Journal of Experimental & Clinical Cancer Research : CR
低剂量放疗联合抗PD-1通过肿瘤元程序演化和免疫细胞重编程促进头颈部鳞状细胞癌消退

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该研究通过单细胞多组学分析揭示了低剂量放疗与抗PD-1协同抑制头颈部鳞状细胞癌的机制，发现其可重塑肿瘤微环境、促进效应T细胞克隆扩增并抑制免疫抑制性巨噬细胞与Treg细胞互作，为联合免疫治疗提供了新视角。

 

文献概述

本文《低剂量放疗联合抗PD-1通过肿瘤元程序演化和免疫细胞重编程促进头颈部鳞状细胞癌消退》，发表于《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research : CR》杂志，回顾并总结了低剂量放疗（LDRT）与抗PD-1（αPD-1）联合治疗在头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）中的协同抗肿瘤机制。研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）、单细胞TCR测序（scTCR-seq）、空间转录组和多重免疫荧光等多组学技术，系统解析了联合治疗对肿瘤细胞状态演化和免疫微环境重塑的影响。研究发现，LDRT与αPD-1协同促进肿瘤消退，诱导肿瘤细胞从增殖状态向应激与干扰素响应状态转变，同时增强肿瘤反应性CD8⁺ T细胞的克onal扩ansion，抑制CD4⁺ Treg-Ctla4细胞的积累，并揭示Macro-Isg15巨噬细胞与Treg细胞间的CXCL14–CXCR4趋化因子轴在单药治疗中富集而在联合治疗中减弱。该研究为克服HNSCC免疫治疗耐药提供了机制解释，并支持LDRT作为增强免疫应答的有效策略。文章最终提出了一种整合性机制模型，强调LDRT通过重编程肿瘤细胞状态和调控免疫细胞动态，增强αPD-1疗效。

背景知识

头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）是全球第六大常见恶性肿瘤，尽管免疫检查点抑制剂如抗PD-1抗体已在复发或转移性HNSCC中确立一线治疗地位，但总体响应率仅约15%，多数患者存在原发或获得性耐药。耐药机制主要与免疫抑制性肿瘤微环境（TME）相关，包括肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、调节性T细胞（Tregs）的富集，以及T细胞耗竭、效应T细胞浸润不足等。此外，肿瘤细胞可通过下调HLA表达、分泌免疫抑制因子等方式逃避免疫监视。因此，如何逆转免疫抑制性TME成为提升免疫治疗疗效的关键。低剂量放疗（LDRT，通常为0.5–2 Gy/次）近年来被发现具有免疫调节功能，不同于传统放疗的直接杀伤作用，LDRT可促进M1型巨噬细胞极化、增强抗原呈递、促进T细胞浸润，并可能逆转免疫沙漠表型。已有临床II期研究（如NeoRTPC02）显示，术前LDRT联合化疗免疫治疗可显著提高可切除HNSCC的病理完全缓解率（达60.9%），但其深层生物学机制尚不明确。本研究正是在此背景下，利用HNSCC小鼠模型结合单细胞多组学技术，系统解析LDRT联合αPD-1如何重塑TME，旨在揭示其协同作用机制，为临床转化提供理论依据。

 

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研究方法与实验

研究采用HNSCC小鼠模型（SCC7和MOC1），将小鼠随机分为四组：IgG对照、LDRT（1 Gy × 3次）、αPD-1（10 mg/kg × 3次）及联合治疗组。通过测量肿瘤体积评估治疗效果。采集肿瘤组织进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞TCR测序（scTCR-seq），结合空间转录组和多重免疫荧光进行验证。使用CopyKat分析肿瘤细胞拷贝数变异以区分恶性细胞；通过NMF和UCell分析定义肿瘤细胞元程序；利用Monocle3和RNA velocity分析细胞轨迹；STARTRAC分析T细胞克隆扩增、迁移和状态转换；CIBERSORTx用于TCGA数据去卷积分析；NicheNet和SCENIC分别用于配体-受体互作和基因调控网络分析。流式细胞术、ELISA和免疫荧光用于功能验证。

