標(biāo)題：Single-Cell?Analyses?Identify?Brain?Mural?Cells?Expressing?CD19?as?Potential?Off-Tumor?Targets?for?CAR-T?Immunotherapies

期刊：?Cell

影響因子：36.13

導(dǎo)讀

CD19 導(dǎo)向的免疫療法在臨床上對(duì)治療 B 細(xì)胞惡性腫瘤有效，但也會(huì)引起高發(fā)生率的神經(jīng)毒性。使用嵌合抗原受體（CAR)?T 細(xì)胞或雙特異性 T 細(xì)胞受體（BiTE) 抗體治療的患者部分伴有嚴(yán)重的神經(jīng)毒性，包括與 T 細(xì)胞滲入大腦致命的腦水腫。在這里，作者報(bào)道了包圍內(nèi)皮細(xì)胞的壁細(xì)胞表達(dá) CD19，它對(duì)血腦屏障的完整性至關(guān)重要。作者利用單細(xì)胞 RNA-seq 數(shù)據(jù)鑒定了 CD19 在腦壁細(xì)胞中的表達(dá)，并在蛋白水平上得到了證實(shí)。隨著壁細(xì)胞譜系的出現(xiàn)，大腦中 CD19 的表達(dá)在發(fā)育早期就開始了，并貫穿整個(gè)成年期的大腦區(qū)域。小鼠壁細(xì)胞顯示 CD19 表達(dá)水平較低，提示臨床前神經(jīng)毒性動(dòng)物模型存在局限性。本研究揭示 CD19 靶向治療中神經(jīng)毒性的機(jī)制，并突出了人類單細(xì)胞圖譜在設(shè)計(jì)免疫療法中的應(yīng)用。

科學(xué)問題

CD19 靶向治療中神經(jīng)毒性的機(jī)制？

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2364 人前額葉皮層細(xì)胞的 scRNA-seq 數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)思路

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

單細(xì)胞 RNA 測(cè)序數(shù)據(jù)鑒定表達(dá) CD19 的壁細(xì)胞

作者首先分析了 2364 人前額葉皮層細(xì)胞的 scRNA-seq 數(shù)據(jù)（Zhong 等人，2018 年），圖 1A)。作者將細(xì)胞聚集在一起，并確定了廣泛的群體，隨后重點(diǎn)分析了非神經(jīng)元、非紅細(xì)胞細(xì)胞。這些細(xì)胞進(jìn)一步分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞前體、內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞（圖 1B、1C 和 S1A)。根據(jù)表達(dá)標(biāo)記基因?qū)@些群體進(jìn)行了鑒定；壁細(xì)胞特異表達(dá)預(yù)期的標(biāo)記基因，如 PDGFRB、FOXF2、RGS5 和 CD248，而內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)一組獨(dú)特的標(biāo)記基因，包括 CDH5 和 PECAM1?(CD31; 圖 1 ?d)。另外，發(fā)現(xiàn)一小群表達(dá) CD19 的壁細(xì)胞（共同表達(dá) CD248）。

▲圖 1

兩個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)集對(duì)壁細(xì)胞 CD19 表達(dá)的確認(rèn)

接下來，作者試圖在額外的獨(dú)立 scRNA-seq 數(shù)據(jù)集中重現(xiàn)這一觀察結(jié)果。在來自人類前腦的數(shù)據(jù)集（La?Manno?et?al.，2018) 中，標(biāo)記 CD248 和 RGS5 陽性的壁細(xì)胞群（48/7906 細(xì)胞）也顯示 CD19 表達(dá)（12/48 細(xì)胞有可測(cè)量的 CD19)，B 細(xì)胞標(biāo)記 CD79A 缺失（圖 2A)。在來自人類前腦腹側(cè)（La?Manno?et?al.，2016) 的第三個(gè)數(shù)據(jù)集中，作者再次觀察到 CD248 陽性壁細(xì)胞群體中 CD19 的表達(dá)（195 個(gè)壁細(xì)胞 /1977 細(xì)胞，其中 25/195 有可測(cè)量的 CD19; 圖 2 ?b).

