Despite CD39 expression on tumor-infiltrating $CD8^+$ T cells have been mostly highlighted as a marker for exhausted cells or tumor antigen-reactive cells, CD39 is known to play a role in immuno-suppressive functions via degradation of ATP and ADP and generation of adenosine in $CD4^+CD25^+FoxP3^+$ regulatory T cells. In this regard, I aimed to investigate whether CD39 expression of $CD8^+$ T cells can mediate immune suppression in tumor microenvironment, using tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) obtained from human clear cell renal cell carcinoma (ccRCC), in which highest expression of adenosine signaling molecules among various types of cancer have been reported. High expression of CD39 in tumor microenvironment of ccRCC was driven by $CD8^+$ T cells and enrichment of $CD39^+CD8^+$ TILs was observed in ccRCC compared to other types of cancer or other RCC subtypes. Among tumor antigen-specific $CD8^+$ T cells, $CD39^+CD8^+$ TILs exhibited terminally-exhausted features and showed an enzymatic activity of ATP dephosphorylation. In co-culture assays, $CD39^+CD8^+$ TILs suppressed cytokine production from $CD39^-CD8^+$ TILs and cytokine production was restored by the inhibition of CD39 or adenosine receptor, indicating that a CD39-mediated adenosine generation is an immunosuppressive mechanism of $CD39^+CD8^+$ TILs. Enrichment of $CD39^+CD8^+$ TILs or high expression of CD39 on $CD8^+$ TILs in tumor samples, which were quantified using immunohistochemical (IHC) analysis, predicted poor cancer-specific survival in ccRCC patients. However, paradoxically, enrichment of $CD39^+CD8^+$ TILs was associated with a favorable response to anti-PD-1 treatment. In ex vivo T cell restoration assay, inhibition of adenosine pathway using CD39 inhibitor or adenosine receptor inhibitor further enhanced the anti-PD-1-induced reinvigoration of $CD8^+$ TILs including proliferation and cytokine production. Collectively, in ccRCC patients with $CD39^+CD8^+$ enriched-tumors, which are expected to have unfavorable nature course, anti-PD-1 treatment should be actively considered and the modulation of adenosine pathway could be an effective combinatorial strategy of anti-PD-1 treatment.
$CD8^+$ T세포에서 CD39의 발현은 최근 종양환경에 존재하는 $CD8^+$ T세포의 이질성을 구별하는 마커로써 주목받아 왔다. 뿐만 아니라 CD39는 ecto-nucleotidase로써 기능을 갖고 있고 주로 Regulatory $Foxp3^+CD4^+$ T세포에 발현하여 해당 세포의 면역억제기능의 기전으로 알려져 있으나 현재까지는 $CD8^+$ T세포가 발현하는 CD39의 기능에 대한 연구는 없었다. 본 논문에서는 신장암 환자의 암 조직, 암 주변 정상 신장 조직, 말초혈액에서 분리한 림프구를 이용하여 실험을 진행하였다. 다른 암종들과 비교하여 $CD39^+CD8^+$ T세포가 신세포암종 중에서도 투명세포형에서 특이적으로 높은 빈도로 종양조직에 존재하였다. $CD39^+CD8^+$ T세포는 종양에 대한 특이성을 보였고, 종양 특이적인 $CD8^+$ T세포 중에서도 최종적으로 탈진한 세포의 양상을 보였다. $CD8^+$ T세포에 발현하는 CD39는 enzymatic activity를 갖고 있어, ATP를 hydrolysis 하는 기능을 보였고 adenosine을 생성하는데 기여하였다. 이러한 $CD39^+CD8^+$ T세포는 co-culture assay에서 면역억제기능을 갖고 있음이 확인되었고, 면역조직염색에서 종양에 빈도가 높게 존재할 수록 해당 환자들의 장기간 예후가 좋지 않음을 보임으로써 생체내에서도 유의미한 항종양면역억제 기능을 하는 것이 확인되었다. 반면에 anti-PD-1 treatment에 있어서는 빈도가 높을수록 반응성이 좋음을 보여 바이오마커로써의 가능성을 보였고 역설적인 해당 기전에 대한 후속 연구의 필요성을 시사하였다. 또한 Ex vivo 실험에서 adenosine receptor을 억제하는 treatment를 anti-PD-1 treatment와 병용하였을 때 $CD8^+$ T세포의 싸이토카인 분비기능이 향상됨을 보임으로써 신장암에서 adenosine signaling을 억제하는 것이 anti-PD-1 treatment의 효과를 높일 수 있는 병용치료전략으로써의 가능성이 있음을 확인하였다.
