞的比例(T注册细胞,树突状细胞(dc)和巨噬细胞并没有持续改变。一般来说,直流和巨噬细胞表型改变PD-L1R肿瘤,除了增加整合CD80分子costimulatory表达式(在线补充图3)。虽然没有增加PD-L1表达在肿瘤和免疫细胞如PMN-MDSCs PD-L1R相比PD-L1S肿瘤(在线补充图4)、肿瘤细胞凋亡显著降低(图1 e和在线补充图5)。这些数据表明,银行独立委员会的治疗压力下PD-L1R HCC细胞存活改造T cell-excluded和免疫抑制时间。此外,我们发现CD8一致+在血和脾T细胞减少和PMN-MDSC感应的PD-L1R tumour-bearing老鼠(在线补充图6),这表明ICB-resistant肿瘤会导致系统性免疫抑制。考虑基因突变作为银行独立委员会的关键驱动因素的阻力,18我们使用PD-L1R whole-exome测序和PD-L1S肿瘤细胞。我们观察到高度重叠的突变概要Hepa1-6和瑞来斯- 175模型(在线补充图7),说明非遗传性ICB电阻自适应路径。10
调查潜在治疗逃税的转录的司机,我们利用scRNA-seq使细胞特定类型分析Hepa1-6-PD-L1R和Hepa1-6-PD-L1S肿瘤的C57BL / 6小鼠每组(n = 2) anti-PD-L1疗法。初始质量控制后,25 396个细胞中位数的924个基因检测到每个细胞用于制服歧管近似和投影(UMAP)降维监督和管理基于集群。确定了22个不同的集群(图1 f),这是进一步分为八大细胞群,即B细胞、内皮细胞、红细胞细胞,成纤维细胞、巨噬细胞或DCs, MDSC-like细胞,T /自然杀伤(NK)细胞和肿瘤细胞根据规范标志基因表达式(图1 f, G)。通过流式细胞术研究结果相似,PD-L1R肿瘤的免疫微环境怀有相对较少T / NK淋巴细胞但比PD-L1S MDSC-like细胞肿瘤(图1 h),进一步支持时间改造是一个关键的免疫逃避机制在我们ICB-resistant模型。
自适应的upregulation PPARγ协调时间重塑抵制银行独立委员会疗法
scRNA-seq分析表明,ICB-sensitive和ICB-resistant肿瘤细胞表现出独特的转录组配置文件(图2一个),支持动态转录适应但不是在治疗逃避的选择已存在的项目。10京都基因和基因组百科全书的通路富集分析PD-L1R 1024显著调节基因的肿瘤细胞显示PPAR信号最显著富集的通路(调整p < 1×10−5;图2 b和在线补充表1)。基因集富集分析进一步证实了显著富集的PPAR信号通路(图2 c),这是符合单细胞分析孤立PD-L1R和PD-L1S肝癌细胞系(在线补充图8)。PPARs(α、β、γ和δ亚型)是核受体家族转录因子控制不同的代谢、炎症和致瘤的项目。19PPARs, PPARα和PPARγ19-gene列表中存在丰富的PPAR信号通路(图2 b, D),主要表达在肿瘤的细胞集群(图2 e)。至关重要的是,PPARγ但不是PPARα蛋白质水平显著上调Hepa1-6和瑞来斯- 175体外模型和体内(图2 f)。
TCGA使用数据集,我们发现肝癌患者PPARγ的高表达,但不是PPARα与CD8失灵+T细胞的签名20.(罗斯福核反应能量< 0.01;图2 g)和贫穷的生存(p < 0.01;图2 h)。此外,肿瘤免疫功能紊乱和排斥(潮流)分析,集T细胞功能障碍的表现特征和T细胞排斥预测银行独立委员会的回应,21表明PPARγ患者高肝癌ICB阻力明显更容易(p < 0.01;图2我)根据他们更高潮(p < 0.001), T细胞排斥(p < 0.05)和MDSC签名得分(p < 0.0001)相比PPARγ患者低肝细胞癌(图2 j)。符合先前的调查结果,PPARα施加多个王亚南影响代谢体内平衡,22高PPARα表达肝细胞能显著改善银行独立委员会响应较低的潮流,T细胞排斥和MDSC签名得分(p < 0.0001;图2 i, J)。
