Cancer Cell：李志刚/苏建忠/刘芝华/龙凌云团队揭示食管鳞癌新辅助免疫疗法应答机制，助力食管癌免疫精准治疗

2023

10/16

生物世界

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该研究拓宽了食管鳞癌免疫治疗预测性标志物的探索方向，为局部晚期食管鳞癌提供了新的免疫治疗决策手段。

食管癌是全球第七大常见恶性肿瘤，中国每年新发病例和死亡病例均占全球一半以上，造成了巨大的疾病负担。与欧美国家以腺癌为主的病理特征不同，我国 90%以上病例为食管鳞癌 （ESCC）。临床上，将近70%的ESCC患者确诊时已处于局部晚期，直接手术效果不佳；因此，在术前给予放化疗后进行计划手术的新辅助策略是目前局部晚期食管癌的标准治疗策略，但总体疗效仍欠佳，术后仍有40%~60%患者会发生复发，其中以远处转移最为常见。因此，临床上亟需更有效的系统性新辅助策略来改善食管癌患者的生存预后。近年来，基于多项Ⅲ期临床试验结果，PD-1单抗联合化疗已成为晚期食管癌的标准一线治疗。目前免疫治疗的应用也逐步拓宽到可手术的食管癌患者，国内外已有部分研究报道了新辅助免疫治疗在可手术的局部晚期食管癌的疗效与安全性，其中新辅助免疫联合化疗在局部晚期ESCC患者中的病理完全缓解率 （pCR）为25%-39.2%。但是，该新辅助免疫治疗策略仍存在患者疗效响应不一、获益提升靶点不清楚的难题。

由于PD-1/PD-L1抑制剂发挥作用的机制仍未明确，当前的食管癌新辅助免疫治疗还不够精准，临床缺少指导免疫用药、预测疗效的生物标志物，尤其是对于可手术局部晚期食管癌来说，鉴定哪些患者可能从免疫治疗中获益是一个关键问题。虽然PD-L1表达是免疫治疗（PD-1/PD-L1抑制剂）的理论获益标志物，但国际学术界对于PD-L1能否有效用于预测食管癌患者是否能够从免疫治疗治疗中获益仍存在争议：1）晚期食管癌中多项研究（KEYNOTE-590/Checkmate-648/JUPITER-06等）提示无论PD-L1状态如何，免疫联合化疗均能带来显著的临床获益；2）对于局部晚期ESCC，李志刚团队前期开展的NICE-1研究以及同类研究的探索性分析均未发现PD-L1表达与新辅助免疫联合化疗pCR存在显著相关性。这些临床数据提示，在“免疫联合”的主流治疗模式下，亟需寻求更为可靠的免疫疗效标志物。

2023年10月12日，上海市胸科医院 李志刚 团队、温州医科大学 苏建忠 团队、中国医学科学院肿瘤医院 刘芝华 团队及中科院上海营养与健康研究所 龙凌云 团队等合作，在 Cancer Cell 期刊发表了题为： Progenitor-like exhausted SPRY1+CD8+ T cells potentiate responsiveness to neoadjuvant PD-1 blockade in esophageal squamous cell carcinoma 的前瞻性转化研究成果。

研究团队系统解析了食管鳞癌新辅助免疫治疗临床获益差异人群（响应好vs. 响应差，对应定义为pCR vs. non-pCR）的免疫微环境，揭示了食管鳞癌中一类具有耗竭前体细胞（Tpex）特征的耗竭浸润CD8⁺T细胞（SPRY1⁺PD1⁺CD8⁺T cells）作为抗肿瘤免疫治疗响应的关键分子机制并提出其作为预测免疫治疗临床获益的有效生物标志物。

该研究拓宽了食管鳞癌免疫治疗预测性标志物的探索方向，为局部晚期食管鳞癌提供了新的免疫治疗决策手段。

在长期接触抗原（例如癌症和慢性感染）的情况下，抗原特异性CD8⁺ T细胞会逐渐耗竭或变得功能失调—— “T细胞耗竭”。耗竭T细胞表面持续表达包括PD-1在内的免疫检查点分子，其增殖潜力、效应及杀伤功能等都较为低下，且易于凋亡。通过阻断PD-1等介导的抑制性信号通路，可以在一定程度上逆转CD8⁺ T细胞耗竭，从而控制肿瘤进展，构成了PD-1/PD-L1这类免疫检查点抑制剂（Immune checkpoint blockade, ICB）的临床应用基础。2016年，Rafi Ahmed及叶丽林等研究团队分别揭示，慢性病毒感染后的T细胞耗竭具有异质性：包括干细胞样特性的高度增殖性的耗竭前体T细胞（Progenitor exhausted T cells, Tpex）和丧失效应功能和复制能力的耗竭终末T细胞（Terminally differentiated Tex cells, Ttem）两个主要亚群。黑色素瘤的相关研究也发现耗竭前体CD8⁺ T细胞（Tpex）对ICB应答的关键作用，表明此细胞亚群与ICB疗效相关。因此，深入研究Tpex的形成/维持机制与鉴定标志物，将有助于开发新的免疫治疗策略。然而，目前在食管癌中，T细胞耗竭异质性与免疫治疗的关系尚未明确。

