文献分享
题目：外周血T细胞受体多样性是乳腺癌进展的年龄相关标志物
发表期刊：PNAS
发表时间：2023年11月27日
影响因子：9.4
研究结果外周血TCR克隆型多样性在乳腺癌中的表现
本研究通过对外周血T细胞受体（TCR）的α和β链进行测序，评估了485名乳腺癌患者的TCR克隆型多样性。这些患者涵盖了广泛的年龄范围（平均年龄48岁，范围21至83岁），并被诊断为导管原位癌（DCIS）或初诊IV期乳腺癌（图1A）。研究选择了这两个阶段的患者，因为它们分别代表了乳腺癌的最早和最晚期阶段，有助于识别与肿瘤阶段相关的差异，而不受治疗影响。所有初诊IV期患者（n = 309）和大多数DCIS患者（151/176）的血液样本在诊断时采集，而25名DCIS患者在手术切除后一年再次采集了血液样本。
研究使用了多种多样性指标来评估TCR克隆型的分布情况，包括丰富度、Chao1指数、Shannon指数以及Shannon和Simpson克隆性指数。这些指标从不同角度评估了TCR克隆型分布的生物特性，如数量及其相对丰度。通过对这些多样性的全面评估，研究者能够更深入地理解乳腺癌患者的免疫状态，并为进一步的研究提供了基础。
对于6名DCIS患者，研究者分析了基线和一年后的匹配样本，结果显示在这段时间内，无论是TCR-α还是TCR-β链的六种多样性指数都没有显著变化。这一结果表明，手术切除DCIS可能不会对TCR克隆型多样性产生长期影响，尽管样本量较小，结论需谨慎。
随着年龄的增长，TCR-α和TCR-β的Chao1多样性（未观察到的总丰富度）逐渐减少，而克隆性（Shannon和Simpson指数）则增加(图1B)。这种趋势在DCIS和初诊IV期患者中均有所体现，且TCR-α的多样性与年龄的相关性尤为显著。为了更细致地分析不同年龄段的差异，研究将患者分为年轻组（<45岁）和老年组（≥45岁）。选择45岁作为分界线的原因在于，它能够将患者分为可能处于绝经前（年轻DCIS患者的平均年龄为38.0 ± 3.86岁，初诊IV期患者的平均年龄为36.7 ± 4.74岁）和绝经后（年长DCIS患者的平均年龄为55.8 ± 7.73岁，初诊IV期患者的平均年龄为58.2 ± 8.38岁）的两组。此外，研究发现患者的年龄分布呈现二项式分布(图1C)。
为了探究不同乳腺癌阶段和年龄段患者的T细胞受体（TCR）多样性差异，研究特别关注了Chao1指数，这一指标被认为能更可靠地评估TCR，因为它与年龄有显著的相关性。年轻DCIS患者的TCR-α Chao1多样性显著高于年轻的初诊IV期患者或年长的DCIS患者(图1D)。相比之下，在老年患者中，DCIS与初诊IV期之间的TCR-α多样性没有显著差异，提示肿瘤阶段对TCR多样性的影响在老年患者中不明显(图1D)。此外，TCR-β多样性和其他指标在不同类别之间无显著差异(图1D)。
研究发现，老年DCIS患者中，那些经历后续癌症诊断的患者（包括同侧或对侧乳腺癌、胸壁或远处复发）的TCR-α Chao1多样性显著高于未复发的患者(图1E)。相反，在年轻DCIS患者中，复发与TCR多样性无关，可能由于双侧乳房切除术的高频率掩盖了这一关联(图1E)。此外，研究通过多变量Cox回归分析评估了TCR多样性与总体生存率的关系，但未发现显著关联。
总的来说，研究发现了TCR-α Chao1多样性与DCIS和初诊IV期疾病患者的年龄以及年轻女性的肿瘤分期相关，并且与老年DCIS患者后续癌症诊断的风险有关。
患者独特的外周T细胞CDR3序列
研究发现年长的初诊IV期患者CDR3α序列比例（即独特序列数除以总序列数）显著低于其他组别（图2B）。在氨基酸水平上相似的CDR3α序列可能识别相同的抗原，所以为了进一步探索这些序列的功能，研究者使用Geometric Isometry-based TCR AligNment Algorithm (GIANA)工具对所有患者的CDR3α序列进行了聚类分析。结果显示，年轻DCIS患者拥有更多的CDR3α簇，这意味着他们可能具有更多针对不同抗原的T细胞克隆型。这与所观察到的TCR-α Chao1多样性的差异相一致。相比之下，年长的DCIS和初诊IV期患者的CDR3α序列聚类相似。
此外，研究还发现，年轻DCIS患者中，无复发者的独特CDR3α簇数量多于有复发者，而在老年患者中未观察到这种差异。预测的抗原类型也因复发状态而异，尤其是在年轻DCIS患者中，提示TCR多样性可能与临床结果密切相关。然而，这些关联需要进一步的实验验证，以确保预测的准确性和完整性。总之，CDR3α序列的多样性不仅反映了患者的免疫状态，还可能与临床结果密切相关，特别是在年轻DCIS患者中。
外周血TCR多样性与外周血转录组的关系
通过对外周血样本进行RNA测序，研究发现TCR-α Chao1多样性与基因表达模式之间存在强关联。高TCR多样性患者的外周血转录组表现出与先天免疫反应、翻译、转录、线粒体功能和细胞周期等通路的富集。相反，低TCR多样性患者的转录组则与增殖和代谢特征相关。通过细胞组成分析，研究发现高TCR多样性患者的样本中单核细胞比例较高，解释了其强烈的炎症反应特征。聚类分析显示，TCR多样性比肿瘤阶段或年龄更能区分样本。
外周血TCR多样性与DCIS免疫微环境的关系
最后，研究探讨了外周血TCR多样性与DCIS肿瘤转录组之间的关系。尽管在外周血TCR-α Chao1多样性与肿瘤分级之间未发现显著关联，但在高TCR多样性患者的DCIS肿瘤中，发现了与适应性免疫系统和TCR信号通路相关的基因表达富集。此外，免疫荧光染色显示，高TCR多样性患者的DCIS肿瘤中CD8+ T细胞含量较高，且CD8+ T细胞的丰度与外周血TCR-α Chao1多样性呈正相关。这些结果表明，高TCR多样性可能与更活跃的免疫微环境有关，特别是在预侵袭性肿瘤中。
研究讨论
该研究表明，外周血TCR多样性不仅是年龄的反映，还可能是预测乳腺癌进展的有用生物标志物，尤其是在不同年龄段的患者中。高TCR多样性可能反映了更强的抗肿瘤免疫反应，但也可能与肿瘤支持性免疫的存在有关。未来的研究需要更大的队列来验证这些发现，并探索特定TCR序列对预后的影响。此外，评估不同T细胞亚群（如CD4+、CD8+和调节性T细胞）的多样性将有助于进一步理解其在肿瘤进展中的作用。