我们的老鼠和人类数据突出肿瘤的的潜在作用PPARγupregulation免疫逃避,银行独立委员会阻力的重要过程。我们因此认为抑制PPARγ可能提高抗肿瘤免疫反应和请resensitise肿瘤治疗。为了验证这一点,我们建立了PPARγ-knockdown (KD)和控制不同等级的Hepa1-6-PD-L1R肿瘤细胞使用短发卡RNA(成分),其次是原位移植,anti-PD-L1治疗,肿瘤大小测量和免疫细胞分析(图3一)。相比于控制tumour-bearing老鼠没有回应anti-PD-L1治疗,肿瘤细胞内在PPARγ抑制导致显著减少致瘤性银行独立委员会治疗(p < 0.001;图3 b)。双重抑制PPARγ和PD-L1显著增加了瘤内的总数和细胞毒性CD8水平+T细胞(p < 0.0001;图3 c, D和在线补充图9 a, B)和精疲力竭的CD8降低+T细胞(p < 0.01;图3 e和在线补充图9 c)和PMN-MDSCs (p < 0.0001;图3 f和在线补充图9 d),这进一步验证了免疫荧光染色的肿瘤组织,显示一致的cd8 + T细胞的变化(图3 g)和CD11b / Ly-6G double-positive PMN-MDSCs (图3 h)。
作为一个MDSC-driven CD8的证据+T细胞的抑制,的比例tumour-infiltrating PMN-MDSCs展出与总显著负相关,细胞毒性CD8+T细胞(R =−0.864, p < 0.0001, R =−0.657, p < 0.0001;图3我)。至关重要的是,PPARγKD单独导致CD8明显增加+PMN-MDSC T细胞(p < 0.01;图3 j)和疲惫CD8细胞毒性+T细胞比率(p < 0.0001;图3 k),由联合anti-PD-L1进一步缓解治疗(p < 0.01;图3 j, K)。的确,从PPARγ-KD PMN-MDSCs肿瘤表现出减少扩散(ki - 67所示水平;p < 0.01)和表达的免疫抑制介质arginase-1 (Arg-1;p < 0.05)和活性氧(p < 0.01;在线补充图10),这可能损害他们的T细胞抑制活动coculture实验相比,PMN-MDSCs从控制肿瘤(在线补充图10 b)。
演示的功能在PPARγ-induced PMN-MDSCs银行独立委员会的阻力,我们对待瑞来斯- 175 - pd - l1r tumour-bearing小鼠anti-Ly-6G抗体(在线补充图11)。封锁的PMN-MDSCs anti-Ly-6G抗体显著降低致瘤性(p < 0.05),导致显著的肿瘤回归时结合anti-PD-L1抗体(p < 0.0001;在线补充图11 b, C),它是伴随着总共和细胞毒性tumour-infiltrating CD8明显增加+T细胞与IFN-γTNF-αgranzyme B (GzmB)和CD107a表达式(在线补充图11 d-f)和减少疲惫表型(在线补充图11 g)。我们进一步确定的功能PMN-MDSCs过继转移,瘤内水平恢复和废除肿瘤回归PPARγKD (在线补充图12 a - c通过cytotoxic-to-exhausted CD8)+T细胞转换(在线补充图12 d)。符合cold-to-hot转换的重要性在国际学院的时间效力,23我们的研究结果表明,自适应upregulation PPARγ的肿瘤细胞协调时间免疫抑制和CD8+T细胞功能障碍抵制ICB疗法。
Tumour-intrinsic PPARγ转录激活VEGF-A生产改造时间
之间的正相关CD8 PMN-MDSCs不堪+体内T细胞(R = 0.561, p < 0.01;图3我)促使我们推测secretable因素介导PPARγ时间改造。我们因此而调节基因Hepa1-6 PD-L1R体外肿瘤细胞从体内scRNA-seq和批量RNA-seq。从ImmPort从注册中心的细胞因子和趋化因子,一个开放的免疫学数据的存储库,24我们确定了13个候选人secretable因素(图4一)。进一步RT-qPCR PPARγ-KD /控制肿瘤细胞和组织的分析显示的差别整合对这些生长分化因子15(Gdf15),Vegfa当PPARγ被阻塞在体外和体内图4 b)。