癌症治療的相關研究在近年受到高度討論，尤其以免疫檢查點抑制劑 (immune checkpoint inhibitor) 及嵌合抗原受體 T 細胞療法 (chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T) 特別受到關注。其中 CAR-T 細胞療法便是將癌症患者身上的 T 細胞收集後，以基因工程的技術使其能夠辨認體內癌症細胞的特定抗原，再將改造後的細胞打回患者體內，以達到辨識並消滅癌症細胞的效果。然而在接受這種過繼性 T 細胞療法 (adoptive T cell transfer, ACT) 的臨床案例中，可以觀察到少部分的癌症細胞或是癌症幹細胞 (tumor-initiating stem cell, tSC) 並不會被殺死，而且在一段時間後復發形成腫瘤。(延伸閱讀｜改造病人 T 細胞做為新一代抗癌武器｜打開潘朵拉的盒子：癌症 T 細胞免疫療法之過去、現在與未來)
來自洛克斐勒大學及 HHMI (Howard Hughes Medical Institute) 的 Dr. Elaine Fuchs 實驗團隊 [1] 開始深入探討腫瘤復發背後的機制。在可刺激產生鱗狀細胞癌 (squamous-cell carcinoma, SSC) 的小鼠模式中 (TRE-OVA×TRE-HrasG12V CD45.2+) ，小鼠能夠被刺激產生表現一段雞卵蛋白 (ovalbumin, OVA) 肽鏈的腫瘤細胞。藉由將 OT-I 小鼠 [註 1] (CD45.1+) [註 2] 的 CD8+ T 細胞注射到帶有腫瘤的小鼠體內，使過繼的 T 細胞辨認腫瘤呈現的 OVA 肽鏈進而攻擊腫瘤細胞 。在過繼細胞後，前兩周可觀察到腫瘤縮小，但卻在約兩個月後復發，且復發的腫瘤無法再次經由過繼性細胞治療使腫瘤縮小。
[註 1]：OT-I 與 OT-II 小鼠是免疫學中研究後天免疫的常用模式。前者主要使CD8+ T 細胞的 T 細胞受體 (T cell receptor, TCR) 僅能辨認 OVA 中特定片段的序列，後者主要使 CD4+ T 細胞的 TCR 僅能辨認 OVA 中特定片段的序列。在這些基改小鼠中，基因編輯的區域為 TCR α 及 β 鏈，使得 αβ T 細胞僅能與呈現特定 OVA 抗原的主要組織相容性複合體 (major histocompatibility complex, MHC) 結合並活化，達到限制 TCR 多元性，有利於簡化為研究模式。
[註 2]：CD45 為為所有白血球的共同抗原 (leukocyte common antigen)。在小鼠模式中可以分為 CD45.1 或 CD45.2 兩種亞型 (isoform)，透過帶有其中一種亞型的記號，可以在混合不同小鼠的免疫細胞的實驗中以抗體在流式細胞儀中分析細胞 (如文中過繼性 T 細胞療法中，帶有 CD45.1 的 CD8+ T細胞就是來自過繼時的細胞)。
在上述的實驗中，可以觀察到第一次過繼的 T 細胞隨著時間耗竭 (exhausted) ，然而再次過繼的細胞也無法再次縮小腫瘤，說明腫瘤可能已經產生抗性 (resistance)。為了進一步找出腫瘤復發背後的原因，該團隊針對接受過繼性 T 細胞療法 (adoptive T cell transfer, ACT) 前後的腫瘤細胞進行單細胞定序 (single cell RNA sequencing)，並發現在治療後，有一群癌症幹細胞 (tumor-initiating stem cell, tSC) 並未被清除，且受細胞激素 (cytokine) TGF-β 刺激表現 CD80 [註 3] 。(延伸閱讀｜預測生命的風貌——定序技術的更上一層樓)
[註 3]：CD80 或稱 B7-1 能夠與 T 細胞上的抑制性蛋白 CTLA-4 或是協同性刺激訊號 CD28 結合，然而 CD80 與 CTLA-4 的結合能力較強，也因此通常作為免疫細胞表現的抑制性訊號。
進一步的實驗表示，在癌症幹細胞表現 CD80 的情形下，過繼進入腫瘤的 T 細胞較容易產生耗竭的情形，例如穿孔素 (granzyme) 的表現量下降、促進發炎的腫瘤壞死因子 (tumor necrosis facor α, TNF-α) 表現量下降與整體 T 細胞增生數量減少，更開始在腫瘤區域累積免疫抑制性的免疫細胞如調節性 T 細胞 (regulatory T cell) 或腫瘤相關巨噬細胞 (tumor-associated macrophages, TAM)。
該團隊假設在接受過繼性 T 細胞療法後，大部分的腫瘤細胞會被 CD8+ T 細胞毒殺，然而原本是少部分的癌症幹細胞因為受到 TGF-β 刺激表現 CD80，抑制 T 細胞的活化而逃過被毒殺的結果，進而分化復發形成腫瘤並持續表現 CD80。接著透過進一步的實驗觀察到 CD80 持續表現會使復發的癌細胞對於 T 細胞持續保有抗性，且不論是利用 TGF-β 抗體阻斷 CD80 的表現，或是利用 CD80 抗體 (抑制 CD80 與其受體結合的能力) 都能有效的避免癌症復發。另外，給予免疫檢查點抑制劑 CTLA-4 抗體阻斷 CD80 和 CTLA-4 結合時，CD80 可能回頭與免疫促進性訊號 CD28 結合，反而更能促進 T 細胞毒殺癌細胞。
該研究成果首次指出癌症幹細胞利用免疫抑制性訊號 CD80 對抗過繼性細胞療法，可能導致療法失敗以及腫瘤復發。而令人興奮的是在未來的癌症治療中，合併運用免疫檢查點抑制劑 CTLA-4 抗體、過繼性T細胞療法與短期使用 TGF-β 抑制抗體將會是極具潛力的癌症療法。
圖片說明：在經過過繼性 T 細胞治療後，大部分的腫瘤細胞被 CD8+ T 細胞毒殺，然而少部分的癌症幹細胞受到 TGF-β 刺激表現 CD80，進而抑制毒殺性 T 細胞的活化而逃過被毒殺的結果，而透過阻斷 TGF-β 或是抑制 CTLA-4 訊號都能有效避免癌症在過繼性 T 細胞療法後復發。圖片來源：Y.Miao et al. (2019). Cell doi: 10.1016/j.cell.2019.03.025
參考文獻：
- Y.Miao et al., “Adaptive Immune Resistance Emerges from Tumor-Initiating Stem Cells,” Cell, 2019. doi: 10.1016/j.cell.2019.03.025
撰文｜蔡宗霖
審稿｜李亞芸
[…] 然而，有許多病人會在不同免疫治療的階段出現抗性，本月專題首先帶領大家聚焦在免疫療法產生的抗性，並針對抗體治療失效的原因，闡明可能的機制。我們整理了可能讓 T 細胞失去活性的原因，包括從腫瘤細胞表現抗原，到誘導產生 T 細胞中任一步驟的損壞，以及腫瘤組織環境所引起的 T 細胞功能失常和記憶功能的損壞，進而造成先天與後天抗性的結果。(延伸閱讀｜再活化T細胞的剋星 – 免疫檢查點抑制劑的抵抗機制) 而針對癌症疫苗失效的原因，洛克斐勒大學及 HHMI 研究團隊利用單細胞定序，證明了少部分癌細胞可藉由表現 CD80 逃脫免疫機制。(延伸閱讀｜逃離 T 細胞－癌細胞如何對抗過繼性 T 細胞療法) […]