Glioblastoma(GBM) is the most common and aggressive primary malignant brain tumor and has a poor prognosis. Recently, Immune checkpoint inhibitors (ICIs) are used for the treatment of various cancers, but clinical trials of anti-PD-1 with recurrent GBM patients have failed to show clinical benefits. Several factors may limit the efficacy of ICIs, including the exhaustion status of tumor-infiltrating lymphocytes (TILs). Therefore, in this study, we examined the differentiation status of $CD8^+$ TILs from primary GBM patients and their reinvigoration by ICIs to understand the nature of T-cell exhaustion in GBM. I isolated TILs from 98 patients with newly diagnosed GBM and found that $CD8^+$ TILs had significantly increased expression of immune checkpoint receptors, compared to peripheral blood $CD8^+$ T cells. Among $CD8^+$ TILs, $PD-1^+$ cells exhibited more terminally differentiated phenotypes than PD-1- cells. Evaluating the anti-PD-1-induced reinvigoration of $CD8^+$ TILs after ex vivo stimulation with anti-CD3 and anti-PD-1, I found that reinvigoration inversely correlated with the percentage of $Eomes^{hi} T-bet^{lo}$ cells among $PD-1^+CD8^+$ TILs. When anti-CTLA-4 was used in combination with anti-PD-1, an additional increase in $CD8^+$ TIL proliferation was not observed in patients who did not respond to anti-PD-1. Therefore, in primary GBM, the differentiation status of $CD8^+$ TILs determines their reinvigoration ability upon ICI treatment. To explore the possibility of novel strategy, I combined anti-PD-1 with galunisertib, one of the promising TGF-$\beta$ blockers. Galunisertib could reinvigorate $CD8^+$ TILs regardless of the response to anti-PD-1. In addition, the reinvigoration effect of combined anti-PD-1 with galunisertib was more prominent in the ‘low responding TILs’ group compared to the ‘high responding TILs’ group. The present study may provide the rationale and evidence for establishing optimal strategies for combinational ICI treatment in patients with GBM.
교모세포종은 성인에게 발생하는 원발성 악성 뇌종양 중 가장 흔하고 악성도가 높은 예후가 나쁜 질환이다. 최근 면역 관문 억제제가 다양한 종양의 치료에 사용되고 있지만, 재발성 교모세포종 환자를 대상으로 한 임상 시험에서는 임상적 이득을 보여주지 못하였다. 이에 본 연구에서는 종양 침윤 T 세포의 면역 탈진을 포함하는 다양한 인자들이 면역 관문 억제제의 효과를 제한할 것이라는 가설하에, 98명의 교모세포종 환자들의 종양 침윤 $CD8^+$ T 세포에서의 면역 관문 수용체 발현과 분화 상태를 확인하였다. 또한 면역 관문 억제제로 인해 유도되는 기능 회복을 확인하여, 교모세포종에서의 면역 관문 억제제의 효능을 검증해 보고자 하였다. 이를 통해 과분화 된 세포들의 상대적인 빈도가 PD-1 항체로 인해 유도되는 기능 회복과 역의 상관 관계를 보임과, PD-1 항체와 CTLA-4 항체의 병합으로도 PD-1 항체로 기능을 회복시키지 못했던 ‘저반응군’의 기능 회복을 유도하지 못함을 알 수 있었다. 그러나 최근 관심을 모으고 있는 TGF-$\beta$ 억제제를 단독 또는 PD-1 항체와 병합하였을 때는‘저반응군’의 기능 회복을 유도할 수 있었다. 본 연구는 교모세포종 환자에서 면역관문억제제 병합 치료를 위한 최적의 치료 전략을 수립하기 위한 실험적 근거를 제공한다는 의의를 가진다.