我们之前的报道指出GDF15 PPARγ在肝癌细胞的直接目标,25在这项研究中,我们关注VEGF-A的角色。符合其角色MDSC免疫抑制和T细胞的疲惫,26日27日高VEGFA表达在HCC的TCGA数据集与贫穷有关病人生存率(p < 0.01;在线补充图13贫穷预测银行独立委员会)和反应(p < 0.05;在线补充图13 b基于更高的潮汐,T细胞排斥和MDSC签名得分(p < 0.05;在线补充图13 c)。我们接下来确认重要的分泌的VEGF-A PD-L1R相对于PD-L1S肿瘤细胞在体外和体内图4 c)。PPARγ进一步评估VEGF-A的规定,我们执行shRNA-mediated KD PPARγHepa1-6和瑞来斯- 175模型(图3一和在线补充图14),观察到显著减少Vegfa信使rna表达和蛋白分泌(图4 d和在线补充图14 b)。KD的PPARγPD-L1R肿瘤细胞同时显著降低自己的入住率Vegfa启动子与PD-L1S肿瘤细胞水平(图4 e),这表明VEGF-A直接PPARγ目标anti-PD-L1-resistant肿瘤细胞。
确定的重要性VEGF-A PPARγ-induced时间重塑在肿瘤,我们进行了体外实验的条件媒体(CM) PPARγ-KD或控制PD-L1R肿瘤细胞(图4 f)。我们发现CD11b的扩张+Gr-1+Ly-6G+Ly-6CIntPMN-MDSCs从小鼠骨髓细胞在培养时显著降低的CM PPARγ-KD相对于控制肿瘤细胞(图4 g)。值得注意的是,VEGF-A完全恢复Arg-1 PMN-MDSC扩张和表达式(图4 g, H)。类似的结果,当我们培养的外周血单核细胞与厘米(在线补充图15)。在康科德,我们观察到显著减少PMN-MDSCs血和脾PPARγ-KD tumour-bearing老鼠相对于控制肿瘤(在线补充图16),而循环比例的ki - 67+PMN-MDSCs也显著降低(在线补充图16 b)。然而,我们观察到无显著的变化比例和表型的DCs和巨噬细胞在体外模型(在线补充图17),这与小鼠模型的数据是一致的(图1 d和在线补充图3)。整体而言,这些结果表明,tumour-intrinsic PPARγ信号可能会增加tumour-infiltrating PMN-MDSCs通过促进MDSC扩张和增殖。
我们下一个检查PPARγ/ VEGF-A轴的影响T细胞功能障碍通过培养小鼠脾细胞从tumour-bearing厘米(图4我),发现PPARγ-KD肿瘤细胞的表达明显减少抑制性受体PD-1 TIM-3但增加了IFN-γ和TNF-αCD8细胞因子表达式+T细胞(图4 j)。重要的是,转换细胞毒性CD8的疲惫+T细胞是完全废除VEGF-A (图4 j),这表明PPARγ损害CD8的抗肿瘤功能+T细胞VEGF-A-dependent的方式。使用的肿瘤溶解产物ICB-resistant模型,我们发现PPARγ-KD肿瘤表现出VEGF-A水平显著低于两anti-PD-L1-treated控制肿瘤(p < 0.01)和免疫球蛋白控制小鼠(p < 0.05;图4 k)。此外,的水平VEGF-A VEGF受体2的比例有显著相关性(VEGFR2)表达PMN-MDSCs (R = 0.6248, p < 0.001)和疲惫的CD8+T细胞(R = 0.7531, p < 0.0001;图4 l和在线补充图18)和体内肿瘤负担(R = 0.5678, p < 0.01;图4米)。
我们进一步确定的功能意义PPARγ/ VEGF-A轴体内通过建立VEGF-A-KD亚系的瑞来斯- 175 - pd - l1r肿瘤细胞原位移植和anti-PD-L1疗法(在线补充图19)。的差别我们发现肿瘤细胞内在对这些VEGF-A resensitised anti-PD-L1治疗肿瘤,导致肿瘤类似程度回归PPARγ-KD肿瘤(在线补充图19 b)。流式细胞仪分析显示,VEGF-A-KD肿瘤总数的增加和细胞毒性CD8显示+但是减少筋疲力尽的CD8 T细胞+T细胞和PMN-MDSCs (在线补充图19氟)。此外,coblockade PD-L1可能进一步提高上述VEGF-A-KD肿瘤的抗肿瘤免疫反应,而并行PPARγ-KD肿瘤(在线补充图19氟)。总的来说,我们的数据突出VEGF-A作为主要监管机构负责PPARγ-driven MDSC-mediated免疫抑制和CD8+T细胞功能障碍。
