25色全光谱流式方案揭示乳腺癌脑转移患者脑脊液/PBMC免疫图谱

转移性乳腺癌(MBC)中，5-10%的肿瘤转移发生在大脑、脊髓周围的软脑膜和蛛网膜下腔，被称为脑膜转移癌(LMD)。LMD的发生预示着极差的预后，患者中位生存期仅为2-6个月，而近20年的医学发展并未对此产生改善。在一项非治疗性研究中，加州大学医学院K. W. Im等人利用Cytek^® Aurora全光谱流式25色高维分析方案深度探索了LMD与非LMD转移性乳腺癌患者脑脊液与外周的免疫图谱，并为新一代诊疗方案的开发提供了潜在靶点。相关研究结果于2023年4月发表于npj breast cancer期刊。

 

研究方案

这项研究中，研究人员收集了12位MBC患者（包括7位LMD患者与5位非LMD患者）脑脊液（CSF）与PBMC样本用于Cytek^® Aurora全光谱流式检测。25色高维分析方案如图1所示，方案中囊括了T细胞、B细胞、NK细胞、髓系细胞谱系标志物与多种功能、耗竭指标。

 

图1. 25色Cytek^® Aurora全光谱流式高维分析方案

 

 

研究发现

1. LMD患者CSF中免疫细胞丰度更低，其组成与非LMD患者差异显著

研究人员首先通过手动圈门方式评估了LMD与非LMD患者CSF样本主要免疫细胞群体差异（图2）。与非LMD患者相比，1) LMD患者总CD45+和CD8+ T细胞频率丰度更低（分别为29.51％/ 51.12％；12.03％/30.40％）；2) CD4/CD8比例6倍于非LMD患者；3）Treg细胞丰度3倍于非LMD患者，表明LMD患者具有较宽松的CSF免疫微环境，从而更易受到肿瘤细胞侵袭。此外，T细胞耗竭标志物检测结果显示，LMD患者中CD8+T细胞高表达CD38，而PD-1、LAG3、TIM3低表达，该结果也提示研究人员对CD8+T细胞各亚群展开深入分析。

 

图2. CSF样本圈门策略与LMD/非LMD组间主要细胞群体丰度对比

 

2. CD38^hiTIM3^lowCD8+ T细胞在LMD患者CSF中富集

为进一步揭示CD8+T细胞和髓系细胞亚群的丰度差异，研究人员通过层次聚类对全光谱流式数据进行数据挖掘，并使用UMAP降维展示（图3）。CD8+T细胞与髓系细胞群体共被聚类为16个类群，CD8阳性的4个类群低表达CCR7，并差异化表达PD-1、TIM3、LAG3和CD38，研究人员将其中的类群2-4（图3）定义为“部分耗竭”CD8+T细胞。这类细胞中，类群2（CD38^hiTIM3^lo）在LMD患者CSF中的丰度为非LMD患者的6.5倍。已有研究表明，CD38参与PD-1/PD-L1阻断获得性耐药的机制，导致CD8+ T细胞耗竭，该类群细胞可能作为肿瘤治疗的潜在靶点，用于提高CSF中肿瘤细胞的免疫原性。

 

图3. CSF样本高维免疫图谱揭示CD8+T细胞与髓系细胞异质性

 

3. PBMC高维免疫图谱显示CD4+T细胞与单核细胞群体丰度差异

在LMD与非LMD患者PBMC样本高维流式结果的对比中，22个细胞类群被聚类算法鉴定。不同于CSF样本检测结果，CD38^hiTIM3^loCD8T细胞在PBMC样本中无明显差异，而LMD患者组PD-1^hiCD38^loCD4T细胞与HLA-DR+CD163^hi中间单核细胞丰度低于非LMD患者组。考虑到循环单核细胞是乳腺癌中肿瘤相关巨噬细胞（TAM）的主要来源，其丰度差异可能与肿瘤微环境中T细胞耗竭相关。但受实验设计限制，CD163+单核细胞与TAM的关系需在未来研究工作中进一步验证。

 

图4. LMD与非LMD患者PBMC样本免疫图谱对比

 

总结

本研究工作详细对比了LMD与非LMD转移性乳腺癌患者CSF与PBMC免疫图谱差异，文中所有数据均来自Cytek^® Aurora全光谱流式25色高维分析方案。方案中更多标志物（包括多种谱系、功能、耗竭标志物）的引入使研究人员能够深入洞悉样本间差异信息，为肿瘤相关免疫学机制与潜在治疗靶点的研究发现提供重要参考。

 

参考文献：

Im K W, Huppert L A, Malevanchik L, et al. High-dimensional immune cell profiling of cerebrospinal fluid from patients with metastatic breast cancer and leptomeningeal disease[J]. NPJ Breast Cancer, 2023, 9(1): 22.