《自然·免疫学》：华人科学家发现新型杀伤性抗癌免疫细胞！

说起抗肿瘤免疫反应，我们最先想到的就是细胞毒性T细胞的肿瘤杀伤功能。作为一种适应性免疫细胞，T细胞的杀伤功能依赖于对肿瘤抗原的识别，然而，许多肿瘤类型缺乏免疫原性抗原[1]。

在这种情况下，天然淋巴细胞（ILCs）的肿瘤免疫监视功能就凸显出来了，其中最为熟知的当属自然杀伤（NK）细胞[2]。除了NK细胞外，其他ILCs的功能也越来越受到关注，不过在之前的研究中，大家更多的认为ILCs主要发挥类似于CD4+T细胞的辅助作用，最近的一些研究发现，ILC1可能也具有细胞毒性功能，能直接杀伤靶细胞。

近日，来自美国纪念斯隆-凯特林癌症中心的李明团队，在《自然·免疫学》期刊发表重要研究成果。

他们发现ILC1可以感知肿瘤细胞分泌的IL-15，从而发挥细胞毒性作用，直接杀伤肿瘤细胞[3]。这一发现拓展了我们对天然淋巴细胞功能的认知，并可能为一些肿瘤的治疗带来新的思路。

论文首页截图

肾细胞癌是男性和女性最常见的十大癌症之一，其组织学上不同的亚型表现出不同的治疗反应[4]。虽然免疫检查点抑制剂大大提高了肾透明细胞癌（ccRCC）患者的生存期，但肾嫌色细胞癌（chRCC）患者通常对治疗反应不佳[5]。

那么，是什么原因导致了这一差异呢？

为了研究导致差异结果的免疫学基础，李明团队对从ccRCC和chRCC晚期患者肿瘤中分离的免疫细胞进行了单细胞RNA测序分析。结果发现，这两种癌症亚型浸润的免疫细胞群果然有着较大差异。

他们发现，ccRCC中浸润的主要是CD8+ T细胞，而chRCC中存在两种具有细胞毒性的先天淋巴细胞，其中一种具有典型NK细胞特征，另一种具有ILC1细胞的特性。

单细胞测序数据表明，ccRCC中有大量CD8+ T细胞浸润，但chRCC中浸润的ILC1s相对更多

进一步地，李明团队对大量的肾细胞癌肿瘤样本、癌旁正常组织以及患者的血液样本进行流式分析，来验证前面的发现。他们发现，与癌旁正常组织和血液相比，ccRCC肿瘤中CD8+ T细胞明显更多，在chRCC组织中则没有显著差异。与之相反的是，在chRCC中ILC1细胞显著增加。

有趣的是，ILC1标记基因的高表达与chRCC患者较好的总生存率相关，但却和ccRCC患者较差的总生存率相关，这一相反的结果提示，ILC1在不同肿瘤中的功能可能存在差异。

TCGA数据库分析显示，ILC1标记基因的高表达与ccRCC的不良预后相关，但在chRCC中情况相反

那么，是什么因素使得ILC1在chRCC和ccRCC中有着不同作用呢？

研究人员分析单细胞转录组数据发现，尽管在chRCC和ccRCC肿瘤中都有ILC1浸润，但它们表现出不同的颗粒酶A表达模式。之前的研究已经发现，颗粒酶A可以介导靶细胞发生凋亡或焦亡[6,7]。

对chRCC和ccRCC肿瘤中颗粒酶A的蛋白表达进行检测可以发现，在同一chRCC肿瘤样本中，ILC1始终比NK细胞表达更多颗粒酶A，但ccRCC中则有着相反的结果。此外，来自chRCC肿瘤组织的ILC1比来自癌旁正常组织的ILC1表达更高水平的颗粒酶A。

那么，是什么原因导致了ILC1表现出不同的特征呢？先前的研究表明，细胞因子IL-15和其受体α链（IL-15Rα）形成的复合物，可促进细胞毒性淋巴细胞的发育和效应功能[8]。

TCGA数据库分析发现，chRCC肿瘤比ccRCC肿瘤表达更高水平的IL15，这意味着肿瘤微环境中的IL-15水平可能以剂量依赖的方式调节ILC1的反应。因此，研究人员进一步探究了IL-15对ILC1的调控作用。

研究人员从RCC肿瘤中分离了ILC1，并将它们分别用两种不同剂量的IL-15/IL-15Rα复合物培养。结果发现，高剂量的IL-15/IL-15Rα复合物可以诱导ILC1表达更高水平的颗粒酶A。此外，高剂量的IL-15/IL-15Rα大大增强了ILC1对靶细胞的杀伤作用。