▲圖 2

人腦 CD19 的免疫組化

為了評(píng)估人類壁細(xì)胞中 CD19 蛋白的表達(dá)，作者使用臨床驗(yàn)證的抗人 CD19 抗體（克隆 BT51E) 對(duì)健康死亡受試者的樣本進(jìn)行了人類大腦幾個(gè)區(qū)域的免疫組化。研究發(fā)現(xiàn) CD19+ 壁細(xì)胞的頻率可能存在異質(zhì)性，這可以解釋臨床觀察到的神經(jīng)毒性在患者之間的嚴(yán)重程度差異（圖 3）。

▲圖 3

周細(xì)胞和 vSMCs 分析顯示 CD19 在壁細(xì)胞中表達(dá)。

通過分析周細(xì)胞和 vSMCs 的轉(zhuǎn)錄組，分析顯示，CD19 高度表達(dá)的神經(jīng)與血管的 meta-cell 集群，符合作者之前的結(jié)果（圖 4 ?c?D)。作者能夠清楚地區(qū)分未分化的祖細(xì)胞和分化的壁細(xì)胞，這表明一旦壁細(xì)胞出現(xiàn)，它們就會(huì)表達(dá) CD19(圖 4E?F)。

▲圖 4

CD19 在周細(xì)胞和 vSMCs 中都有表達(dá)

作者使用來自 BICCN 數(shù)據(jù)集的細(xì)胞重復(fù)了這個(gè)分析，對(duì)非神經(jīng)元亞群（壁細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞）進(jìn)行重新分析和聚類，以區(qū)分 NVU 細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄差異（圖 5A?B)。作者觀察到這些細(xì)胞顯示出強(qiáng)富集的周細(xì)胞標(biāo)志物，如 ABCC9 和 KCNJ8，不富集 ACTA2 或其他 vSMC 標(biāo)記基因，表明它們代表真實(shí)的周細(xì)胞（圖 5C)。另外發(fā)現(xiàn) CD19 也在 vSMC 群體中表達(dá)。這表明 CD19 的表達(dá)并非周細(xì)胞所特有，而是人類大腦壁細(xì)胞的共同特征，與 IHC 觀察到的染色模式一致（圖 3)。

▲圖 5

CAR- T 細(xì)胞識(shí)別的 CD19 亞型在成人人腦中表達(dá)

為了探究周細(xì)胞中的 CD19 表達(dá)是否也存在于成人樣本中，作者使用了 Allen?Institute?Brainspan?Project 生成的橫跨人類年齡和大腦區(qū)域的 ?RNA 測(cè)序數(shù)據(jù)。作者首先確認(rèn)了 CD19 在產(chǎn)前和產(chǎn)后樣本中表達(dá)水平相似，并且在不同腦區(qū)樣本中也有表達(dá)（圖 6A)。分析發(fā)現(xiàn) CD19 在成人大腦中的表達(dá)主要是壁細(xì)胞豐度的結(jié)果，而不是 B 細(xì)胞豐度的結(jié)果。

▲圖 6

人腦 CD19 的壁細(xì)胞特異性表達(dá)

研究對(duì)腦周細(xì)胞、肺周細(xì)胞和 vSMCs 進(jìn)行了對(duì)比分析，作者發(fā)現(xiàn)了大腦和肺周細(xì)胞之間的許多轉(zhuǎn)錄差異（圖 7A,?S7A)。值得注意的是，CD19 在大腦中特異表達(dá)。作者探索了定位于細(xì)胞膜或細(xì)胞表面的基因是否在相對(duì)于肺周細(xì)胞和 B 細(xì)胞的 NVU 中有差異表達(dá)，并可用于提高 CD19?CAR- T 的安全性（圖 7B?C)。

▲圖 7

參考文獻(xiàn)：

Parker?Kevin?R,Migliorini?Denis,Perkey?Eric?et?al.?Single-Cell?Analyses?Identify?Brain?Mural?Cells?Expressing?CD19?as?Potential?Off-Tumor?Targets?for?CAR-T?Immunotherapies.[J]?.Cell,?2020,?183:?126-142.e17.