ICB阻力PPARγ拮抗剂可在多个肝癌模型
鉴于时间改造PPARγ信号的功能意义,银行独立委员会的阻力,我们下一个评估选择性PPARγ拮抗剂T0070907的治疗效果28克服治疗抵抗Hepa1-6和瑞来斯- 175模型(图5一个)。而独自PPARγ拮抗剂显示有限的治疗效果在抗肿瘤负担模型(图5 b, C),肿瘤生长时实质上废除T0070907治疗结合银行独立委员会(p < 0.0001;图5 b, C)。类似的影响肿瘤细胞内在PPARγ-KD (图3氟和4 k),药理PPARγ抑制减少肿瘤的VEGF-A水平(图5 d, E)和免疫抑制的时间转换为T cell-inflamed时间(在线补充图20)。重要的是,CD8+T / PMN-MDSC (p < 0.05, p < 0.01;图5 f, G)和细胞毒性/疲惫的CD8+T细胞比率(p < 0.01, p < 0.001;图5 h,我)被T0070907显著增加,进一步提升综合anti-PD-L1治疗(图5外:我)。Hepa1-6-resistant模型,而独自T0070907稍微延长生存与车辆控制相比,联合治疗导致显著持久的反应和生存利益,在这67%的小鼠(6/9)存活超过4个月(图5 j)。类似的模式的持久生存利益的联合治疗也可以观察到在瑞来斯- 175耐药模型(图5 k)。这些数据表明,PPARγ抑制质数的有利时间ICB MDSC递减疗法通过有效和持久的免疫抑制和T细胞的疲劳。此外,单一或联合治疗与T0070907 anti-PD-L1抗体是可以接受的,因为我们没有观察到任何体重损失(在线补充图21)、肝脏功能障碍(在线补充图21 b)或异常的内部器官如肝脏、脾脏、肾脏和心脏(在线补充图21氟)。
鉴于肿瘤异质性和免疫治疗反应之间错综复杂的关系,29日原位模型使用细胞系可能没有完全相似的免疫监视治疗期间。我们因此采用组合免疫疗法引起的自发性肝癌模型水动力尾静脉注射(HDTVi) n - c-Myc-luciferase编码与睡美人转座酶质粒在一起构造,30.可概括的异常激活Ras /增殖蛋白激酶通路记录在人类肝细胞癌的50%以上。31日在这种侵略性的肿瘤模型展出PPARγ过度,多个结节明显在28 day-post HDTVi和进一步发展成anti-PD-L1-resistant肿瘤(图6 a, B和在线补充图22)。描绘的肝脏重量/体重、瘤结节数目和大小(直径),T0070907可能resensitise anti-PD-L1治疗肿瘤(p < 0.01),进一步导致肿瘤回归与单独T0070907相比(p < 0.05;图6 c)。符合减少肿瘤的VEGF-A水平(p < 0.01;图6 d),免疫分析显示,PPARγ抑制显著缓解T cell-excluded MDSC-enriched时间(p < 0.05),由PD-L1进一步加强coblockade (p < 0.05;图6情况),得到了更好的提升CD8的比率+T / PMN-MDSC和细胞毒性/疲惫CD8+T细胞(p < 0.01;图6 i, J)。这些发现强调时间正常化的重要性在克服银行独立委员会抗性,这种组合方法。
ICB-resistant HCC患者表现出并发肿瘤细胞PPARγ感应和免疫抑制时间