高剂量的IL-15/IL-15Rα复合物增强了ILC1s对靶细胞的杀伤作用。红色箭头表示ILC1，白色箭头表示死亡的靶细胞（K562）

值得一提的是，在TCGA数据库的chRCC患者样本中，IL-15表达水平和ILC1标记基因的富集程度呈正相关。此外，IL-15高表达的患者比低表达的患者有更好的总生存期。这些发现表明IL-15可以增强肿瘤中ILC1对靶细胞的杀伤能力，这可能是控制chRCC患者肿瘤的一个关键机制。

接着，李明团队对这一发现进行了拓展——在其他上皮性恶性肿瘤中，IL-15是否也可以调控ILC1介导的抗肿瘤免疫反应？

乳腺癌是世界上最常见的癌症之一，研究人员发现，在PIK3CA突变的乳腺癌患者中，ILC1的标记基因与更好的生存率相关，并且ILC1标记基因与IL15表达呈正相关。这些结果提示，IL-15调控的ILC1在PIK3CA突变的乳腺癌中也可能具有重要功能。

在PIK3CA突变的乳腺癌患者中，ILC1的标记基因与更好的生存率相关，且ILC1标记基因与IL15表达呈正相关

进一步地，李明团队利用PyMT驱动的乳腺癌转基因小鼠模型（模拟PIK3CA突变的乳腺癌），来进一步破译肿瘤微环境中IL-15对ILC1的调控机制。首先需要回答的一个问题是，什么细胞分泌的IL-15影响了ILC1的功能？

李明团队利用IL-15报告基因小鼠发现，肿瘤中的巨噬细胞和树突状细胞高表达IL-15，然而奇怪的是，在条件性敲除巨噬细胞和树突状细胞中的IL15基因后，肿瘤中浸润的ILC1比例和功能并没有受到影响。类似的，李明团队还发现血液细胞和基质细胞来源的IL-15也不影响这一过程。

既然这些细胞似乎都不影响ILC1，那么是否有可能是肿瘤细胞直接调控了ILC1的反应呢？研究人员通过荧光成像发现，ILC1似乎可以与肿瘤细胞相互作用，并直接感知肿瘤细胞，那么肿瘤细胞本身是否可能分泌IL-15驱动ILC1的抗肿瘤免疫反应呢？

研究人员在条件性敲除肿瘤细胞中的IL-15基因后发现，肿瘤中浸润的ILC1的数量显著降低，且剩下的ILC1的效应功能也下降了。这些结果表明，肿瘤细胞来源的IL-15调节细胞毒性ILC1的扩增和效应功能，而缺乏这些效应细胞会导致肿瘤免疫反应受损。

IL-15在PyMT肿瘤细胞中高表达，敲除肿瘤细胞的IL15后，肿瘤中ILC1的比例显著降低

总而言之，这项研究揭示了一种先天淋巴细胞对肿瘤的免疫监测机制，通过该机制，肿瘤细胞表达的IL-15可以作为警报素，被组织驻留的细胞毒性ILC1感知，这些发现可能为一些癌症的免疫治疗打开新的思路。

值得一提的是，今年4月8日，李明团队还在《科学·免疫学》期刊报道了一群表达颗粒酶C的ILC1细胞。

他们发现这群表达颗粒酶C的ILC细胞来自ILC祖细胞，且不与NK细胞、ILC2或ILC3相互转化。在功能上，这群细胞在抗肿瘤免疫和自身免疫反应中都有着重要作用[9]。

这些发现都将拓展我们对ILC细胞的认知，并为肿瘤免疫治疗带来新的见解。

参考文献

1.T. N. Schumacher, R. D. Schreiber, Neoantigens in cancer immunotherapy. Science 348, 69-74 (2015).

2.L. Chiossone, P. Y. Dumas, M. Vienne, E. Vivier, Natural killer cells and other innate lymphoid cells in cancer. Nat Rev Immunol 18, 671-688 (2018).

3.E. R. Kansler et al., Cytotoxic innate lymphoid cells sense cancer cell-expressed interleukin-15 to suppress human and murine malignancies. Nat Immunol 23, 904-915 (2022).

4.C. M. Diaz-Montero, B. I. Rini, J. H. Finke, The immunology of renal cell carcinoma. Nat Rev Nephrol 16, 721-735 (2020).

5.B. A. McGregor et al., Results of a Multicenter Phase II Study of Atezolizumab and Bevacizumab for Patients With Metastatic Renal Cell Carcinoma With Variant Histology and/or Sarcomatoid Features. J Clin Oncol 38, 63-70 (2020).

6.Z. W. Zhou et al., Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells. Science 368, 965-+ (2020).

7.J. Lieberman, Granzyme A activates another way to die. Immunol Rev 235, 93-104 (2010).

8.P. F. Fiore et al., Interleukin-15 and cancer: some solved and many unsolved questions. Journal for Immunotherapy of Cancer 8,  (2020).

9.B. G. Nixon et al., Cytotoxic granzyme C-expressing ILC1s contribute to antitumor immunity and neonatal autoimmunity. Sci Immunol 7, eabi8642 (2022).