经典案例合集 | 多重免疫荧光结合多种新技术在神经胶质母细胞瘤研究中的应用
胶质母细胞瘤在神经上皮性肿瘤中占22.3％，有报告占颅内肿瘤的10.2％，是成人常见的原发性脑恶性肿瘤。因肿瘤为高度恶性，生长快、病程短，自出现症状到就诊时多数在3个月内，约70％-80％在半年以内。目前对新诊断的胶质母细胞瘤的治疗标准疗效有限，中位总生存期约为16-20个月。进行性或复发性胶质母细胞瘤仍然没有有效的治疗方法。
胶质母细胞瘤呈现出明显的肿瘤内和肿瘤内遗传异质性。基因组测序、表观遗传学分析、单细胞测序、空间转录组分析、多重免疫荧光原位单细胞空间分析都是研究胶质母细胞瘤发生发展、免疫治疗肿瘤微环境变化的重要工具。今天将介绍近年来利用多种新技术在神经胶质母细胞瘤研究中的几篇经典案例。
胶质母细胞瘤（GBM）免疫治疗研究中使用基因组测序、表观遗传学分析、测序、空间转录组分析、多重免疫荧光技术等进行联合分析方法。
（1）通过全基因组测序已经确定了很多胶质母细胞瘤驱动突变。比如，PI3K 和促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)相关的信号传导途径，通常通过激活或扩增 EGFR 或 PDGFRA 在 GBM 中共激活，并且通常伴随着肿瘤抑制因子 NF1，TP53和/或 PTEN 的突变。
（2）通过转录通路和表观遗传分析，胶质母细胞瘤在其转录回路和表观遗传景观中也表现出异质性。已报道的胶质母细胞瘤三个主要转录特征: 前神经(PN) ，经典(CL)和间充质(MES)。相对于其他亚型，间充质亚型的存活率最低，并且在肿瘤微环境内表现出增加的免疫浸润。了解间充质样细胞状态的病因及其相关转录亚型的起源对于阐明免疫逃避的机制将是重要的。然而，单个胶质母细胞瘤含有具有这些亚型特征的细胞种类混合，并且每种亚型的细胞的比例可以在治疗后疾病复发时发生变化。
（3）单细胞 RNA 测序(RNA-seq)和谱系追踪研究表明，胶质母细胞中细胞可以显示细胞状态之间的可塑性和转运，表明肿瘤微环境以及遗传和神经发育程序可能影响这些转录特征。
（4）检查点抑制剂的免疫治疗在治疗各种肿瘤方面取得了显着的成功。在复发性胶质母细胞瘤中程序性细胞死亡1(PD-1) 免疫检查点抑制剂的临床试验显示，只有一小部分患者 (8%) 表现出客观反应。胶质母细胞瘤免疫微环境的变化机制基础仍有待解释。
肿瘤和肿瘤相关细胞的空间映射在很大程度上依赖于免疫组织化学。PhenoImager 多重免疫荧光技术可以在单个组织切片上常规执行多重标志物检测，绘制脑肿瘤免疫微环境的，可表征中枢神经系统淋巴瘤的肿瘤微环境，并将特定的肿瘤免疫细胞与免疫检查点表达联系起来分析每个免疫细胞亚群与肿瘤细胞相关的细胞表型分析、空间绘图和邻近分析可以为特定肿瘤区域和肿瘤中的组织病理学标志物（包括血管、核心和外周肿瘤区域）构建免疫细胞浸润谱。分析特定肿瘤特征的生物标志物，包括缺氧和细胞信号激活，可以提供有关特定细胞类型和其他生物标志物之间生物学关系的更多信息，可以弥补空间转录组的低分辨率缺陷，更深入地了解胶质母细胞瘤微环境中细胞之间的功能相互作用。
PhenoIamger 多重免疫荧光对胶质母细胞瘤（WHO IV 级星形细胞瘤）免疫微环境进行描绘即定量分析。CD44-肿瘤细胞；CD31 -内皮细胞（血管）；CD68-巨噬细胞；HIF-1alpha- 缺氧细胞；MMP-9 -产生基质金属蛋白酶 9 的细胞；DAPI 标记细胞核。
案例一
题目：Glioblastomas acquire myeloid-affiliated transcriptional programs via epigenetic immunoediting to elicitimmune evasion
发表杂志：Cell
英国伦敦大学、爱丁堡大学、爱丁堡新月皇后医学研究所以及美国布朗大学联合进行的胶质母细胞瘤免疫逃逸机制研究中发现，胶质母细胞瘤干细胞通过表观遗传免疫编辑(而非亚克隆选择)部署髓样拟态程序，以驱动髓样丰富的肿瘤微环境，从而实现免疫逃避和肿瘤进展。
（1）与疾病相关的肿瘤微环境在免疫活性胶质母细胞瘤小鼠模型中重现；（2）转录组的稳定重构发生在免疫攻击后的胶质母细胞瘤干细胞中；（3）免疫逃避的胶质母细胞瘤干细胞部署“骨髓拟态”来建立骨髓富集的 肿瘤微环境；（4）获得性转录变化与表观遗传免疫编辑过程一致。
案例二