来验证我们的研究结果的临床意义,我们从单臂scRNA-seq使用肿瘤活检执行第二阶段研究的anti-PD-1抗体pembrolizumab(200毫克每3周输液)26与乙型肝炎病毒有关的肝癌患者(NCT03419481)(图7)。五的26个病人表现出持久的临床好处(DCB) pembrolizumab治疗,也就是说,部分响应或稳定疾病根据RECIST V.1.1至少6个月,而剩下的21个病人显示没有持久的好处(NDB)基于CT扫描(图7 a, B)。利用26基线和20治疗(2周期后pembrolizumab)活检,我们审问ICB-induced肿瘤生态系统的动态变化。> 210 000单细胞转录组分析(~ 1000每个细胞的基因)UMAP和标志基因注释下游调查识别肿瘤细胞(图7 c)。调查的参与在国际学院PPARγ治疗逃避,我们比较了肿瘤细胞内在PPARG表达式之间的配对基线和治疗18例肝细胞癌患者的活检,因为2 DCB患者没有足够的治疗肿瘤细胞(< 20)进行分析(图7 d)。值得注意的是,虽然所有剩余3 DCB显示没有改变或减少患者PPARγ表达式,显示NDB患者的40% (6/15)PPARGICB疗法(upregulation(倍)图7 d和在线补充图23)。我们进一步验证了蛋白质的表达PPARγ使用coimmunofluorescence及其与免疫细胞的关系。与基线NDB活检的病人相比,我们发现的免疫反应性更高PPARγ和CD11b / CD15 PMN-MDSCs标记,17以及降低CD8积极性治疗样本(图7 e和在线补充图23 b)。在体外和体内发现,我们观察到一个重要的相关性PPARG和VEGFA表达的肿瘤细胞内部和公众14数据集人类肝癌scRNA-seq (R> 0.6,p < 2 e−10;在线补充图24)。总的来说,这些临床数据支持的角色ICB-induced PPARγ时间抗免疫抑制和治疗在肝癌患者的比例。
高PPARγ表达式与贫穷有关银行独立委员会响应在多种人类癌症
最后,我们评估的重要性PPARγICB治疗病人的反应。在国际学院比较生存结果军团,我们使用最优截止由Cox比例风险模型的最大z分数。在一个小肝癌组包括基线肿瘤转录组数据,32我们发现患者的高表达PPARG明显与贫穷有关生存anti-PD-1 / PD-L1治疗相比,那些较低的吗PPARG表达(p < 0.05;图7 f)。使用独立ICB-treated癌症病人群的转录组和临床数据是可用的,我们进一步发现更高的基线PPARG表达明显与糟糕的黑色素瘤患者的总体生存33(p < 0.01;图7 g)和胶质母细胞瘤34(p < 0.05;图7 h),以及无进展生存在透明细胞肾细胞癌35(p < 0.05;图7我)。这些结果表明一个重要的角色PPARγ银行独立委员会的主要阻力和病人预后在多种癌症类型,支持的转化潜力PPARγcotargeted银行独立委员会疗法。
讨论
了解肿瘤细胞适应银行独立委员会疗法可能存在新的机会消除耐火材料细胞状态的出现,使特定的靶向制剂改善病人的临床结果。8与基因变化导致的损失T细胞抗原表达和演示和不在乎,11非基因在肿瘤的适应机制的重要性仍然被低估了。10在这里,我们综合单细胞和功能分析显示肿瘤的自适应转录ICB免疫抑制治疗压力的时间计划,躲避改造(图8)。用精制ICB-resistant原位肝癌临床前模型,我们表明,肿瘤细胞内在upregulation PPARγ直接结合VEGFA启动子和激活其生产创造一个MDSC-enriched和T cell-dysfunctional微环境。我们的研究结果表明一种转录改编本,而比subclonal遗传多样化和选择也会支持免疫逃避能力惊人的涨幅。值得注意的是,整合改造转录因子表达和微环境变化是观察到的一个子集HCC患者请疗法产生了耐药性。这non-mutational适应过程类似于发生drug-tolerant转录靶向治疗挑战。36更重要的是,转录可塑性可以药物用于预防治疗抵抗。10 36
到目前为止,有一个缺乏临床前小鼠模型来探索机制在肝细胞癌免疫治疗的抵抗。小鼠肝癌细胞的两双我们报告使肿瘤快速生长的需求,概括人类“冷”的免疫景观同源的肝细胞癌,免疫活性的小鼠模型。一系列免疫逃避的途径,我们确定在PD-L1R / S模型是高度相关的银行独立委员会阻力在肝细胞癌患者,主要的扩张PMN-MDSCs CD8和排斥+T细胞表达高水平的T细胞衰竭标志物如PD-1和TIM-3但更少的细胞毒性细胞因子IFN-γ和TNF-α。2 4 26使用这些模型和体外研究中,我们已经能够识别转录级联,来源于免疫攻击和解剖的关键作用PMN-MDSC和CD8 PPARγ/ VEGF-A信号+T细胞改造。