Cell | 昼夜节律的肿瘤浸润和CD8+ T细胞功能决定免疫疗法的疗效

导读

免疫疗法目前是控制肿瘤的最有效手段之一，在某些情况下甚至能够治愈患者。最有前景的干预方法包括注射嵌合抗原受体（CAR）T细胞或免疫检查点抑制剂（阻断剂）。

A）CAR T细胞疗法包括向患者注射经基因工程改造的T细胞，使其能够识别肿瘤细胞。

B）免疫检查点抑制剂的治疗目标是激活内源性T细胞的抗肿瘤功能。例如，给予抗程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）抗体能够抑制T细胞表面的抑制分子，从而激活它们。

1）最近有证明，抗肿瘤免疫与一天中的时间有关。比如树突状细胞在一天中特定时间对移植到小鼠体内的肿瘤更为有效。

2）免疫系统的整体功能受到24小时的节律控制。白细胞以节律性的方式从血液迁移至淋巴结等组织，这与特定时间更好地识别抗原有关。

3）除了迁移特性外，免疫细胞的表型也受时间的控制，因此在一天中特定时间的刺激会产生不同的免疫反应结果。这已与小鼠和人类对疫苗的时间依赖性反应以及最近的抗肿瘤疫苗相关联。

尽管免疫系统在稳态和炎症挑战后都具有高度节律性，但尚不清楚昼夜节律是否调节肿瘤内免疫细胞的分布和表型。考虑到免疫系统受昼夜节律控制，定义昼夜节律在免疫治疗环境中的可能相关性显得非常重要。

2024年5月8日，瑞士日内瓦大学医学院病理与免疫学系Christoph Scheiermann团队在Cell上发表了一篇题为“Circadian tumor infiltration and function of CD8+ T cells dictate immunotherapy efficacy”的论文，文章旨在确定肿瘤微环境（TME）本身是否表现出昼夜节律振荡，并证明了肿瘤浸润性白细胞（TILs）在数量和表型上都表现出昼夜节律振荡。这种时钟节律性可被利用，通过定时给药CAR T细胞或免疫检查点抑制剂，来增强治疗效果。

文章索引

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研究结果

一. 肿瘤的白细胞浸润表现出昼夜节律振荡

团队研究了肿瘤中白细胞数量是否随时间而变化。结果显示，肿瘤浸润性白细胞在一天中的不同时间点存在数量差异，晚上数量最多。这种差异包括肿瘤CD4+和CD8+T细胞、NK1.1+细胞等。免疫荧光染色结果也验证了这一发现。

将动物转移到完全黑暗条件下并不改变这种差异，说明这是真正的昼夜节律性，而不仅仅是光照环境的影响。

而将小鼠从正常的光照-暗光循环转换为反向的暗光-光循环，则逆转了这种白细胞数量的变化。此外，急性时差实验进一步证明了这一现象。

二. 内皮细胞调节昼夜节律性白细胞浸润

作者研究了白细胞在肿瘤内的昼夜变化，发现晚上时白细胞数量最多。阻断白细胞从血液浸润肿瘤后，白细胞计数明显下降且昼夜差异消失，表明这种昼夜变化取决于血液来源的白细胞输入。

他们还发现，肿瘤在晚上更易促进白细胞迁移。进一步实验还证实了内皮细胞在昼夜节律白细胞浸润中的关键作用。

三. CAR-T细胞疗法的疗效取决于一天中的时间

通过在肿瘤移植后的第10天将激活的T细胞注入小鼠体内，作者发现在晚上注射的情况下，转移细胞数量显著增加，并导致更好的肿瘤控制和减少的肿瘤负担。相反，在没有内皮细胞昼夜节律的小鼠中，这种效果被消除。

另外，使用人类CAR T细胞治疗小鼠的实验结果也支持了这一发现，注射在晚上的CAR T细胞显示了更好的肿瘤控制效果。这些结果清楚地表明，通过在最佳的时间点注射T细胞，可以显著增强免疫疗法的效果。

四. 白细胞浸润肿瘤的昼夜差异

作者对肿瘤浸润性白细胞（TILs）的表型进行了评估，通过单细胞RNA测序分析发现，不同时间点收集的肿瘤样本显示出不同的免疫细胞亚群和状态。这表明，肿瘤微环境中的免疫细胞数量和表型都受到昼夜节律的影响。

五. 肿瘤T细胞表型的昼夜差异

作者进一步分析了T淋巴细胞，发现它们可以分为15个亚群，其中CD8+ T细胞占主导地位。他们观察到不同时间点间“抗肿瘤”与“促肿瘤”细胞比例存在显著变化。

晚上的基因特征与更好的黑色素瘤患者生存率相关，表明晚上表达的基因具有更高的抗肿瘤免疫性。这些数据表明，T细胞在肿瘤中的数量和功能都呈现出昼夜变化。

六. CD8+ T细胞表型振荡

T细胞功能在肿瘤中的表达存在时间差异，例如PD-1基因Pdcd1在一天中不同时间点达到峰值或谷底。这种表达差异在蛋白水平上也得到验证，可以通过删除Bmal1基因消除。

体外实验显示，CD8+ T细胞在同步后表现出Pdcd1的振荡表达，这表明PD-1在T细胞中受到昼夜节律的影响。

七. 抗pd -1治疗具有时间依赖性的

作者发现抗PD-1抗体的定时给药对肿瘤生长产生了显著影响，晚上治疗时肿瘤生长较少。这种效应与CD8+ T细胞密切相关，且与T细胞的昼夜节律机制有关。

此外，他们观察到治疗的第一次给药时间决定了治疗效果，晚上给药进一步减少了肿瘤负担。这表明，肿瘤免疫治疗的效果受到昼夜节律的影响，可以通过定时给药来优化治疗效果。

八. 人类癌症的昼夜免疫细胞表型

作者分析了接受手术治疗的黑色素瘤患者的样本，发现CD4+和CD8+细胞数量在白天有显著增加，尤其是在午后。

他们利用机器学习模型预测了肿瘤样本的收获时间，并发现了时间依赖的免疫细胞浸润模式，人类TILs中的白细胞数量和表型都与昼夜有关。

研究团队还发现，对ICB的治疗反应与T细胞的夜间RNA相关联。这些结果揭示了黑色素瘤免疫细胞在昼夜间存在明显的变化，并且这种变化可以通过定时的免疫治疗来加以利用。

总结

本文发现肿瘤内CD8+ T细胞数量和质量有昼夜变化，这受到白细胞内在生物钟和血管内皮细胞周期性浸润的影响，通过调整治疗时间可提高CAR T细胞疗法和免疫检查点阻断的疗效。这些结果揭示了肿瘤微环境中昼夜动态的重要性，为未来的临床试验和患者护理提供了指导。

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