​Science:CAR-T细胞免疫治疗新思路

原标题:《Science | 以退为进—增强CAR-T细胞免疫治疗新思路》

作者:胡小话

CAR-T (Chimeric antigen receptor T cell) 是一种经生物工程改造具有嵌合抗原受体的T细胞。经过不断的优化改良,CAR-T疗法在肿瘤治疗上已经取得了不错的效果,但是仍然有很大一部分癌症患者不能从中获益,尤其是实体瘤。其中,由CAR 信号的过度激活导致的T细胞耗竭被认为是限制CAR-T疗效的重要因素之一【1,2】。因此,如何采取有效的手段来减缓甚至是逆转T细胞的耗竭是是CAR-T疗法所面临的重点和难点问题。

2021年4月2日,来自斯坦福大学肿瘤治疗中心Crystal L. Mackall研究团队在Science上以长文的形式发表了题为Transient rest restores functionality in exhausted CAR-T cells through epigenetic remodeling的研究文章,报道了通过药物短暂阻断TCR信号的过度激活可以通过表观调控的方式来逆转CAR-T细胞耗竭的表型,进而增强肿瘤免疫治疗的效果。

作者首先构建了一个可以人为操控CAR信号“开”和“关”的CAR-T细胞——DD CAR-T. 简而言之,通过在CAR蛋白中插入一段蛋白序列(DD)使得CAR能被快速降解,而药物Shield-1会稳定CAR蛋白量,恢复CAR信号,如图1所示。

图1 可人为操控CAR信号“开”和“关”的DD CAR-T细胞

借助这样一个系统,作者对短暂的阻断CAR信号是否可以增强CAR-T细胞的功能进行了探究。通过给NSG小鼠移植白血病细胞和DD CAR-T细胞,作者发现CAR信号短暂被抑制的CAR-T细胞(ON/OFF)与持续激活的CAR-T细胞(ON/ON)以及一直未激活的CAR-T细胞(OFF/OFF)相比,具有更好的抑制肿瘤生长的效果。

进一步的研究则表明,短暂的阻断CAR信号可以逆转CAR-T细胞耗竭的表型,并且会向记忆T细胞的表型发生转变。因此,为了搞清楚阻断CAR信号导致CAR-T细胞的命运重塑的分子机制,作者对三种状态的CAR-T细胞(分别为ON/OFF,ON/ON和OFF/OFF)进行了ATAC-seq测序,他们发现ON/ON与ON/OFF的CAR-T细胞相比,它们的表观基因组(epigenome)具有非常明显的差异。具体来说,ON/ON的CAR-T细胞的表观基因组富集到很多与T细胞耗竭相关转录因子的结合基序,如AP-1家族的BATF,JUNB,NFATC2,而ON/OFF的CAR-T细胞的表观基因组则富集到很多与T细胞记忆相关的转录因子的结合基序,如TCF7, RUNX家族与FOXO家族等。这说明短暂阻断CAR信号会重塑CAR-T细胞表观状态,进而使得其由细胞耗竭向记忆T细胞的表型发生转变。有意思的是,作者发现这一过程是由EZH2介导的H3K27me3所调控。

最后,作者尝试用一种FDA批准酪氨酸激酶抑制剂——dasatinib (Das) 来重复他们前面的发现,因为他们早先的研究表明dasatinib可以通过抑制TCR的激酶活性来抑制CAR-T细胞的激活【3】。他们发现,dasatinib同样可以恢复CAR-T细胞的活力,增强其抗肿瘤的效果。更加重要的是,作者发现用dasatinib短暂的阻断CAR信号不仅可以阻止T细胞耗竭的过程,并且还可以逆转T细胞耗竭的表型。
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值得一提是,在同期的Science杂志上还邀请了贝勒医学院细胞与基因治疗中心的Maksim MamonkinMalcolm K. Brenner教授以Perspective形式撰写了评述文章。他们对于这项研究工作给予了很大的肯定,认为其对CAR-T疗法具有重要并且可以立即实现的临床转化价值(”has important immediate implications for CAR-T cell therapy”)。与此同时,他们也提到在实际临床使用时还是必须谨慎对待,尤其是要把握好阻断CAR信号的时间,避免肿瘤在这一时间阶段的生长失控以及炎症因子风暴等副作用。

最后,总结一下。在这项研究中,Crystal教授研究团队提出了短暂阻断TCR信号来阻止和逆转CAR-T细胞耗竭,进而最大程度增强CAR-T疗法的新思路。这一治疗策略为肿瘤的免疫治疗提供了新的愿景。

原文链接:

https://doi.org/10.1126/science.aba1786

参考文献

1. A. H. Long et al., 4-1BB costimulation ameliorates T cell exhaustion induced by tonic signaling of chimeric antigen receptors. Nat. Med. 21, 581–590 (2015).

2. R. C. Lynn et al., c-Jun overexpression in CAR T cells induces exhaustion resistance. Nature 576, 293–300 (2019).

3. K. Mestermann et al., The tyrosine kinase inhibitor dasatinib acts as a pharmacologic on/off switch for CAR T cells. Sci. Transl. Med. 11, eaau5907 (2019)