2024年5月，厦门大学团队在Signal Transduction Targeted Ther.杂志上发表了题为“Combination therapy with oncolytic virus and T cells or mRNA vaccine amplifies antitumor effects”的文章，该研究表明溶瘤病毒和过继性转移T细胞或mRNA疫苗联合治疗可以增强其抗肿瘤作用，也揭示了溶瘤病毒(OVs)增强过继性转移T细胞抗肿瘤作用的机制，这可能为其潜在的临床应用提供有价值的见解。
本研究中使用新格元单细胞转录组(GEXSCOPE®)建库试剂盒完成细胞分离、核酸捕获与文库构建，使用新格元CeleScope® 开源软件完成测序下机数据定量。
下面和元小新一起来看一下单细胞如何助力探索溶瘤病毒与T细胞或mRNA疫苗联合治疗可增强抗肿瘤效果的机制~
研究背景
随着人们对肿瘤部位免疫活性的了解不断加深，免疫疗法作为一种有效的癌症治疗策略受到了广泛关注，导致癌症研究和临床试验发生了重大转变。
嵌合抗原受体(CAR)-T细胞疗法是过继性转移T细胞疗法的一种形式，在治疗B细胞恶性肿瘤中的应用已经超出了预期。然而，与血液系统恶性肿瘤不同，实体肿瘤带来了巨大的挑战。过继转移的T细胞必须穿越很长的距离才能穿透致密和弹性的基质，并与趋化因子受体建立相互作用。一旦到达肿瘤微环境(TME)，大多数T细胞会遇到障碍和免疫抑制因子，阻碍它们的扩张、浸润和诱导肿瘤特异性细胞毒性的能力。基于T细胞的单一疗法在治疗实体肿瘤中的有效性有限，这表明需要额外的辅助治疗来克服这些耐药机制，并将过继性转移T细胞疗法的应用范围扩大到实体肿瘤。2023年10月2日，两位mRNA疫苗的研发者获得了诺贝尔生理学或医学奖。目前，数十项临床试验正在测试mRNA疫苗对抗多种癌症的安全性和有效性，包括胰腺癌、结肠直肠癌和黑色素瘤。临床和临床前试验已经证明了基于mRNA的个性化癌症疫苗有希望的结果，表明癌症治疗的潜在范式转变。
思维导图
主要研究结果
1.改造的OV具有向肿瘤递送抗原的能力，并增强抗原特异性T细胞介导的抗肿瘤反应
在这项研究中，研究团队设计了不易诱导病毒中和抗体的溶瘤病毒——rVSV-LCMVG，水泡性口炎病毒(VSV)是一种潜在的溶瘤病毒载体，为了在保留VSV的裂解活性和广泛的肿瘤亲和力的同时减少神经毒性，研究团队将VSV的G蛋白替换为淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)的G蛋白，并将修饰后的重组病毒命名为rVSV-LCMVG。rVSV-LCMVG对不同的肿瘤细胞系显示出显著的细胞毒性作用，即使在低于0.01的感染指数(MOI)水平下也是如此。值得注意的是，它对癌症肝和肺癌细胞系表现出特别强的杀伤作用，突出了其作为溶瘤病毒的潜力(图1a-c)。
图1 rVSV-LCMVG的表征，它可以有效地将GP33递送到肿瘤细胞，从而在体外指导P14 TCR-T细胞的活化和细胞毒性
2.过继转移T细胞联合溶瘤病毒可提高治疗效果
联合治疗显著增加了肿瘤内的细胞因子和趋化因子水平，并将CD8+ T细胞招募到肿瘤微环境中以触发抗肿瘤免疫反应。过继转移的T细胞预处理和随后的溶瘤病毒治疗通过促进T细胞招募、下调PD-1表达和恢复效应T细胞功能来增敏难治性肿瘤(图2a-h)。
图2 过继转移T细胞联合溶瘤病毒可提高治疗效果
3.scRNA-seq揭示TME中抗肿瘤T细胞的单细胞表达谱
