免疫檢查點抑制劑（Immune checkpoint inhibitors，ICIs）作為一類革命性的癌癥治療藥物，已在多種腫瘤類型的治療中展現(xiàn)出了顯著的療效。然而，其潛在的副作用，特別是免疫相關不良事件（immune-related adverse events，irAEs）也給患者帶來了新的風險。其中，ICIs誘導的心肌炎（irMyocarditis）作為一種嚴重的irAE，盡管發(fā)病率不高，但死亡率極高（20-50%）。而irMyocarditis發(fā)病機制至今尚未完全明確。
2024年11月6日，美國麻省總醫(yī)院免疫與炎癥疾病中心的Alexandra-Chloé Villani教授團隊在《Nature》上發(fā)表了題為“Immune responses in checkpoint myocarditis across heart, blood and tumour”的文章。研究通過深入且系統(tǒng)性的免疫學分析，對irMyocarditis患者的心臟、血液和腫瘤樣本進行分析，揭示了一系列新的循環(huán)標志物，明確了其關鍵的病理細胞類型，為irMyocarditis的核心發(fā)病機制提供了新的見解。


研究思路如下：

01 | irMyocarditis患者心臟和外周血免疫細胞群體分析

為了確定irMyocarditis中的關鍵細胞亞群，研究團隊通過單細胞RNA測序（scRNA-seq）對來自irMyocarditis患者的84,576個心臟細胞和366,066個外周血單核細胞進行分析。在irMyocarditis患者的心臟組織中，T細胞和NK細胞顯著富集。同時，這些免疫細胞內(nèi)的DNA復制和細胞粘附相關基因顯著上調(diào)，提示它們在心肌組織內(nèi)正參與活躍的免疫反應。除了T/NK細胞外，心臟組織中還觀察到單核吞噬細胞（MNP）、傳統(tǒng)樹突狀細胞（cDC）和成纖維細胞的趨勢性富集。這些細胞可能也在irMyocarditis的發(fā)病機制中發(fā)揮作用。在外周血中，MNP的比例顯著增加。與此同時，pDC、cDC、B細胞和CD4 T細胞的比例均顯著減少。這些變化表明irMyocarditis不僅影響心臟組織，還影響外周血中的免疫細胞分布。另外，基因集富集分析（GSEA）結(jié)果顯示，無論是心臟還是外周血中的免疫細胞，都顯著上調(diào)了與抗原呈遞、干擾素信號、細胞粘附及病毒性心肌炎相關的通路。這一發(fā)現(xiàn)進一步支持了irMyocarditis是一種由多種免疫細胞相互作用引發(fā)的全身性炎癥疾病的觀點。研究還發(fā)現(xiàn)，外周血中MNP的比例與心肌損傷標志物-血清肌鈣蛋白T（troponin?T）水平呈正相關。這一結(jié)果提示MNP可能是反映irMyocarditis疾病嚴重性的潛在生物標志物。（圖1）

圖1.  irMyocarditis患者心臟和外周血中多種細胞的富集
（圖片來源于《Nature》雜志）

02 | irMyocarditis患者心臟組織中T細胞的表型特征

為了確定irMyocarditis患者心臟組織中T細胞的表型特征，9,134個T/NK細胞被細分為六個亞群。在irMyocarditis患者的心臟組織中，CCL5hi NKG7hi h-CD8 T細胞和h-CD4 T細胞的豐度顯著增加，Cycling h-CD8 T細胞和CD27hi LAG3hi h-CD8 T細胞也表現(xiàn)出豐度增加的趨勢。另外研究發(fā)現(xiàn)，cycling h-CD8 T細胞的豐度與血清troponin?T水平之間存在相關性，這可能為評估irMyocarditis的病情提供了一定的依據(jù)?；蚣患治霭l(fā)現(xiàn)心臟組織中的T細胞顯著上調(diào)了與抗原呈遞、免疫受體信號、TCR信號傳導、干擾素刺激/響應、細胞黏附以及DNA復制等相關的基因。這一發(fā)現(xiàn)進一步支持了T細胞在驅(qū)動irMyocarditis的致病性作用。為了識別與irMyocarditis發(fā)病機制相關的基因，研究團隊利用血清troponin?T進行了基因表達建模，發(fā)現(xiàn)與troponin?T最相關的基因表達變化主要集中在T/NK譜系，包括與細胞周期（MKI67和TOP2A）、抗原呈遞（HLA-DRA和HLA-DRB1）以及激活和衰竭（LAG3）相關的基因。（圖2）

