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福兮祸之所伏,EBV感染记忆性T细胞介导的免疫治疗相关脑炎,一个30分的病例研究

我们的免疫系统天生会“记仇”,为了应对数百万年进化的需要,固有免疫系统进化出一套“hard-wired”的免疫记忆,能够阻击进化进程中从远古到现在的各种“病原体入侵”。同时,适应性免疫系统发展处一套可调节的适应性的免疫记忆机制,能够让记忆性B细胞、T细胞对特异性的病原入侵产生记忆,在受到第二次攻击时,迅速发起更强大的攻击和抵抗。

当naive T细胞遭遇病原增值活化后,能够被“放行”到受累的组织周围进行正面交锋,这些T细胞就是我们所知道的效应T细胞,“战斗”结束后,90%的效应T细胞会发生自噬凋亡,但它们其中的一小部分会成为“驻地部队” 组织常驻记忆T细胞,蛰伏在他们首次遭遇入侵的组织附近为下一次战斗时刻准备着。。。。。。

2019年7月发表的该研究报告了一例致转移性黑色素瘤患者在接受Pembrolizumab治疗期间出现脑炎的致命病例(Douglas B. Johnson,et al.A case report of clonal EBV-like memory CD4+T cell activation in fatal checkpoint inhibitor-induced encephalitis. Nature Medicine(2019)) 。尸检分析检测到脑实质中炎症部位大量的PD-L1表达T细胞浸润。来自范德堡大学医学中心的研究者还在在全球药物警戒数据库(多种癌症类型)中确定了与检查点抑制剂方案相关的脑炎报告的209例病例,死亡率为19%。对该病例和另外两例病例进行了进一步的分析,以揭示这种复发性和暴发性irAE的分子病理机制。空间和多元分析确定激活的记忆CD4 + T细胞在脑组织炎症区域高度富集。该研究鉴定了一种高度寡克隆的T细胞受体库,我们将其定位于活化的记忆细胞毒性(CD45RO + GZMB + Ki67 +)CD4细胞。研究者还在受影响的区域中鉴定了Epstein-Barr病毒特异性T细胞受体和EBV +淋巴细胞,我们推测这些EBV病毒特异性记忆性T细胞介导了该病例的爆发性致死性闹要。总的来说,这里研究的三个案例将CD4 +和CD8 + T细胞识别为检查点抑制剂相关免疫脑炎的罪魁祸首。

Fig. 1 | Clinical course of anti-PD-1-induced encephalitis and histologic findings at autopsy.

病史:70岁,男性,黑色素瘤,既往治疗史包括 ipilimumab,脑转移切除和放疗,BRAF和MEK抑制剂治疗,复发后接受pembrolizumab治疗18个月接近CR且无明显的AE。因为突发的呕吐,发热,意识模糊和失语症进行性加重2天入院。脑MRI提示与炎症性或单纯疱疹病毒(HSV)脑炎表现相一致的基底节和右侧颞叶的局限扩散和增强;Epstein-Barr病毒(EBV)聚合酶链反应呈阳性,病毒载量为1200份ml-1,并持续在血液和脑脊液中检测到,HSV 检测呈阴性。神级系统症状持续恶化,MRI提示两侧颞叶炎症加重,予1mg /kg Bid *5天住院治疗后症状缓解,2周后进行激素减量时神经系统症状恶化,脑脊液检查提示淋巴细胞增多(8%中心粒细胞,91%淋巴细胞),激素和静脉免疫调节剂治疗无效, 神经精神症状和肌力恶化。在起病42天后死亡。

 为评估免疫治疗相关性脑炎的发生率,该研究查询了VigiBase(药物安全警戒数据库),发现209例有记录的脑炎,死亡率为19%。与其他类型的irAE不同的是,PD-1单药和PD-1/CTLA-4联合方案导致的脑炎死亡率相当。

 通过追溯在4个大型医疗机构接受免疫检查点抑制剂治疗的2501名患者的医疗记录,发现22例经报道的脑膜炎。最常见的症状是思维混乱(50%),其次是头痛(36%)、癫痫(23%)和发烧(18%)。颞叶或枕叶增强是最常见的影像学表现(22%,n=5)。大多数患者完全康复(68%),其中5例(22%)有持续性神经症状,2例(9%)死亡;平均住院时间为6.5天 (范围2−120)

对该病例进行尸检,未在中枢神经系统中找到黑色素瘤(转移瘤)的征象,对浸润T细胞的TCR进行测序,也未发现任何已知的黑色素瘤特异性TCRs MelanA/MART-1-specific HLAA*02:01-restricted T cell receptors

1.1 双侧颞叶及纹状体炎症表现剧烈,多发脑梗死伴坏死,偶见出血,周围有胶质增生及大量巨噬细胞;血管炎症延伸到灰质,比例相当的CD4+T细胞和CD8+T细胞并存, 在既往影像学未提示炎症反应的脑组织中的活检标本则未发现类似的现象。

1.2 PD-L1染色发现巨噬细胞广泛表达PD-L1,而其他病原导致的脑炎中,而未发现类似的PD-L1表达。这可能是能对了对抗淋巴细胞引起的炎症反应对脑组织的损伤,机体做出的反射性保护机制。

1.3 在这例脑炎患者脑组织中发现的免疫细胞的浸润和表达“耗竭性”标志物的现象与此前NEJM报道过的两例暴发性心肌炎病例报道的情况似有雷同。

Fig. 2 | Digital spatial profiling of immune-related protein markers across inflamed and non-inflamed neural tissue.  

