Cell?Discov?|?申占龍/白凡課題組合作揭示直腸癌放免聯(lián)合治療響應關(guān)鍵標志物及潛在機理

臨床上，超過85%的微衛(wèi)星穩(wěn)定型（pMMR/MSS）局部晚期直腸癌（LARC）因新生抗原負荷低、免疫細胞浸潤不足，屬于典型的免疫治療“冷腫瘤”，患者難以從單一的免疫檢查點抑制劑治療（ICB）中獲益。為突破這一瓶頸，序貫放免聯(lián)合治療成為近年來的新興策略：先通過放療誘發(fā)炎癥信號，將“冷腫瘤”轉(zhuǎn)化為免疫激活的“熱腫瘤”，再進行ICB治療以放大抗腫瘤效應。然而，該聯(lián)合療法的臨床獲益在人群中存在顯著差異，部分腫瘤在治療后仍表現(xiàn)出耐藥性。為厘清這一療效異質(zhì)性背后的深層機制，亟需從單細胞分辨率層面對序貫治療全周期中腫瘤微環(huán)境的動態(tài)演變進行深度解析。

近日，北京大學人民醫(yī)院申占龍團隊聯(lián)合北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心白凡團隊，在Cell Discovery發(fā)表了題為Longitudinalsingle-cell and TCRrepertoireprofilingcharacterizesclonalentrapment inpMMR/MSSlocallyadvancedrectalcancer的研究論文。團隊基于構(gòu)建的局部進展期直腸癌長程放療聯(lián)合免疫治療臨床隊列，通過全治療周期多階段樣本的單細胞轉(zhuǎn)錄組與T細胞受體（TCR）測序，深入解析了放免聯(lián)合治療過程中腫瘤微環(huán)境與外周血的動態(tài)協(xié)同演變，首次提出直腸癌放免聯(lián)合治療響應不佳患者“TCR克隆限制（Clonal Entrapment）”機制，為臨床優(yōu)化策略提供理論基礎。

在隊列設計上，研究納入了20例接受序貫長程放療和抗PD-1免疫治療的pMMR/MSS LARC患者。研究團隊在治療前（Pre）、放療后（In）、免疫治療后（Post）三個關(guān)鍵時間節(jié)點采集了腫瘤活檢組織，并配對收集了治療前和免疫治療后的外周血單核細胞樣本。通過對最終合格的85份新鮮樣本進行scRNA-seq和scTCR-seq，研究人員高精度地重構(gòu)了治療全周期內(nèi)的細胞動態(tài)演變過程。結(jié)果顯示，放療顯著降低了腫瘤微環(huán)境中基質(zhì)細胞和腫瘤細胞的豐度，并增加了以髓系細胞為主的先天免疫細胞比例，率先激活了局部先天免疫反應；而在隨后的免疫治療階段，腫瘤微環(huán)境進一步向免疫浸潤狀態(tài)轉(zhuǎn)變，T淋巴細胞和漿細胞顯著增加，標志著適應性免疫的全面激活，成功促使“冷腫瘤”向“熱腫瘤”發(fā)生轉(zhuǎn)化。

鑒于髓系細胞是放療后最先在腫瘤微環(huán)境中聚集的先天免疫細胞群，研究團隊首先聚焦于此類細胞的功能狀態(tài)變化。通過對比不同療效患者的基因表達差異，研究發(fā)現(xiàn)樹突狀細胞（DC）中 HLA-DQA2 基因的基線表達水平與患者的臨床獲益密切相關(guān)。反常識的是，治療前 DC 細胞中 HLA-DQA2 呈高表達的患者，對放免聯(lián)合治療的響應反而不佳。這可能是因為高表達 HLA-DQA2 通常標志著腫瘤微環(huán)境在治療前已處于預存的慢性免疫激活狀態(tài)，反而限制了放療誘導新生抗腫瘤免疫反應的潛力，使得患者難以從后續(xù)的聯(lián)合治療中獲得完全緩解。

在追蹤CD8+ T細胞的克隆演化時，研究發(fā)現(xiàn)不同療效的患者展現(xiàn)出截然不同的免疫響應模式。在治療效果欠佳的患者中，免疫治療后發(fā)生大量擴增的TCR克隆，多數(shù)來源于治療前就已存在于腫瘤內(nèi)部的“遺留”克隆。這些克隆在既往長期的局部慢性炎癥環(huán)境下已經(jīng)發(fā)生過部分擴增，其后續(xù)的抗腫瘤效能有限。相反，在治療效果良好的患者中，腫瘤微環(huán)境在治療后迎來了大量源自外周血的新型腫瘤反應性TCR克隆的浸潤，這些新招募的外周克隆展現(xiàn)出了更強大的效應功能。基于此，團隊首次提出“TCR克隆限制”機制，即放療未能有效招募新型TCR克隆，導致免疫反應仍局限于原本預存的腫瘤T細胞克隆，這可能是制約放免聯(lián)合治療效果的關(guān)鍵因素。

在探索腫瘤細胞自身的耐藥機制時，研究揭示了生長分化因子15（GDF15）的關(guān)鍵阻礙作用。分析表明，在經(jīng)歷放療和免疫治療后依然存留的耐藥腫瘤細胞中，GDF15的表達出現(xiàn)了顯著的上調(diào)。機制研究進一步證實，腫瘤細胞來源的GDF15會抑制外周CD8+ T細胞向腫瘤微環(huán)境內(nèi)的招募與浸潤。相應的體內(nèi)小鼠實驗也證實，高表達GDF15的腫瘤對放免聯(lián)合治療表現(xiàn)出明顯的抗性，而敲除GDF15則能有效恢復T細胞的浸潤，提升聯(lián)合治療的抗腫瘤效果。

綜上所述，本研究不僅清晰地闡釋了pMMR/MSS型直腸癌患者在放免聯(lián)合治療中遭遇免疫瓶頸的內(nèi)在機制，也為精準篩選治療獲益人群，以及通過靶向抑制GDF15打破免疫屏障、提升臨床響應率，提供了具有轉(zhuǎn)化潛力的新思路與新靶點。

北京大學人民醫(yī)院胃腸外科申占龍教授和北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心白凡教授為論文通訊作者。北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心唐志淳博士、北京大學人民醫(yī)院胃腸外科朱銘軒博士、北京大學人民醫(yī)院胃腸外科趙世棟博士、清華大學龐達智為該論文共同第一作者。研究得到了北京協(xié)和醫(yī)院林國樂教授和北京大學腫瘤醫(yī)院武愛文教授的重要支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41421-026-00900-w

制版人：十一

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