圖2.  irMyocarditis患者心臟組織中T細胞的表型特征
（圖片來源于《Nature》雜志）

03 | irMyocarditis患者心臟組織中cDCs的富集及其疾病嚴重程度的關聯(lián)

研究團隊通過對9,824個MNP和樹突狀細胞（DCs）進行亞群分類，得到了五個不同的MNP亞群以及cDCs和pDCs。在這些亞群中，只有cDCs的豐度與血清troponin?T水平顯著相關。通過RNA原位雜交和免疫熒光等實驗技術，研究團隊驗證了cDCs在irMyocarditis心臟中的顯著富集。這種富集不僅體現(xiàn)在心臟整體水平上，更在炎癥區(qū)域表現(xiàn)得尤為突出。進一步的分析顯示，cDCs與h-CD8 T細胞在空間上的距離顯著縮短。這一表現(xiàn)表明cDCs可能與h-CD8 T細胞存在緊密的相互作用，共同參與了irMyocarditis的病理生理過程。（圖3）

圖3. irMyocarditis患者心臟組織中cDCs的富集及其疾病嚴重程度的關聯(lián)
（圖片來源于《Nature》雜志）

04 | irMyocarditis患者心臟組織中成纖維細胞的富集

為了研究成纖維細胞如何與炎癥免疫細胞協(xié)作來推動疾病的進展。6,701個成纖維細胞譜系細胞細分為多個亞群，其中，CXCL9hiHLA-DRAhi fibroblasts在irMyocarditis患者心臟組織中顯著富集，表達促炎趨化因子（CXCL9、 CXCL10、 CXCL11、CXCL16、CCL5和CCL19）。炎癥成纖維細胞還上調(diào)表達多種與炎癥相關的基因，包括抗原呈遞相關的基因（如HLA-DRA和PSMB9）、細胞因子信號通路基因（如CXCL9和MDK）以及干擾素刺激基因（如GBP1和GBP4）。這些基因的表達變化不僅揭示了炎癥成纖維細胞的活化狀態(tài)，還暗示了它們在免疫應答和炎癥調(diào)節(jié)中的潛在作用。特別是，它們可能通過分泌炎性細胞因子和趨化因子來招募和激活免疫細胞，從而加劇局部的炎癥反應。原位雜交免疫熒光實驗進一步驗證了同時表達成纖維細胞標志物（如COL1A1和COL1A2）和炎性細胞因子（如CXCL9、CXCL10和CXCL11）的細胞的存在。這些細胞在空間位置上靠近h-CD8 T細胞和cDCs細胞，這表明它們之間可能存在緊密的相互作用。這種相互作用可能促進了免疫細胞的招募和激活，從而加劇了irMyocarditis的局部炎癥反應。值得注意的是，這些炎癥成纖維細胞僅在活動性irMyocarditis病例中檢測到，而在愈合階段的病例中未發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)進一步強調(diào)了炎癥成纖維細胞在irMyocarditis疾病進展中的特異性作用。（圖4）

圖4.  irMyocarditis患者心臟組織中成纖維細胞的富集
（圖片來源于《Nature》雜志）

05 | irMyocarditis的病理生理機制圖

最后，研究團隊總結(jié)了irMyocarditis的病理生理機制圖（圖5）：Cycling h-CD8 T細胞和抗原呈遞細胞（如cDCs）在心臟間質(zhì)中被招募并滯留。這一過程中，成纖維細胞等間質(zhì)細胞通過分泌炎性細胞因子和趨化因子，如CXCL9等，參與了免疫細胞的招募和滯留。這些免疫細胞在心臟中的積累導致了炎癥的擴散和心肌細胞的損傷，從而引發(fā)了irMyocarditis的臨床癥狀。

圖5.  irMyocarditis的病理生理機制圖
（圖片來源于《Nature》雜志）

這項研究不僅深化了我們對irMyocarditis病理生理機制的理解，還為免疫治療的安全性和有效性提供了新的視角。未來，研究團隊可以進一步探索這些生物學標志物和治療靶點的臨床應用價值，以及如何通過多學科合作來優(yōu)化irMyocarditis的診斷和治療策略。

云克隆開發(fā)了與該研究相關的靶標產(chǎn)品，部分指標節(jié)選如下：