标题：Spatial single-cell profiling and neighbourhood analysis reveal the determinants of immune architecture connected to checkpoint inhibitor therapy outcome in hepatocellular carcinoma

发表杂志：Gut

IF：23.0/Q1

发表时间：14 October 2024

肝细胞癌(Hepatocellular Carcinoma, HCC)是发病率和死亡率极高的一种癌症，大多数患者确诊时已为晚期，需要系统治疗。免疫检查点抑制剂(Immune Checkpoint Inhibitors, ICI)疗法被广泛应用，但其客观缓解率(Objective Response Rate, ORR)仅有20%-30%。虽然已有研究表明免疫细胞群与免疫治疗疗效相关，但免疫细胞具体的空间位置和相互作用模式尚未明确，因此，了解HCC的免疫微环境及其对免疫治疗的响应机制对于提高治疗效果至关重要。

来自德国弗莱堡大学的研究团队在《Gut》杂志上发表了题为“Spatial single-cell profiling and neighbourhood analysis reveal the determinants of immune architecture connected to checkpoint inhibitor therapy outcome in hepatocellular carcinoma”的文章，该研究应用成像质谱流式(imaging mass cytometry, IMC)技术，对肝细胞癌的肿瘤微环境进行了深入剖析。研究首先鉴定了3种主要免疫邻域，通过免疫邻域的细胞组成和相互作用分析结果表明，HCC中具有激活或抑制性的免疫微环境区域。研究人员还提出了基于CD8+T细胞密度和分布的空间免疫分类方法，根据这种方法可将HCC样本分为3个类型：免疫耗竭型、免疫区室型和免疫富集型，这些空间免疫类型与免疫疗法疗效密切相关，可有效预测ICI治疗效果。

HCC的免疫异质性与微环境小生境的影响

为了深入探究HCC的肿瘤微环境，研究人员应用IMC技术对54名HCC患者手术切除的肿瘤样本进行了分析，检测抗体panel包含41个靶标，涉及关键的免疫细胞标志物、免疫检查点、肝实质细胞和肿瘤标志物等。利用基于深度学习的细胞分割算法Mesmer精确分割组织图像中的细胞，接下来鉴定了HCC中主要的23种细胞类型，包括肿瘤细胞群、基质细胞群和免疫细胞群。为了单独分析肿瘤微环境中的不同区域，研究人员将肿瘤实质与肿瘤内基质区分开，结果显示肿瘤间质区域的免疫细胞密度明显高于肿瘤实质区域，特别是T细胞、B细胞和抗原提呈细胞。以上结果说明在HCC中存在显著的免疫异质性，肿瘤微环境的生态位可能影响不同免疫细胞的浸润。

HCC 中存在免疫抑制性微环境

接下来研究人员通过细胞邻域分析识别了3种主要的免疫邻域(Immune Neighbourhoods, IN)，其中IN1以CD8+T细胞和浆细胞为主，IN2以髓系细胞(巨噬细胞和粒细胞)为主，IN3以B细胞和 CD4+T细胞为主。对各IN内的细胞亚型间的相互作用进行分析发现：在IN1中，CD8+T细胞(TEX)表现出较强的抗肿瘤免疫反应，与抗原呈递细胞和浆细胞之间有显著的交互作用。在IN2中，以M2型髓系细胞亚群之间以及CD4+T细胞与CD204+巨噬细胞的互作为主，在IN3中，以Tregs与HLA-DR+CD4+T细胞互作为主，IN2和IN3均和免疫抑制有关。这些相互作用结果突出了HCC肿瘤微环境中不同免疫细胞亚群的复杂性及其在抗肿瘤和免疫抑制中的不同作用。

空间免疫类型可预测免疫疗法疗效

为了更好地指导临床实践，研究人员根据CD8+T细胞在肿瘤实质中的密度和分布，将样本分为3种不同的空间免疫类型，包括免疫耗竭型(CD8+T细胞密度小于200个/mm²)、免疫区室型(CD8+T细胞密度大于200个/mm²，在肿瘤实质和基质中的比例小于0.5)和免疫富集型(CD8+T细胞密度大于200个/mm²，在肿瘤实质和基质中的比例大于0.5)。3种空间免疫类型具有不同的免疫细胞组成和相互作用模式，研究人员进一步探讨了肿瘤基因突变和发病风险因素，结果发现这两者均无法预测肿瘤的空间免疫分类。以上结果表明空间免疫分类可以作为一种独立的指标，为肿瘤的研究提供指导。

研究人员应用IMC技术对另一批ICI治疗前的42例HCC患者样本进行检测，首先验证了空间免疫分类方案的可靠性，随后研究人员分析了空间免疫分类是否能预测免疫疗法的治疗效果，发现治疗响应组中包括免疫富集型和免疫区室型这2种空间免疫类型，生存分析发现免疫富集型患者的无进展生存期显著延长，而免疫耗竭型患者的生存期最短。进一步与临床变量的相关性分析表明，免疫富集型和免疫耗竭型与患者无进展生存期和总生存期显著相关，这表明空间免疫类型有助于预测HCC患者免疫治疗结果。

综上所述，本研究利用IMC技术揭示了HCC肿瘤免疫微环境的复杂性，创新地提出了基于CD8+T细胞密度和分布的空间免疫分类方法，在HCC中识别出三种主要的空间免疫类型：免疫耗竭型、免疫区室型和免疫富集型，并证明这些空间免疫类型与免疫疗法疗效密切相关，可作为预测免疫疗法疗效的潜在生物标志物，指导制定个性化治疗策略。

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【参考文献】

Salié H, Wischer L, D'Alessio A, et al. Spatial single-cell profiling and neighbourhood analysis reveal the determinants of immune architecture connected to checkpoint inhibitor therapy outcome in hepatocellular carcinoma. Gut. Published online October 14, 2024.

doi:10.1136/gutjnl-2024-332837.