在癌症治疗领域，免疫疗法一直是备受关注的前沿方向。T 细胞作为免疫系统中的“特种兵”，在识别和攻击肿瘤细胞方面发挥着重要作用。然而，肿瘤微环境的复杂性使得 T 细胞的功能常常受到抑制，导致免疫疗法的效果大打折扣。为了深入理解 T 细胞在肿瘤中的作用机制，科学家们一直在寻找更精准的工具来剖析 T 细胞的动态变化。
今天分享一篇高分文章，该研究提出了一项名为“SPTCR-seq”的新技术，实现了对 T 细胞受体（TCR）的高灵敏度空间分辨测序，为理解肿瘤免疫微环境的复杂性提供了新视角。
壹
SPTCR-seq的工作流程
SPTCR-seq（Spatially Resolved T Cell Receptor Sequencing）是一种结合空间转录组学和 T 细胞受体测序的技术，用于高灵敏度地解析 T 细胞受体的空间分布。
使用 10x Genomics Visium 空间转录组学平台获取组织切片的转录组数据，并提取组织中的RNA，构建TCR文库，进行三代长读长高通量测序，对测序数据预处理和注释后，将 TCR 注释结果与空间转录组学数据的空间条形码整合，通过计算工具将 TCR 数据与空间位置信息结合，生成带有空间坐标的 TCR 分布图。然后分析 TCR 的克隆扩增、多样性以及空间分布特征，结果如下图所示。
图1
贰
SPTCR-seq和传统的基于PCR方法的比较
作者将SPTCR-seq与2种传统的基于PCR的方案进行比较，SPTCR-seq 在TCR的检测灵敏度和多样性方面表现出色。它能够检测到更多的独特 TCR克隆，且在注释完整TCR序列方面具有更高的成功率。这得益于其对 PCR 扩增循环次数的严格控制，减少了因扩增引入的错误，从而提高了测序的准确性。且长读长测序技术，可以一次性读取完整的 T 细胞受体序列，这种优势使得研究人员能够完整地重建TCR的结构，避免了传统短读长测序技术中因片段化而导致的信息丢失。这种技术的高灵敏度和高准确性，使其成为研究肿瘤免疫微环境中 T 细胞行为的理想工具。
叁
SPTCR-seq在胶质母细胞瘤中的应用
将 SPTCR-seq 技术应用于胶质母细胞瘤的研究中，这是一种恶性程度极高的脑部肿瘤，因其“冷肿瘤”特性而对免疫疗法反应不佳。通过 SPTCR-seq，研究人员发现胶质母细胞瘤中存在局部 T 细胞克隆扩增和多样性的差异。在某些区域，T 细胞表现出明显的克隆扩增现象，而在其他区域则呈现出高度的多样性（图2）。
图2
肆
局部克隆多样性与肿瘤相关T细胞功能障碍有关
在肿瘤微环境中，局部克隆多样性可能与肿瘤的异质性和免疫微环境的复杂性密切相关。在胶质母细胞瘤中，T 细胞的功能状态通常受到肿瘤微环境的显著影响。局部克隆多样性较高的区域在肿瘤的不同部位均有分布，但并未与特定的组织学区域（如坏死区、微血管增生区等）显著相关。这些区域中，T 细胞的克隆分布较为分散，表明 T 细胞可能对多种抗原或微环境信号做出反应，但并未形成单一主导的克隆。
另外，研究发现，在局部克隆多样性较高的区域，T 细胞表现出更高的功能障碍和耗竭标志物的表达。这些区域通常富含免疫抑制细胞，如 B 细胞和骨髓来源的巨噬细胞。相比之下，局部克隆扩增的区域虽然也存在，但较为稀少，且主要与细胞毒性标志物（如 IFNG、PRF1、GZMB 等）的表达相关。
图3
伍
T细胞克隆扩增与细胞生态系统、细胞外基质、代谢的关系
研究人员构建了空间图谱，评估克隆性扩增与局部细胞生态系统之间的关系。在克隆性扩增的区域，T 细胞主要与 NK 细胞和干扰素-γ 活化的 CD4 T 细胞相互作用。这些区域富含细胞毒性标志物，表明 T 细胞可能在这些区域发挥抗肿瘤作用。然后使用细胞间通信模型和层次细胞类型组成模型分析了 T 细胞扩增区域的细胞组成和细胞间相互作用。在细胞毒性区域，NK 细胞通过信号传导促进 T 细胞的细胞毒性反应；而在功能障碍区域，B 细胞和骨髓来源巨噬细胞通过 MHCII 分子与 T 细胞相互作用，诱导 T 细胞的功能障碍。
使用细胞类型特异性基因表达矩阵，分析B 细胞与 NK 细胞之间的信号传导。通过空间转录组学数据，识别与 T 细胞功能状态相关的细胞外基质基因和细胞因子。发现细胞外基质基因和血小板因子4 在不同生态位中通过与 T 细胞的相互作用，塑造了 T 细胞的功能状态。
使用空间代谢组学技术对 5 例胶质母细胞瘤样本进行了代谢物分析。将代谢组学数据与 TCR 测序和转录组学数据整合，分析了 T 细胞耗竭标志物与代谢物之间的相关性。发现 T 细胞的代谢状态与其功能状态密切相关。在耗竭的 T 细胞中，代谢途径倾向于增强糖酵解，这种代谢重编程可能加剧了 T 细胞的功能障碍，并限制了其抗肿瘤能力。研究结论
文章通过 SPTCR-seq 技术揭示了胶质母细胞瘤中 T 细胞的空间异质性及其与肿瘤微环境的复杂相互作用。局部克隆多样性和克隆性与 T 细胞的功能状态密切相关，而免疫抑制细胞和代谢重编程在 T 细胞耗竭中起着重要作用。SPTCR-seq为破解肿瘤免疫微环境的复杂性提供了新的视角和工具。它不仅让我们对T细胞在肿瘤中的行为有了更深入的认识，也为未来的癌症治疗带来了新的希望。
参考文献
Benotmane JK, Kueckelhaus J, Will P, et，al. High-sensitive spatially resolved T cell receptor sequencing with SPTCR-seq. Nat Commun. 2023 Nov 16;14(1):7432. doi: 10.1038/s41467-023-43201-6.
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