肿瘤细胞内在的遗传KD PPARγ废除VEGF-A分泌免疫抑制时间转换为一个免疫刺激性的环境,从而克服anti-PD-L1治疗抵抗。我们的研究结果是一致的,并提供机械的基本原理对最近的临床研究合作相结合的atezolizumab和贝伐单抗肝癌。5值得注意的是癌症相关成纤维细胞等细胞组件(保护)已报告在免疫治疗抵抗中发挥作用。37虽然我们scRNA-seq数据显示优惠浓缩(> 10倍)PD-L1R战乱国家的肿瘤,战乱国家的数量相对较少(< 400)杜绝全面亚型和基因本体分析。更深入的特征要求公布的潜在CAF-mediated免疫抑制小鼠模型。
数据从临床前小鼠模型表明,上级immune-checkpoint抑制剂结合药物治疗活动针对VEGF-dependent信号茎,在某种程度上,从T细胞的抗肿瘤功能恢复,减少免疫抑制骨髓细胞和T注册细胞的时间。6这些临床和临床前研究支持预防的概念的出现时间改造通过抑制肿瘤细胞适应机制可能会增加银行独立委员会疗法的有效性。虽然大幅增加奥尔,IMbrave150研究有限的适用性高危病人胃肠道和静脉曲张的出血和报道毒性增加,尤其是年级3/4的几种不良事件在超过一半的anti-PD-L1 / anti-VEGF-A治疗病人。38整合我们的临床前和人类研究的发现使我们能够识别的另一个可行的目标PPARγ联合免疫治疗,特别是对于肝癌患者会失败VEGF-based治疗由于无法忍受的不良事件或缺乏VEGF-A表达式。我们的结果可能打开激动人心的可能性的新系统,结合银行独立委员会疗法通过cotargeting上游转录司机绕过限制与常规方法相关联。
lipid-activated核转录因子和代谢传感器,PPARγ报道通过调节脂质代谢调节肿瘤免疫。39glucose-limited和缺氧时间,脂肪酸(FAs)对生存至关重要的肿瘤细胞和CD8+T细胞。40 41最近的报告进一步证明异常脂质代谢和脂滴堆积在免疫疗法的发展阻力。42 43在康科德,我们也观察到明显的脂质积累PD-L1R肿瘤,这可能导致自适应PPARγupregulation(数据没有显示)。反映了lipid-sensing PPARγ的本质,我们scRNA-seq ICB-resistant分析肿瘤细胞显示PPARγ下游基因的转录upregulation FA运输(FABP4和LPL)和氧化(ACADL和ACADM)。44-46这种转录适应可能给肿瘤细胞胜过竞争的效应T细胞代谢进一步限制癌症免疫疗法的有效性。41
此外,PPARγ是一个关键的转录监管机构对各种免疫抑制和protumoral活动。相比PPARα促进FA在T淋巴细胞分解代谢效应函数,40PPARγ驱动器M2巨噬细胞分化和直流tolerisation通过触发FA氧化。47 48值得注意的是,PPARγ受体激动剂和拮抗剂可以增强anti-PD - (L) 1功效在癌症模型,49-51这可能取决于CD274反式在不同的细胞类型PPARγ的激活效应。49 51除了anti-PD-L1疗法,我们发现cotargeting PPARγanti-PD-1抗体也能抵消自适应抗性表型(数据没有显示)。我们没有观察到肿瘤的的变化和骨髓PD-L1表达在我们的模型中,似是而非,显著的选择性PPARγ拮抗剂的ICB-enhancing影响T0070907在HCC可能超越的肿瘤细胞内在途径多方面的特异性免疫抑制的PPARγ开心的角色。
对我们的研究有局限性。虽然我们应用单细胞测序和免疫分析描述肿瘤的适应机制,我们不能排除这种可能性的存在,最初耐药克隆。最近的技术进步如条码/ scRNA-seq集成52 53同时可以使单细胞转录组的分析及其克隆轨迹在收购银行独立委员会阻力。肿瘤的异质性可能会影响耐药性机制,29日原位使用细胞系小鼠模型不能完全反映抗肿瘤治疗期间的反应。使用一个HDTVi自发性肝癌模型,验证疗效PPARγ/ PD-L1 coblockade。时间复杂度的基础上,需要强调VEGF-A超表达在肝癌多因素疾病14并不是仅仅由PPARγupregulation。其他PPARγ下游目标免疫抑制的作用和代谢改造需要进一步调查。此外,额外的pre-ICB和on-ICB治疗患者的活检需要巩固转录自适应过程。