研究团队通过一项新辅助免疫（PD-1抗体）联合化疗治疗的II期临床试验（NICE-1研究），收集了14例ESCC患者治疗前后的肿瘤样本，患者的病理治疗反应被评估为响应好（简称pCR或CR）和响应差（简称non-pCR或NCR），利用单细胞转录组测序对上述ESCC患者的肿瘤样本进行分析。研究团队基于Tpex这一学说出发，在ESCC肿瘤微环境中分析耗竭CD8⁺T细胞的异质性，发现一群高表达SPRY1的耗竭CD8⁺ T细胞（SPRY1⁺PD1⁺CD8⁺T cells，简称CD8⁺Tex-SPRY1）具有耗竭前体细胞（Tpex）的功能表型特征，并发现治疗前这类细胞的肿瘤组织浸润比例与ICB治疗的肿瘤响应程度具有显著的正相关。为了验证这一发现，研究者进一步利用多个临床队列（包括ESCC-ICB队列（抗PD-1联合化疗、抗PD-1单药）以及ESCC-non-ICB队列（传统放化疗、直接手术））患者的肿瘤组织进行普通转录组测序（Bulk RNA-seq）分析，证实CD8⁺Tex-SPRY1细胞的基因特征评分可作为ESCC免疫治疗临床响应以及生存获益的有效独立预测标志物，并且发现其预测价值是免疫治疗特异性的。研究团队还发现CD8⁺Tex-SPRY1细胞在来自其他肿瘤的ICB治疗数据集中也与更好免疫治疗临床获益相关，提示CD8⁺Tex-SPRY1细胞在肿瘤免疫治疗中的具有重要潜在作用。

为了进一步了解CD8⁺Tex-SPRY1细胞的重要性，研究者对来自3个独立数据集（分别来自Tcf7⁺Tpex [慢性感染模型]，Slamf6⁺Tpex [黑色素瘤模型]，及 Bach2⁺Tpex [慢性感染模型]）中的Tpex高表达差异基因进行交集分析，证实SPRY1是关键的Tpex特征基因。随后研究团队进行了SPRY1过表达处理与对照处理的OT-I T细胞回输治疗小鼠肿瘤模型实验，发现SPRY1表达组在PD-1抑制剂处理后表现出更强的抗肿瘤效果，SPRY1表达促进了Tpex细胞比例与数量的增加。这些结果进一步支持了CD8⁺Tex-SPRY1细胞在识别免疫治疗临床获益患者的潜在应用价值。同时，研究团队发现CD8⁺Tex-SPRY1细胞可通过与肿瘤微环境内的巨噬细胞及B细胞的相互作用来诱导免疫激活型肿瘤微环境从而增强抗肿瘤免疫功能和促进免疫治疗响应，揭示了耗竭前体T细胞在抗肿瘤免疫反应中的多重作用，增加了人们对抗肿瘤免疫中耗竭前体T细胞和免疫细胞亚群之间相互作用的理解。

图1. 研究摘要图

综上，作为首个面向“PD-1抗体+化疗”主流治疗模式下可切除局部晚期ESCC新辅助免疫治疗的响应分子机制与生物标志物的探索，该转化研究首次揭示了ESCC免疫治疗发挥作用与CD8⁺ T细胞耗竭异质性有关，鉴定了ESCC中真正响应PD-1免疫检查点抑制剂的那一群“尚且能战”的CD8⁺T细胞——发现耗竭前体T细胞（SPRY1⁺PD1⁺CD8⁺T cells）可提高对免疫检查抑制剂的响应获益并促进免疫肿瘤微环境的激活，提出其作为有效预测化疗背景下PD-1抗体治疗获益的生物标志物，促进了局部晚期ESCC免疫治疗的个体化决策。

据悉，此项国际领先的新颖性工作，是国际上迄今为止针对ESCC免疫治疗的规模最大的转化研究（对应的临床研究NICE-1试验也是目前唯一发表在国际胸心外科排名第一JTCVS的国内免疫临床试验），为深入理解ESCC患者的免疫治疗联合化疗策略的响应机制提供了可靠基础。该研究的科学发现有助于推动基于靶向免疫微环境的食管癌个体化精准免疫治疗新策略，为进一步探索更有效的新辅助食管癌免疫-靶向联合治疗策略提供了新依据、新思路和新方向，具有可观的临床转化前景。

上海市胸科医院胸外科刘智超博士、温州医科大学张雅茹博士、上海市胸科医院胸外科马宁助理研究员及杨洋主治医师、温州医科大学马云龙研究员为论文共同第一作者。上海市胸科医院李志刚教授、温州医科大学苏建忠教授、中国医学科学院肿瘤医院刘芝华教授、中科院上海营养与健康研究所龙凌云教授为论文共同通讯作者。

论文链接 ：

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2023.09.011