《自然》：科学家揭秘免疫细胞被肿瘤「洗脑」机制
你说肿瘤到底对免疫细胞做了什么？为什么科学家明明看到大量的免疫细胞进入了肿瘤，可是肿瘤却不受任何影响，依旧高速生长？
在50多年前，瑞典肿瘤学家Ingegerd和Karl Hellström夫妇和他们的同事就发现了这个现象(1)，之后肿瘤学家把这种现象叫做「Hellström悖论」(2)。
近年来，科学家发现携带PD-L1的癌细胞可以与携带PD-1的免疫细胞「相逢一笑泯恩仇」；可是用抗体这个「面具」遮住它们的笑脸之后，依旧有80%左右的肿瘤可以与免疫细胞和平相处。这仍旧不能很好地解释「Hellström悖论」。
近日，来自纪念斯隆凯特琳癌症研究中心的Andrea Schietinger教授带领研究团队解开了背后的秘密。他们的这一重要研究成果刊登在5月中旬的《自然》杂志上(3)。
原来肿瘤像是一个「邪教组织」，它不仅可以让免疫细胞与它「相逢一笑泯恩仇」，还可以改造杀伤性T细胞的「思想」，让它们「放下屠刀」，在肿瘤与人体正常细胞的竞争之间保持中立。
肿瘤微环境的对T细胞强大影响力确实让人叹服。不过Schietinger教授在2016年就发现，肿瘤对T细胞的「洗脑」是分阶段的(4)，早期的时候，T细胞还具有可塑性，到了晚期T细胞就成了肿瘤的「死忠粉」，怎么都拉不回来。
这一次，她们不仅发现了T细胞在不同阶段表现不同的分子层面原因，而且找到了如何区分哪些T细胞已经被彻底「洗脑」，以至于无法挽回；哪些T细胞受的影响较小，还可以解救。
T细胞是由胸腺内的淋巴干细胞分化而成，是淋巴细胞中数量最多，功能最复杂的一类细胞。其中的一种就是杀伤性T细胞，也叫细胞毒性T细胞，它能通过释放γ-干扰素、肿瘤坏死因子α等「利器」杀死靶细胞，如被病原体感染的细胞和表达有肿瘤特异性抗原的细胞。
但是，科学家们发现在实体瘤内的杀伤性T细胞却会变「温顺」，对癌细胞视而不见，任其自由发展！这也是为什么免疫治疗只能在五分之一左右的患者身上有效，而且只针对某些类型的癌症，其余的都没有回应，或者回应不会持续的原因。
那么免疫治疗中有效果的T细胞和效果不理想的T细胞之间有何差异呢？本文的第一作者Philip博士和她的同事们在之前的小鼠实验中，发现T细胞在肿瘤发育早期就会出现「温顺」状态，但此时这种状态是可逆的，经过PD-1抑制剂的「调教」，T细胞还可以「迷途知返」，再次对抗癌症。后来，经过进一步的分化，这种「温顺」状态固定下来，即使把这些出现T细胞从肿瘤微环境中移植到正常环境中，经过多轮细胞分裂也无法逆转！
研究人员假设可能是表观遗传印迹从中作梗。然而，具体的表观遗传程序却是未知的。Schietinger教授猜想，这是细胞内DNA的包装方式——由被称作「组蛋白」的蛋白质将DNA包裹形成的染色质——发生了变化，这种染色质的不同状态会影响细胞内的某些基因「打开」或「关闭」状态，进而影响细胞的具体功能。其中的「开放」的区域是转录因子和转录元件主要的结合位点。因此，他们采用了ATAC-seq技术来分析染色质可接近性图谱，从而揭示染色质结构的变化。
首先，研究人员采用ATAC-seq技术，探究了在急性感染过程中，小鼠的T细胞染色质的变化。他们发现，与感染当天原始的T细胞染色质状态相比，感染后第5天及第7天时，发挥抗感染效应的T细胞染色质状态发生了变化，感染后第60天具有记忆功能的T细胞染色质状态也发生了变化（思想改造）；但是，效应T细胞与记忆T细胞的染色质状态却是相似的，即染色质状态只发生了一次改变。
接下来，研究人员又在一种化学物质诱导的肝癌小鼠模型中，观察不同时间点T细胞的分化状态。与急性感染不同，T细胞染色质状态发生了两次改变：一次是在第5天和第7天的状态1，一次是在第14天及以后60天的状态2（此时肿瘤已完全壮大）。在这两种状态下，T细胞都没有释放它的杀手锏（已经放下屠刀了）——γ-干扰素；然而，当给T细胞施加PD-1抑制剂时，状态1的T细胞又恢复了产生γ-干扰素的功能，而状态2的T细胞却怎么也拉不回来了。
