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CAR-T细胞抗癌疗法迎来新发现
- by wittx 2022-07-31
过继T细胞治疗，是目前全世界肿瘤治疗研究和临床试验的热点。
嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）和T细胞抗原受体嵌合T细胞（TCR-T），是当前过继T细胞肿瘤免疫治疗中的“顶流”。尤其是目前已获得FDA批准的CAR-T疗法，正在改写部分血液系统肿瘤的治疗范式。
然而，过继T细胞治疗在实体瘤中仍收效甚微。主要原因在于，这些回输进患者体内的T细胞，需要随着外周血循环“跋山涉水”地到达肿瘤实质后，才能发挥杀伤作用。而在“杀敌”的路途中，机体的免疫抑制微环境使得回输的T细胞逐渐发生耗竭，无法持久地增殖和生存[1]。
为了提高过继T细胞治疗效果，患者往往需要预先接受放疗或者化疗性清髓。这种预处理方案，可能是通过平衡体内细胞因子产生，清除体内部分免疫抑制性细胞（如调节性Ｔ细胞和髓源性抑制细胞）等机制，提高了过继T细胞在体内的增殖能力和持久生存能力[2]。但是，高剂量的放化疗也给机体带来了严重的副作用，使得很多患者无法耐受清髓方案，而失去获益机会[3]。
近期，由斯坦福大学K. Christopher Garcia、宾夕法尼亚大学Carl H. June，以及加州大学洛杉矶分校Antoni Ribas和Anusha Kalbasi领衔的研究团队，在《自然》上发表了重要研究成果[4]。
他们首次设计出一种融合了正交IL-2受体（oIL-2R）和IL-9受体（IL-9R）嵌合受体，可在不需要预先放化疗清髓的情况下，活化过继T细胞，并赋予其干细胞样记忆T细胞和效应T细胞的双重表型，使之有效地发挥抗肿瘤功能。
更重要的是，这种新疗法已在黑色素瘤和胰腺癌的小鼠实体瘤模型中得到验证，为过继T细胞在实体瘤治疗中的研究和应用提供了新的策略。
论文首页截图
IL-2是一种效应T细胞增殖、生存和功能维持所需的细胞因子，是过继T细胞的重要治疗辅助。但IL-2的多效性以及IL-2R的广泛表达，也放大了抑制性免疫反应和全身的毒副作用，限制了其治疗用途。
Christopher Garcia的研究团队，2018年已经在Science发表了部分开创性的工作[5]。通过基因改造IL-2以及IL-2Rβ链的胞外域（ECD），他们设计了一个小鼠IL-2/IL-2Rβ正交对（orthogonal）。这种表达正交IL-2Rβ（o2R）的T细胞仅能由正交IL-2（oIL-2）激活，从而避免了活化其他免疫抑制细胞而引起机体的毒副反应。
在这个最新的研究中，研究人员希望利用oIL-2系统，研究γc细胞因子受体家族的其他成员[6]的治疗潜力。他们将o2R的胞内域（ICD）替换为γc细胞因子IL-4、IL-7、IL-9和IL-21受体的ICD，分别构建嵌合正交受体。
经过分析和筛选发现，其中o9R与已知的野生型IL-9受体的信号传导特征相似，能够导致STAT1，STAT3和STAT5磷酸化。
野生型IL-2Rβ，正交IL-2Rβ或γc家族嵌合正交受体结构和激活的磷酸化信号
根据已有研究报道，IL-9R主要表达于肥大细胞、记忆B细胞、先天淋巴细胞和造血祖细胞。在T细胞中也有以分泌IL-9为特征的Th9亚型。但是小鼠的T细胞不表达IL-9R，所以IL-9天然无法活化小鼠T细胞。而当研究人员给小鼠的T细胞人工转导上IL-9R后，用IL-9处理T细胞后也可以引起STAT1，STAT3，STAT5磷酸化。
同时，他们还发现，当用MSA-oIL-2激活o9R后，细胞能更高地表达CD62L、Sca-1和Fas（CD95），趋向于干细胞样记忆T细胞表型（Tscm），这是一种在过继细胞疗法中，能够持续存活并且发挥抗肿瘤活性的重要细胞类型[7]。
激活o9R后，细胞表型趋向于干细胞样记忆T细胞
鉴于o9R独特的信号转导和赋予细胞重要的表型特征，研究人员想利用这种新设计的过继T细胞来治疗实体瘤。
首先，他们利用表达gp100抗原的B16-F10小鼠黑色素瘤模型，用pmel小鼠T细胞作为改造来源（pmel T细胞的TCR本身能够识别gp100），结果发现在没有预先淋巴细胞清除性放疗的情况下，结合全身递送oIL-2，o9R pmel T细胞即能够发挥显著的抗肿瘤作用。
同时，o9R pmel T细胞不仅在肿瘤中浸润数量更多，并且其体外细胞溶解能力和IFNγ的产生也更高。研究人员利用转录组测序，鉴定和验证了决定o9R pmel T细胞浸润、效应功能和体内活性的相关基因。
他们发现，o9R除了能够诱导Tscm表型外，还观察到了与T细胞激活（Pdcd1、Icos、Entpd1、Lag3和Havcr2）和效应功能（Ifng、Gzma和Prf1）的相关基因富集。此外，Jun/Fos表达比增加，提示了对肿瘤诱导的衰竭有抵抗作用。与此同时，o9R信号下调了与T细胞功能障碍相关的基因（Nr4a1和Tox）。这说明，o9R或天然IL-9R信号通路或许诱导了异质性的混合亚群。
o9R pmel T细胞能够发挥显著的抗肿瘤作用
