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Science子刊:更高效的CAR-T细胞疗法有望治疗胰腺癌等实体瘤

作者:生物谷 时间:2021-05-12 10:24:00

2021年5月12日讯/生物谷BIOON/---作为一种实体瘤,胰腺导管腺癌(PDAC)是一种高度侵袭性肿瘤,尽管进行了积极的外科手术、放疗和高剂量化疗,但是它的5年生存率小于9%。尽管CAR-T细胞疗法已经成为CD19阳性B细胞恶性肿瘤的一种令人兴奋的有效治疗选择,但是它在实体瘤领域的表现尚未达到类似的疗效。嵌合抗原受体(CAR)T细胞(CAR-T)无法有效和持久地控制实体瘤的原因有很多,包括实体瘤特异性细胞表面靶标的缺乏和肿瘤抗原的异质性;实体瘤微环境对T细胞激活、衰竭和持久性的免疫抑制影响;以及体外扩增的CAR-T细胞自然转移到肿瘤部位的低效率。为了应对这些挑战,许多科学家们正在使用一些优雅的策略,试图通过CAR介导的外源分子表达或基因组编辑方法来改变T细胞生物学

在一项新的研究中,来自美国贝勒医学院的研究人员测试了一种假设,即作为一种在多种炎症背景下多次鉴定和表征的记忆T细胞亚群,TCRαβ CD8+CD161+ T细胞可能作为CAR T细胞疗法的一种改进平台,这是因为科学家们认为在实体瘤环境中CAR成功的关键特征,如持久性、组织外渗和连续杀伤,似乎是这个T细胞亚群所固有的。相关研究结果发表在2021年5月5日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“A subset of cytotoxic effector memory T cells enhances CAR T cell efficacy in a model of pancreatic ductal adenocarcinoma”。


众所周知,CD161在自然杀伤细胞(NK)、自然杀伤T细胞(NKT)和多种T细胞群体中广泛表达。它与小鼠的同源物NK1.1有47%的同源性,在5%~25%的循环外周T细胞中表达。CD161表达之前在多种不同的CD8+细胞类型中观察到,如CD8αα+ TCR粘膜相关恒定T细胞(mucosal-associated invariant T cell, MAIT)、Tc17细胞和记忆干细胞。对表达CD161的细胞的转录谱分析鉴定出CD8+CD161+ T细胞具有保守的转录特征,该转录特征可以扩展到CD4+CD161+T细胞、TCRγδ+CD161+T细胞和NK细胞。尽管表达CD161的细胞类型具有某些先天样特性,但是这些作者在这项新的研究中鉴定出的T细胞表现出αβ多克隆库,有抗病毒特异性的倾向,并且没有明显的自然细胞毒性活性。

这些作者以前报道过类似于人类CD8+CD161+细胞的小鼠CD8+NK1.1+细胞的功能重要性,并记录了在给小鼠注射模拟与病毒感染有关的某些特征的基于细胞的疫苗后,这些细胞的数量增加了。针对CD8+NK1.1+细胞的微阵列分析显示,与活化的CD8+NK1.1细胞相比,在抗原刺激下,这些细胞大幅上调表达颗粒酶F、D、G、C、B、A和N。在稳态状态下,人CD161+细胞也上调表达颗粒酶B和H,并表现出上调表达C-C基序趋化因子受体CCR6、CCR5和CCR2,同时下调表达CCR7、CCR4、CCR1、CCR3和C-X-C基序趋化因子受体3(CXCR3),这表明这些细胞的归巢特性有所改变。在多发性硬化症患者外周血的循环CD161+细胞中也观察到类似的表达模式,使它们进入中枢神经系统的能力增强,并促进疾病发生。

与基因组数据一致,体内研究表明,用CAR转导的CD8+CD161+T细胞介导的抗肿瘤活性改善的机制与增强的杀伤力和潜在的归巢有关。在体外和体内CAR刺激后,PD-1的较低表达提示着还存在减少T细胞衰竭的机制。在激活的小鼠CD8+NK1.1+T细胞中,多种免疫球蛋白(Ig)重链和轻链是上调最多的转录物之一。除了验证所分析的CD8+NK1.1+T细胞群体没有被B细胞污染外,这些作者没有探讨这一现象;然而,最近在自身免疫糖尿病的背景下报道了小鼠T细胞中B细胞受体(BCR)和TCR共表达这一出乎意料但令人着迷的现象。这种“双重表达细胞”群体有可能在某种程度上与表达NK1.1的T细胞重叠。