题目：Immune and genomic correlates of response to anti-PD-1 immunotherapy in glioblastoma
发表杂志：Nature Medicine
美国哥伦比亚大学、北卡罗来纳大学、西北大学范伯格医学院、俄勒冈健康与科学大学等研究中心联合对胶质母细胞瘤中免疫治疗反应的分子决定因素进行了分析，发现对胶质母细胞瘤中抗 PD-1免疫治疗的临床反应与特异性分子改变、免疫表达特征和反映治疗期间肿瘤克隆进化的免疫浸润有关。
在标准治疗期间和用 PD-1抑制剂(nivolumab 或 pembrolizumab)治疗后纵向分析了66名患者，包括17名长期应答者。基因组和转录组学分析揭示了与无应答者中的免疫抑制表达特征相关的 PTEN 突变的显着富集，以及应答者中 MAPK 途径改变(PTPN11，BRAF)的富集。
PhenoImager多重免疫荧光多揭示了治疗前后胶质母细胞瘤免疫微环境的变化。反应性肿瘤还与新表位消除后的分支进化模式以及 T 细胞克隆多样性和肿瘤微环境特征的差异有关。
案例三
题目：Neoantigen vaccine generates intratumoral T cell responses in phase Ib glioblastoma trial
发表杂志：Nature
美国Dana-Farber 癌症研究所、布莱根妇女医院，麻省理工学院哈佛博德研究所、哈佛医学院，马萨诸塞州总医院，以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所，丹麦技术大学多个研究中心联合研究证明了使用多表位、个性化新抗原疫苗接种的策略（之前已在高危黑色素瘤患者中进行过测试）对于胶质母细胞瘤等肿瘤是可行的， 这些肿瘤通常具有相对较低的突变负荷和免疫学上的“冷”肿瘤微环境。
在一项 I/Ib 期研究中，使用了个性化新抗原靶向疫苗对手术切除和常规放疗后新诊断为胶质母细胞瘤的患者进行免疫。未接受地塞米松（一种常用于治疗胶质母细胞瘤患者脑水肿的强效皮质类固醇）的患者产生循环多功能新抗原特异性 CD4+ 和 CD8+ T 细胞反应，使用PhenoImager 多免重免疫荧光对于免疫细胞的的肿瘤浸润程度进行了评估，富含记忆表型并显示数量增加肿瘤浸润性 T 细胞。使用单细胞 T 细胞受体分析，表明来自外周血的新抗原特异性 T 细胞可以迁移到颅内胶质母细胞瘤肿瘤中。因此，新抗原靶向疫苗有可能有利地改变胶质母细胞瘤的免疫环境。
参考文献
1. Kuzmina, I. et al. Towards noncontact skin melanoma selection by multispectral imaging analysis. J. Biomed. Opt. 16, 060502 (2011).
2. Gangoso, E. et al. Glioblastomas acquire myeloid-affiliated transcriptional programs via epigenetic immunoediting to elicit immune evasion. Cell (2020) doi:10.1016/j.cell.2021.03.023.
3. Zhao, J. et al. Immune and genomic correlates of response to anti-PD-1 immunotherapy in glioblastoma. Nat. Med. 25, 462–469 (2019).
4. Keskin, D. B. et al. Neoantigen vaccine generates intratumoral T cell responses in phase Ib glioblastoma trial. Nature 565, 234–239 (2019).
5. Arrieta, V. A. et al. ERK1/2 phosphorylation predicts survival following anti-PD-1 immunotherapy in recurrent glioblastoma. Nat. Cancer 1–15 (2021) doi:10.1038/s43018-021-00260-2.
关注我们
FOLLOW US
官方公众号
样本体验申请
技术服务需求