1.1 利用福尔马林固定活检标本进行ROIs(Nanostring-数字空间剖面分析),发现炎症部分对比未受累组织显示出更多的活性T细胞浸润, 在受累组织中多项T细胞表面抗原标志物高表达( CD4, CD8, CD3, Ki67, PD-L1, GZMB and CD45RO)少量的B细胞抗原表达(CD19,CD20)

1.2 将此项检测扩展到与该病例的正常组织做对照(正常颞叶组织)和3例确诊非免疫检查点抑制剂相关性脑炎的组织做对照。同样能够观察到T细胞的浸润增加(CD3/4/8), 但仅在该病例中发现代表激活的免疫细胞表型的标志物呈优势激活 Ki67HI CD45ROHI GZMBHI。

1.3 由此推论  Ki67HI CD45ROHI GZMBHI    免疫记忆性T细胞很有可能在这个脑炎病变进程中扮演着重要角色

 对炎症组织与非炎症组织进行 RNA -seq

CD4 naive T细胞向 CD4记忆性活化的T细胞转化;

M0向 M1/M2巨噬细胞表型转化;炎症区域INF-γ基因表达上调

Fig. 3 | TCR sequencing identification of oligoclonal CD4+ cytotoxic T cells in inflamed encephalitic tissue

为了量化这些浸润T细胞的克隆性,我们使用immunoSEQ和ArcherDX平台对以下标本的 TCRβ CDR3进行测序:  (1)大脑区域的炎症组织和未受累区域,(2)之前肿瘤邻近区域的淋巴结切除标本、肠系膜和大脑转移灶标本, (3)复发的疤痕和脾脏。炎症区域组织检测到更高的T细胞比例(71%的有核细胞,图3a)和高水平的T细胞克隆性(0.369,图3b,c)。值得注意的是,19.6%的浸润T细胞可检测到单克隆TCR序列(CDR3上氨基酸CASSFPSGSYEQYF,图3 d),和另外两个高频克隆组成分别在5.98%和5.91%的浸润T细胞中检测到。作为比较,此前报道的两例心肌炎患者心肌中最常见的克隆浸润约为9%(本例为脑炎,克隆浸润率为19.6%)。在脾脏和复发性瘢痕中分别检测到这个显性克隆,分别为1.08%和6.44%

对该病例进行了六位HLA分型分析,以利用现有的TCR抗原特异性(TCR-antigen specificity)数据库,对检测出的TCR克隆进行谱系背景理解。生物信息学分析(见方法)揭示:

在炎症脑组织中发现的TCR克隆主要为识别病毒蛋白质的TCR而非自身免疫性相关  (2)对公开可用数据库的进一步查询,这一TCR克隆序列与已知的EBV特异性TCR具有相同的TCRCDR3β序列。

 鉴于这些数据结果一致表明CD4记忆激活的T细胞在脑炎炎症组织区域占优势,我们进行了双RNA原位分析(使用特异性寡克隆序列的RNA探针)和免疫组织化学(IHC)来定位这些特殊的细胞表型 。该分析令人惊讶地定位了CASSFPSGSYEQYF +细胞-CD4 + T细胞(图3h)。此外,这些CD4 +细胞也是GZMB +(40%),CD45RO +(55%)和Ki67 +(10-15%)(图3i-k)。因此,通过TCRβ测序检测的寡克隆细胞很可能与通过数字空间分析和CIBERSORT确定的细胞是是相同的细胞,一起证实CD4记忆激活的T细胞是导致该病例免疫相关性脑炎的罪魁祸首。

 鉴于在脑脊液中检测出EBV-PCR阳性以及 在脑炎组织中鉴定出EBV特异性TCRβ序列,该研究进行了针对EBER1/2RNA表达的诊断性RNA原位杂交染色(RNA-ISH), 在皮质和脑膜中找到极少量但是可复制的EBV感染的细胞,并且在pembrolizumab治疗之前的淋巴活检组织中找到EBER+细胞,提示该病例的脑炎并非由急性EBV感染引起。

 该研究报告PD-1抑制剂治疗导致爆发脑炎而致命病例的临床和分子特征。分析受影响的脑组织 发现克隆性激活记忆性CD4 +T细胞,PD-L1表达和并发EBV感染的证据。据我们所知,这是第一个对免疫治疗引起的神经毒性进行详细分子机制阐述的报道,并提示了既往病毒感染(EBV感染)和irAE之间的相关性。

停下来,看看身边的case,做一项有深度的研究呢?immune power,不止 ORR

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