前言

滑膜肉瘤 (SyS)是由SS18-SSX融合驱动的一种侵袭性肿瘤，以T细胞浸润低为特征。SyS表达多种免疫原性肿瘤睾丸抗原 (CTAs)，这些抗原可被 SyS 患者外周血中的循环 T 细胞识别。但是肿瘤组织中的 T 细胞浸润异常低，这说明存在一种尚不明确的免疫逃逸机制。由于对SyS 疾病缺乏全面的了解，SyS的临床试验失败率高，且晚期疾病缺乏有效的治疗方法，局部肿瘤患者接受多模式治疗后，几乎50%的患者会发展为无法治愈的转移性疾病，临床急需针对SyS的新治疗策略。既往研究大多依赖bulk组织分析和细胞模型，缺乏肿瘤系统的空间生态信息。MIT和哈佛大学Broad研究所的知名生物信息专家Aviv Regev团队利用单细胞RNA测序 (scRNA-seq)、NanoString的GeoMx® Digital Spatial Profiler (DSP)以及遗传和药理学干扰技术对SyS的免疫微环境和空间生态系统进行研究，揭示了免疫逃逸和致癌过程之间的相互作用，并针对 SyS 提出了潜在的新治疗策略。本研究发表在Nature Medicine (IF=53.440)上，题目为“Opposing immune and genetic mechanisms shape oncogenic programs in synovial sarcoma”。

试验设计

对12个SyS肿瘤样本的16, 872个恶性、免疫和基质细胞进行scRNA-seq检测，分析基因表达和遗传特征细胞图谱，并采用WES进行验证。 分别对其中9个样本进行GeoMx® DSP Cancer Transcriptome Atlas (CTA) RNA Assay检测，2个样本进行Whole Transcriptome Atlas (WTA) RNA Assay检测，结合多重免疫荧光绘制 SyS 生态系统。构建SyS细胞模型，探索SyS潜在的治疗策略。

研究发现

1、scRNA-seq揭示了SyS基因表达和遗传特征细胞图谱

基于转录谱和遗传特征, 研究人员将肿瘤组织中的细胞分为 9 个亚群：恶性细胞、内皮细胞、癌症相关成纤维细胞 (CAF)、CD4+ T细胞、 CD8+ T细胞、B细胞、自然杀伤 (NK) 细胞、巨噬细胞和肥大细胞。

图1. 滑膜肉瘤细胞生态系统的单细胞全景图

2、细胞分化程序和核心致癌程序是滑膜肉瘤细胞的特征

研究团队进一步分析了肿瘤细胞的基因表达程序，发现了在多个肿瘤中都具有一致性的3个与细胞分化程度相关的基因模块，分别表征间充质细胞、上皮细胞和低分化细胞。主成分分析 (PCA) 和非负矩阵分解分析 (NMF) 发现，在所有样本中的一些细胞都富集到一个新的核心致癌程序，该程序包括诱导表达呼吸碳代谢的基因，抑制TNF信号、细胞凋亡、p53 信号和缺氧基因集的基因，主要在周期细胞和低分化细胞中表达。在两个独立的SyS公开队列中进行生存分析发现，核心致癌程序更常见于更高侵袭性以及低分化的SyS，且与疾病进展、远端转移相关，提示该程序可以预测临床不良结局。

图2. 滑膜肉瘤的细胞可塑性和核心致癌程序

图3. 核心致癌程序与不良预后和侵袭性疾病相关

3、免疫细胞浸润不足是SyS免疫逃逸的关键原因，且免疫浸润不足与核心致癌程序相关

尽管SyS表现极低的免疫浸润，但是免疫微环境中的CD8+ T细胞表现出极高的抗肿瘤活性，也能发生克隆扩增，说明免疫细胞浸润不足是SyS免疫逃逸的关键原因。接下来研究人员利用DSP技术，研究肿瘤细胞状态与肿瘤免疫微环境之间的关系。首先利用CD45和PanCK 对肿瘤组织进行形态学标记，选择了306个不同的区域进行肿瘤原位空间转录组分析。结果发现肿瘤细胞核心致癌程序的表达与免疫细胞浸润呈现负相关，即核心致癌程序表达越高，周围的免疫细胞浸润越低。

图4. SyS中有限的免疫浸润和抗肿瘤免疫特征

4、SS18-SSX维持核心致癌程序并阻止分化，TNF和IFNγ协同抑制核心致癌程序和SS18-SSX程序

SyS中SS18-SSX融合与核心致癌程序和细胞分化程序是否具有相互作用呢？细胞实验发现：SS18-SSX敲低后核心致癌程序和细胞周期基因表达降低，间充质分化相关的基因被诱导表达。SS18-SSX敲低还提高了抗原呈递和免疫响应基因的表达。总的来说，SS18-SSX直接促进核心致癌程序，阻断分化，并驱动细胞周期进程。scRNA-seq和GeoMx DSP多维数据显示SyS的免疫微环境 (CD8+ T细胞分泌的IFNγ和巨噬细胞分泌的TNF) 可以抑制核心致癌程序和SS18-SSX程序，并通过细胞实验得到验证。体内肿瘤组织中的TNF和IFNγ很可能也发挥类似的作用，抵消 SS18-SSX 融合基因的影响。

图5. 驱动基因和免疫细胞对SyS恶性细胞的影响

5、HDAC 和 CDK4/6 抑制剂协同抑制 SyS 细胞的免疫抵抗特征，增强SyS 细胞免疫原性和T细胞介导的杀伤作用

抑制核心致癌程序是否可以影响肿瘤细胞与周围T细胞的相互作用呢？建模发现细胞周期调控因子（例如 CDK4/6 抑制剂）和 SS18-SSX调控因子（例如 HDAC 抑制剂）可以联合抑制SyS细胞的免疫抵抗特征，尤其是存在 TNF 等细胞因子的情况下，并通过细胞实验得到验证：Panobinostat、Abemaciclib（阿贝西利）和TNF可以协同抑制核心致癌程序和多种免疫抵抗特征，同时诱导抗原呈递、IFN反应和自身抗原表达，抑制巨噬细胞迁移抑制因子。细胞实验显示HDAC 和 CDK4/6 抑制剂预处理的SyS细胞可以增强T细胞活化，表现为T细胞表面 CD25 表达增加、IFNγ和 IL-2分泌增加、T细胞介导杀伤作用增强。因此，在SyS细胞中联合靶向CDK4/6和HDAC可以提高其适应性免疫的敏感性，这是一种潜在的SyS治疗策略。

图6. HDAC和CDK4/6抑制剂抑制SyS细胞中的核心致癌程序，并提高它们对T细胞介导的杀伤性的敏感度

结论

研究人员在SyS中发现一个特定肿瘤细胞类型表达的核心致癌程序，与免疫浸润低具有相关性，并可预测不良的临床结局。这种肿瘤细胞类型受 SS18-SSX 融合基因的调控，被巨噬细胞和 T 细胞分泌的细胞因子抑制，并可以被HDAC 和 CDK4/6 抑制剂联合靶向抑制。在SyS 体外细胞模型中，这种药物组合可以增强肿瘤细胞免疫原性，诱导 T 细胞反应和 T 细胞介导的杀伤作用。本研究为融合基因驱动的恶性肿瘤异质性研究提供了参考，并证明了免疫逃逸和致癌过程之间具有相互作用，这些致癌过程在SyS 和其他恶性肿瘤中可被多靶点联合抑制。