关键结论与观点

• LDRT联合αPD-1显著抑制HNSCC肿瘤生长，优于任一单药治疗，且耐受性良好，表现为体重稳定
• 单细胞分析显示，联合治疗重塑肿瘤微环境，增加髓系和T/NK细胞浸润，减少上皮样肿瘤细胞比例
• 肿瘤细胞呈现状态演化：从高增殖的PTC状态（C6–C7）向应激与干扰素响应的SIRTC状态（C9）转变，后者在LDRT组中显著富集
• SIRTC状态高表达Gbp2、Zbp1等干扰素刺激基因及PD-L1，且富集抗原呈递、p53信号等通路；而PTC状态富集细胞周期相关程序
• SCENIC分析表明，PTC中E2F1、MYBL2等促增殖转录因子活跃，而SIRTC中IRF9、GABPA等干扰素相关因子活跃
• LDRT可直接上调肿瘤细胞PD-L1和MHC-I表达，增强免疫原性，并诱导DNA损伤反应
• 联合治疗显著增加CD8⁺Tem、Trm和Teff细胞频率，提升IFN-γ、TNF-α、IL-12等细胞因子水平，增强效应T细胞功能
• CD4⁺Treg-Ctla4细胞在αPD-1单药组富集，而联合治疗显著降低其频率，且其克隆迁移特征强但增殖弱，提示外周来源
• scTCR-seq结合STARTRAC分析显示，CD8⁺T细胞在联合治疗中呈现高克隆扩增和低迁移，而CD4⁺Treg-Ctla4则相反
• Macro-Isg15巨噬细胞状态与CD4⁺Treg-Ctla4频率正相关，且在αPD-1单药中更显著；NicheNet揭示CXCL14–CXCR4轴可能介导该互作，在含LDRT方案中被抑制

研究意义与展望

本研究通过高分辨率单细胞多组学技术，系统解析了LDRT联合抗PD-1在HNSCC中的协同机制，不仅揭示了肿瘤细胞状态从增殖向免疫响应表型的转变，也阐明了效应T细胞与免疫抑制性Treg/巨噬细胞之间的动态平衡调控。研究首次将肿瘤细胞内在程序演化与免疫微环境重塑联系起来，提出了一种整合性机制模型，为LDRT作为免疫调节剂提供了强有力证据。

该成果为克服HNSCC免疫治疗耐药提供了新策略，支持在临床中探索LDRT联合免疫检查点抑制剂的方案。未来研究可进一步验证CXCL14–CXCR4轴是否为治疗靶点，并探索其他免疫抑制网络。此外，研究结果提示SIRTC状态可能作为潜在生物标志物预测疗效，值得在临床样本中验证。总体而言，该研究为HNSCC的联合免疫治疗提供了机制基础和转化方向。

 

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结语

本研究系统阐明了低剂量放疗（LDRT）联合抗PD-1治疗在头颈部鳞状细胞癌中的协同抗肿瘤机制。通过整合单细胞转录组、TCR测序与空间组学技术，研究发现联合治疗不仅显著抑制肿瘤生长，还驱动肿瘤细胞从高增殖状态向应激与干扰素响应状态演化，增强其抗原呈递能力。同时，联合方案促进肿瘤反应性CD8⁺ T细胞的克隆扩增与效应功能，减少免疫抑制性CD4⁺ Treg-Ctla4细胞的积累。机制上，研究揭示Macro-Isg15巨噬细胞与Treg细胞间的CXCL14–CXCR4趋化轴在抗PD-1单药中活跃，而在联合治疗中被抑制，提示LDRT可削弱免疫抑制性细胞互作。该工作建立了LDRT通过重编程肿瘤细胞状态和重塑免疫微环境以增强免疫治疗疗效的整合模型，为HNSCC的临床联合策略提供了坚实的理论依据和潜在生物标志物线索。

 

Guanjun Li, Xiangdi Yang, Linxuan Huang, Yifei Li, and Zhigang Liu. LDRT combined with anti-PD-1 promotes tumor regression in head and neck squamous cell carcinoma through tumor metaprogram evolution and immune cell reprogramming. Journal of Experimental & Clinical Cancer Research : CR.