为了更深入地了解rVSV-LCMVG如何影响肿瘤特异性和病毒特异性T细胞的分化过程，作者在各种体内治疗后对这些T细胞进行了单细胞转录组测序(scRNA-seq)分析，特别关注从B16-OVA移植的C57BL/6J小鼠获得的肿瘤特异性OT-I T细胞。然后，根据这些T细胞的特征将其分为十大类：early activated T cells, Xcl1+ T cells, Il7r+ Tem cells, Nme1+ T cells, ISG+ Teff cells, Tcf7+ Tex cells, Gzmb+ Teff cells, S phase Tex cells, Temra cells, and G2m phase Tex cells(图3a)。没有rVSV-LCMVG刺激的OT-I T细胞主要在耗竭的T细胞簇(G2m期Tex、S期Tex和Tcf7+Tex)中发现。然而，当TME被rVSV-LCMVG重塑时，OT-I T细胞主要属于效应T细胞簇，包括早期活化的T细胞、ISG+Teff细胞、Temra细胞和Il7r+Tem细胞(图3b)。此外，OT-I细胞在用联合OVs处理后表现出Runx3的表达升高。这表明这些OT-I细胞可能在肿瘤组织中持续很长时间，从而发挥抗肿瘤作用(图3c)。接下来，作者进一步验证了rVSV-LCMVG处理显著干扰的亚群的差异表达基因模式。G2M期Tex表达典型耗竭相关基因(Pdcd1、Ung、Mcm2、Ccnb2和Top2a)。Tcf7+Tex耗竭性T细胞的增殖祖细胞。表达Nme1、Ccr7和Nmm1的Nme1+T细胞与Tcf7+Tex细胞高度连接。根据Stat1、Isg15、Ifit3和Gzmb的表达对ISG+效应T细胞进行进一步分类。Il7r+Tem高度表达记忆T细胞(Il7r、Zfp36l2、Gpr183、Cxcr4和Sell)的特征。总之，rVSV-LCMVG给药使得肿瘤组织中浸润的特异性T细胞构成发生变化，其中效应细胞(Teff)和记忆细胞(Tmem)比例明显增多，Tex比例则相对下降(图3d,e)。
在分析病毒特异性T细胞时，作者观察到所有样本都可以分为13个不同的簇。这些簇包括早期活化的T细胞、G2m期Tex细胞、Gzmb+Teff细胞、Il7r+Tem细胞、ISG+Teff细胞、ISG+Bystander细胞、Naïve样T细胞、Nme1+T细胞、S期Tex细胞、调节因子样CD8细胞、Tcf7+Tex细胞，Xcl1+T细胞和终末Tem细胞。(图4a,b)。与OVs结合，P14病毒特异性T细胞从幼稚T细胞分化为Teff和Tmem细胞。相反，肿瘤特异性T细胞经历从Tex到Teff和Tmem细胞的分化(图4c)。这些结果表明，肿瘤特异性T细胞的过继转移单独导致它们在肿瘤浸润时分化为衰竭和受损的T细胞。然而，当肿瘤特异性T细胞与溶瘤病毒rVSV-LCMVG联合使用时，它们有效地重塑了肿瘤浸润T细胞亚群的构成并提高了其抗肿瘤能力。
图3 scRNA-seq揭示TME中抗肿瘤T细胞的单细胞表达谱
图4 scRNA-seq揭示OT-I和P14细胞的单细胞表达谱
4.mRNA癌症疫苗联合溶瘤病毒可提高治疗效果
为了提供更具有转化价值的联合治疗，研究团队将溶瘤病毒rVSV-LCMVG与mRNA癌症疫苗进行联合治疗，溶瘤病毒与mRNA癌症疫苗的联合应用同样显示出肿瘤负荷的显著降低和生存期的延长。
图5 mRNA癌症疫苗联合溶瘤病毒可提高治疗效果
结论
作者应用单细胞转录组测序技术结合多种实验手段，阐明溶瘤病毒和过继性转移T细胞联合治疗可以增强其抗肿瘤作用，也揭示了OVs增强过继性转移T细胞抗肿瘤作用的机制，这可能为其潜在的临床应用提供有价值的见解。值得注意的是，该研究提出mRNA疫苗与OVs联合使用有望成为实体瘤的有效治疗策略。
参考文献
Rao Fu et al. Combination therapy with oncolytic virus and T cells or mRNA vaccine amplifies antitumor effects. Signal Transduct Target Ther. 2024 May 3;9(1):118. doi: 10.1038/s41392-024-01824-1.
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