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OMIP-105:30色光谱方案,全面分析小鼠脾脏和肿瘤中免疫细胞变化

PD1 肿瘤 OMIP-1

 

01


研究背景



正常情况下,处于静息状态下的T细胞受到调控后会快速激活并大量增殖分化,小部分转换为记忆T细胞,其他T细胞会由于细胞因子和免疫检查点的存在而发生细胞凋亡或被抑制[1]。免疫疗法通过诱导肿瘤患者体内先前被抑制的T细胞重新活化并产生免疫反应以增强治疗效果,从而在患者体内产生持久的抗肿瘤反应。常用的几款免疫疗法药物有ipilimumab(抗CTLA-4抗体)、nivolumab(抗PD-1抗体)和relatlimab(抗LAG-3抗体)。但免疫疗法在许多病例中并没有取得预期的效果,有些甚至会产生耐药性。研究耐药机制,并寻找可以提高反应率的新型疗法的和组合策略迫在眉睫。

经抗原激活后的T细胞变化 [1]

在下一代免疫疗法的研发过程中,引入人类同源基因突变的小鼠肿瘤模型能够更好地模拟人类疾病,科学家通常使用同源小鼠肿瘤模型来证明药物疗效,即将永生化的小鼠癌细胞系移植到具有相同遗传背景和免疫健全系统的近交系小鼠体内。通过流式细胞术检测来自不同组织样本单细胞悬液,以表征免疫细胞图谱和药物药代动力学特征,获得的数据有助于了解药物的作用机制、药物在体内的代谢过程、与其他药物的联合策略以及给药策略。在本文中,作者使用 BD FACSymphony A5 SE 开发了一个 30 色光谱流式细胞术方案。这种分析方案能够精准地对小鼠肿瘤和脾脏中的免疫细胞进行全面表征,适用于深入研究不同疗法调节免疫系统的机制[2]



02


实验方案




研究对象:


鼠源脾脏和肿瘤单细胞悬液

研究目的:


对小鼠免疫细胞:T、B、NK细胞,中性粒细胞,单核细胞,树突状细胞和巨噬细胞进行高纬度深层解析

仪器配置:


BD FACSymphony A5 SE

实验检测指标和试剂选择:


除了BD FACSymphony A5 SE光谱设备支持30色方案外,其中最为显著的是碧迪引领的第一代和第二代染料革新:SirigenReal

BD Horizon Brilliant™ (Sirigen™)


BD Horizon RealBlue™ 和RealYellow™



03


结果分析



圈门总思路:


分析步骤详解如下:

第一步:将同源肿瘤异体移植MC-38结肠癌小鼠的脾脏和肿瘤解离消化,作者对单细胞悬液进行了精细的染色处理。在这套流式分析策略中,作者首先圈出所有CD45+免疫细胞,通过Live/Dead Blue染料、FSC(前向散射光)及SSC(侧向散射光)等多维度参数,剔除了死细胞及非单细胞事件的干扰。联合使用CD11b和NK1.1分别圈出CD11b+髓系细胞,NK1.1+NK细胞,和CD11b-NK1.1-双阴性细胞。

第二步:CD11b+髓系细胞中包含在肿瘤微环境中具有重要作用的CD11b+ F4/80+的肿瘤浸润巨噬细胞(TAM:tumor-associated macrophages)和经典的CD11b+F4/80-MHC-II+CD11c+树突状细胞(cDCs)。CD11b+F4/80-MHC-II-的细胞则可进一步细分为Ly6G-Ly6Chi单核细胞(在某些情境下亦称单核性髓源抑制性细胞,M-MDSCs)和Ly6G+Ly6Cmed中性粒细胞(亦称粒系髓源抑制性细胞,G-MDSCs)。

第三步:从第一步筛选出的CD11b-NK1.1-免疫细胞中,可以清晰地将其区分为两大类:MHC-II+CD19+的B细胞,以及CD19-的非B细胞。进一步地,B细胞根据CD45R/B220的表达水平,被细化为CD45R/B220表达较低的B1细胞和CD45R/B220表达较高的B2细胞。

第四步: 联合使用CD3和CD11c,CD19-的非B细胞群可以大体上分成CD3-CD11c+树突状细胞和CD3+CD11c+/-T细胞。树突状细胞又能够被圈出PDCA-1+CD45R/B220+浆细胞样树突状细胞(pDCs:plasmacytoid dendritic cells)和CD11c+MHC-II+CD11b-经典树突状细胞(cDCs:conventional dendritic cells)。后者在T细胞激活和调控中占据重要地位。

第五步:基于TCRβ表达水平的差异,CD3+CD11c+/-T细胞群体可细分为TCRβ+T细胞与TCRβ-T细胞(即TCRγδ+T细胞)。在TCRβ+T细胞内,进一步包含两大功能迥异的亚群:CD8+细胞毒性T细胞,和 CD4+辅助性T细胞。尤为值得注意的是,CD4+T细胞中存在一个关键亚群——以CD25+Foxp3+为标志的调节性T细胞(Tregs),它们在维持免疫稳态、防止自身免疫反应中发挥着不可替代的调控作用。

第六步:通过引入颗粒酶B、Ki67、PD-1/PD-L1、Lag3、Tim-3及CTLA-4等标记物,能够更为精细地刻画T细胞的分化阶段与免疫功能特性。结果揭示,相较于脾脏环境,肿瘤微环境中CD8+T细胞群体中PD-1与Lag3双阳性细胞的比例显著上升,暗示肿瘤浸润的T细胞更倾向于呈现耗竭状态,即其功能受到显著抑制。另一方面,肿瘤微环境内的CD11b-cDCs(经典树突状细胞)与单核细胞显著上调了PD-L1的表达,这一现象反映了它们在调节抗肿瘤免疫反应中扮演了更为积极的角色,通过增强免疫抑制效应来调控局部免疫应答。




04


总结



本文介绍了一套可用于解析小鼠肿瘤微环境及淋巴组织中免疫细胞全貌的30色流式细胞术分析策略,以MC-38结肠癌模型小鼠组织为实例,展示了该方案如何通过不同标记物与荧光染料的组合,实现对多种T细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)、B细胞及髓系细胞亚群数量与功能状态的精准量化与特征描绘。此流式分析策略不仅适用于常规研究,更展现出其在处理免疫细胞浸润稀疏的临床样本时的独特优势,适用于评估和预测不同免疫疗法对机体免疫系统复杂影响,为开发更为高效、精准的免疫治疗方案提供实验工具。



文献引用:

[1] Waldman A D, Fritz J M, Lenardo M J. (2020). A guide to cancer immunotherapy: from T cell basic science to clinical practice. Nat Rev Immunol. 20(11):651-668.

[2] OMIP-105: A 30-color full-spectrum flow cytometry panel to characterize the immune cell landscape in spleen and tumor within a syngeneic MC-38 murine colon carcinoma model


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