接下来，为了研究o9R信号转导在CAR-T中的作用，研究人员利用一种免疫治疗抵抗的模型——表达间皮素（mesothelin）的胰腺癌小鼠，并构建了CAR。同时，为了探讨o9R信号通路对肿瘤微环境中CAR-T细胞功能障碍的影响，他们设计了仅在瘤内用腺病毒载体递送oIL-2（Ad-oIL-2）。
结果显示，在没有预先淋巴细胞清除性化疗的情况下，Ad-oIL-2加CAR-o9R联合治疗，获得了更高比例的完全缓解（5/12）和更长的生存期。虽然与pmel模型相比，肿瘤中CAR-o9R比CAR-o2R T细胞浸润数量更少，但是CAR-o9R T细胞的转录组变化仍旧与o9R pmel T细胞相似。
局部递送Ad-oIL-2 与CAR-o9R 联合治疗，胰腺癌小鼠完全缓解率更高和细胞杀伤作用更强
那么，这种新方法是否有潜力应用于临床呢？作者设计了人源的正交IL-2Rβ（ho2R）和嵌合IL-2Rβ-IL-9R（ho9R），并以此为基础分别构建了可识别肿瘤抗原NY-ESO-1和mesothelin的TCR T细胞和CAR-T细胞。结果显示，与小鼠相似，ho9R激活了一致的磷酸化信号、干细胞样的功能表型以及更强的多功能性效应分子表达和杀伤能力。
总的来说，这个研究设计了一种新的嵌合受体o9R来改造T细胞，使之获得了一种独特的干细胞记忆T细胞和效应T细胞的双重身份，能够在体内长期存活增殖并杀伤肿瘤。
无论是将细胞因子oIL-2对荷瘤小鼠进行全身给药还是肿瘤局部给药，这种改造的T细胞，都能够在免除放化疗清髓的情况下，在体内发挥显著的抗肿瘤效果。
这个新方法，对于过继T细胞在实体瘤治疗来说，无疑具有重要意义。同时，这个研究构建并在体外验证的人源o9R T细胞，也为后续的临床转化提供了有吸引力的数据。
参考文献
[1] Schietinger A, Philip M, Krisnawan VE, et al. Tumor-Specific T Cell Dysfunction Is a Dynamic Antigen-Driven Differentiation Program Initiated Early during Tumorigenesis. Immunity. 2016;45(2):389-401. doi:10.1016/j.immuni.2016.07.011
[2] Rosenberg SA, Restifo NP. Adoptive cell transfer as personalized immunotherapy for human cancer. Science. 2015;348(6230):62-68. doi:10.1126/science.aaa4967
[3] Dudley ME, Yang JC, Sherry R, et al. Adoptive cell therapy for patients with metastatic melanoma: evaluation of intensive myeloablative chemoradiation preparative regimens. J Clin Oncol. 2008;26(32):5233-5239. doi:10.1200/JCO.2008.16.5449
[4] Kalbasi A, Siurala M, Su LL, et al. Potentiating adoptive cell therapy using synthetic IL-9 receptors [published online ahead of print, 2022 Jun 8]. Nature. 2022;10.1038/s41586-022-04801-2. doi:10.1038/s41586-022-04801-2
[5] Sockolosky JT, Trotta E, Parisi G, et al. Selective targeting of engineered T cells using orthogonal IL-2 cytokine-receptor complexes. Science. 2018;359(6379):1037-1042. doi:10.1126/science.aar3246
[6] Leonard WJ, Lin JX, O'Shea JJ. The γc Family of Cytokines: Basic Biology to Therapeutic Ramifications. Immunity. 2019;50(4):832-850. doi:10.1016/j.immuni.2019.03.028
[7] Krishna S, Lowery FJ, Copeland AR, et al. Stem-like CD8 T cells mediate response of adoptive cell immunotherapy against human cancer. Science. 2020;370(6522):1328-1334. doi:10.1126/science.abb9847
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