总之,我们的研究发现PPARγupregulation作为肿瘤的适应机制对ICB-induced免疫攻击。针对PPARγ抑制了高细胞毒性CD8的免疫刺激性碰头+T / PMN-MDSC避免治疗抵抗没有毒性的证据。根据,临床数据显示肿瘤细胞PPARγ感应~ 40%的肝癌患者缺乏应对anti-PD-1疗法。高基线PPARγ表达多种癌症类型与贫穷有关银行独立委员会反应病人的生存而言,未来的研究才能阐明PPARγ的影响/ PD-1 coblockade在这些肿瘤。基于这些发现,我们将演示一个制药途径改善反应的免疫治疗在肝癌的临床前模型。我们的发现可能是很有价值的加速PPARγ抑制剂的临床开发结合免疫治疗在肝癌和其他PPARγ-expressing恶性肿瘤。
数据可用性声明
合理的请求数据。所有数据都包含在相关研究文章或作为补充信息上传。
伦理语句
病人同意出版
伦理批准
提供的书面知情同意是活检收购之前所有的病人。所有临床记录在这项研究中获得批准的联合CUHK-NTEC临床研究伦理委员会(CREC 2017.465 - t)。参与者给知情同意参与这项研究之前的部分。
确认
我们承认Lars正德尔教授和教授Tim F Greten同类瑞来斯的礼物- 175肝癌细胞系。我们也感谢鑫陈教授和教授马斯蒂芬妮·K Y为我们提供HDTVi质粒(pT3-EF1a-c-Myc, pT3-EF1a-NRasV12 pCMV-SB13)。scRNA-seq当时执行的单一细胞组学的核心,生物医学科学学院,医学院,香港中文大学。免疫荧光染色进行平移肿瘤学国家重点实验室,香港中文大学。
引用
补充材料
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补充数据
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脚注
ZX, SLC和生理改变同样起到了推波助澜的作用。
贡献者研究概念和设计:ZX、SLC JJ-YS生理改变。和AS-LC。数据采集和分析:ZX SLC,生理,TTK, XZ,欧美,YF,王寅,PP-CW, WW-YS-T, XL, JW, WT, ZL,杰,KML, J-TL, MW-YC, HHWL JJ-YS。和AS-LC。临床资源:SLC、AWHC K-FT。ScRNA-seq平台:YMDL JSLV。生物信息学分析:HW, JC和KY-LY。写的手稿:ZX SLC、生理和AS-LC。手稿的评论:SLC、生理KY-LY, YMDL, JJ-YS AS-LC。监督:JJ-YS AS-LC。 Funding acquisition: SLC, JZ, YMDL, JJ-YS and AS-LC. Guarantor: AS-LC.
资金支持这个项目合作研究基金(C4045-18W AS-LC),一般研究基金会AS-LC(14115820和14115820),李嘉诚基金会(格兰特YMDL不适用数量,AS-LC),卫生和医学研究基金会(07180556生理),特里福克斯Foundation-Terry福克斯来看,香港(I1008 SLC, AS-LC),中大战略种子资金合作研究计划(批准号不适用AS-LC)和查理。李慈善基金会(批准号不适用)。我们也承认支持(由默克公司资金和研究药物)夏普和Dohme (MSD-IIS 55253 - SLC)临床试验(NCT03419481)。
相互竞争的利益作者声明没有利益冲突,属于这个工作除了以下声明。YMDL科学创始人的圣杯,从Illumina公司收到版税,圣杯,Sequenom, Xcelom,半径标注和Take2,作为顾问Decheng资本和持有股票的Illumina公司/圣杯,半径标注和Take2。SLC作为顾问,并接收从Astra-Zeneca谢礼,卫材和默沙东公司。
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