之后，研究人员进一步分析了与这些内部染色质状态变化及T细胞功能密切相关的细胞表面标志物。他们发现了两个特别的标志物——CD38和CD101——之前科学家们并没有关注它们。这两个标志物在处于状态1的T细胞表面含量很低，而在处于状态2的T细胞表面含量却很高。同时，给CD38和CD101含量低的T细胞添加调节药物培养后，它们又恢复了产生γ-干扰素的功能，而那些CD38和CD101含量高的T细胞并没有恢复这种能力。更重要的是，从肺癌及黑色素瘤患者体内取出的肿瘤相关T细胞中，也检测到了这两种标志物！
这些以前未知的与T细胞功能障碍相关的生物标志物，可能会识别哪些患者更有可能对免疫治疗响应，确切地说，哪些杀伤性 T细胞可以介导临床反应。这让研究人员兴奋不已！ Philip博士表示，「或许，相比于那些对免疫抑制剂治疗不反应的患者，反应的患者体内有更多的T细胞处于可逆的状态，能够被重新调教成抗癌战士。」
尽管这只是一种设想，但是，如果真是如此，就像Schietinger教授说的那样：「这将给临床医生打开了通往T细胞的大门，医生可以对T细胞说：虽然你有很高的PD-1，但是让我们来看看其它的标志物，或许除了免疫抑制剂，你还需要来点别的，去抗击肿瘤吧！」
另外，将研究中所采用的改变T细胞功能的药物与检查点抑制剂一起使用，或许能使肿瘤免疫治疗在更多的患者身上有效。虽然，现在说这样的话还为时尚早，但这正是Schietinger教授团队要做的。
总体看来，这项研究成果不仅进一步解释了「Hellström悖论」；更重要的是，它具有极大的临床意义，以后研究人员和医生可以通过这个方法区分哪些患者可以从免疫治疗中受益，甚至是哪些T细胞还有被改造的潜力。这必将大幅提升免疫治疗的效果。
参考资料：
1.Hellstrom I, Hellstrom KE, Pierce GE, Yang JPS. 1968. Cellular and Humoral immunity to Different Types of Human Neoplasms. Nature 220: 1352-4
2.Lukashev D, Sitkovsky M, Ohta A. 2007. From ‘Hellstrom Paradox–to anti-adenosinergic cancer immunotherapy. Purinergic Signalling 3: 129-34
3.Philip M, Fairchild L, Sun L, Horste EL, Camara S, Shakiba M, Scott AC, Viale A, Lauer P, Merghoub T, Hellmann MD, Wolchok JD, Leslie CS, Schietinger A. 2017. Chromatin states define tumour-specific T cell dysfunction and reprogramming. Nature advance online publication
4.Schietinger A, Philip M, Krisnawan VE, Chiu EY, Delrow JJ, Basom RS, Lauer P, Brockstedt DG, Knoblaugh SE, Hämmerling GJ, Schell TD, Garbi N, Greenberg PD. 2016. Tumor-Specific T Cell Dysfunction Is a Dynamic Antigen-Driven Differentiation Program Initiated Early during Tumorigenesis. Immunity 45: 389-401