Blockade of programmed death-1 (PD-1) reinvigorates exhausted CD8+ T cells, resulting in tumor regression in cancer patients. Recently, reinvigoration of exhausted CD8+ T cells following PD-1 blockade was shown to be CD28-dependent in mouse models. Herein, I examined the role of CD28 in anti-PD-1-induced human T-cell reinvigoration using tumor-infiltrating CD8+ T cells (CD8+ TILs) obtained from non-small cell lung cancer patients. Single cell analysis demonstrated a distinct expression pattern of CD28 between mouse and human CD8+ TILs. Furthermore, I found that human CD28+CD8+, but not CD28–CD8+ TILs, responded to PD-1 blockade irrespective of B7/CD28 blockade, indicating that CD28 co-stimulation in human CD8+ TILs is dispensable for PD-1 blockade-induced reinvigoration, but loss of CD28 expression rather serves as a marker of anti-PD-1-unresponsive CD8+ TILs. Transcriptionally and phenotypically, PD-1 blockade-unresponsive human CD28–PD-1+CD8+ TILs exhibited characteristics of terminally exhausted CD8+ T cells with low TCF1 expression. Notably, CD28–PD-1+CD8+ TILs had preserved machinery to respond to IL-15, and IL-15 treatment enhanced proliferation of CD28–PD-1+CD8+ TILs as well as CD28+PD-1+CD8+ TILs. Taken together, I demonstrate loss of CD28 expression as a marker of PD-1 blockade-unresponsive human CD8+ TILs with TCF1– signature and provide mechanistic insights into combining IL-15 with anti-PD-1.
항 PD-1 항체는 암 환자에서 탈진된 CD8 T 세포들의 기능을 회복시켜 종양의 감소를 유도한다. 최근 연구에서 항 PD-1 항체가 탈진된 CD8 T 세포의 기능을 회복시키는데 있어서 CD28 이 반드시 필요함이 동물 모델에서 보고되었다. 이에 본 연구에서는 인간에서 항 PD-1 항체에 의한 탈진 T 세포의 기능 회복에 있어 CD28의 역할을 규명하고자 하였다. 이를 위하여 비소세포성폐암 환자의 조직에서 얻은 종양 침윤 CD8 T 세포들을 분리하여 사용하였다. 단일 세포 분석결과 쥐와 인간의 종양 침윤 CD8 T 세포에서 CD28의 발현 양상이 다름을 확인하였다. 또한, 인간 종양 침윤 CD8 T 세포의 경우 CD28+CD8 T 세포만 항 PD-1 항체에 의해 기능이 회복되었지만 이는 CD28의 동반 자극과 무관함을 확인하였다. 즉, CD28의 발현은 항 PD-1 항체에 대한 CD8 T 세포의 반응성에 대한 지표로서의 역할만 있었다. 유전자 발현 분석결과 항 PD-1 항체에 반응하지 않는 종양 침윤 CD28-PD-1+CD8 T 세포는 대응되는 CD28+ 세포에 비해 탈진의 정도가 심하였고 TCF1의 발현이 현저히 낮았다. 종양 침윤 CD28-PD-1+CD8 T 세포들은 인터루킨-15에 대한 수용체의 발현이 높았으며 인터루킨-15에 대한 반응성이 유지되어 있음을 확인하였다. 인터루킨-15 치료를 하였을 경우 종양 침윤 CD28-PD-1+CD8 T 세포들의 분열이 증가함을 확인하였다. 결론적으로 CD28 발현의 소실은 항 PD-1 치료 저항성에 대한 지표이며 CD28 발현을 소실한 종양 침윤 CD8 T 세포들의 경우 TCF1 발현이 낮고 탈진의 정도가 심하지만 인터루킨-15에 의해 그 기능이 회복될 수 있음을 보였다. 본 연구는 항 PD-1 치료 저항성이 있을 경우 인터루킨-15 병합 치료가 유용할 수 있음을 시사하는 결과이다.