在CAR-T细胞体外扩增过程中,IL-7和IL-15的加入被证明有利于T细胞的发育、分化和稳态,导致过继转移后的CAR-T细胞存活率高于加入IL-2后发生扩增的CAR-T细胞在过继转移后的存活率。还有人已发现,IL-21促进了CD2+CD28+CD8+T细胞的扩增,并增强了CD19-CAR T细胞疗法的效力。还有报道说,加入IL-15和IL-21有助于增强和维持NKT细胞的记忆潜力。据报道,基于IL-7、IL-15和IL-21组合的T细胞体外扩增可增强记忆细胞,减少癌症转移,并提高黑色素瘤小鼠模型的生存率。

在这项新的研究中,这些作者发现,在存在IL-7、IL-15和IL-21的混合物的情形下,大量外周血单核细胞(PBMC)衍生的CAR-T细胞、CD8+CD161- CAR-T细胞和CD8+CD161+ CAR-T细胞的体外培养和扩增,只使CD8+CD161+ CAR-T细胞群体受益,而且大量PBMC T细胞或CD8+CD161-T细胞的表型不会发生在不含IL-21或仅含IL-2的培养条件下发生的改变。在这些条件下,用CAR转导的CD8+CD161+T细胞在裂解能力和持久性方面优于大量的PBMC T细胞和作为对照的CD8+CD161-T细胞。此外,在PDAC疾病原位模型和播散模型中,与用CAR转导的大量PBMC T细胞相比,用CAR转导的CD8+CD161+T细胞介导的的体内存活率显著提高。

一些科学家们已报告说,最佳的CAR-T细胞活性是通过平衡的用CAR转导的CD4+和CD8+ T细胞群体实现的。基于此,这些作者很想推测,通过同时使用用CAR转导的CD4+CD161+ T细胞,可能会进一步改善CD8+CD161+CAR-T细胞疗法。然而,目前还不清楚这样的策略是否有益。他们的结果一致表明,与由CD4+CAR-T细胞和CD8+ CAR-T细胞组成的大量PBMC相比,CD8+CD161+CAR-T细胞显示出更强的细胞毒性和持久的抗肿瘤反应。此外,由于大多数表达CD161的CD4+细胞是分泌IL-17的称为Th17细胞的调节性T细胞,具有较低的细胞毒性分子的表达,目前还不清楚CD161+CD8+CAR-T细胞和CD161+CD4+CAR-T细胞的组合是否会表现出优于单独的CD8+CD161+CAR-T细胞的功能活性。尽管如此,未来的实验将探索这种令人好奇的可能性。


开发用于治疗PDAC的CD8+CD161+ CAR-T细胞疗法,图片来自Science Translational Medicine, 2021, doi:10.1126/scitranslmed.abc3196。

这项新的研究有某些潜在的局限性。由于TCR测序显示NK1.1+T细胞和NK1.1-T细胞之间存在差异(事实上,不同小鼠的相同成分之间也存在差异),这些作者不能排除这两个亚群之间的TCR亲和力差异导致流感和黑色素瘤挑战模型中的生存差异的可能性。由于样本量相对较小、转录的内在差异性,以及希望在仍然报告潜在的相关生物学的同时避免第二类错误发生,这些作者对NK1.1/CD161+细胞和NK1.1/CD161-细胞之间的转录差异很少有明确的说法,除了随后通过实验进行前瞻性验证的基因。虽然通过跨物种比较确定的具有低q值的基因最有可能对应于转录的真正生物学差异,但其中的大多数基因也需要前瞻性验证。这些都是许多基因组学研究中的标准混杂因素。此外,虽然CAR实验重复了很多次,但只有三个血液供者作为起始材料的来源。因此,CD8+CD161+ T细胞的功能差异仍然需要更广泛的验证。他们也没有完全确定CD161/NK1.1受体连接在CD8+CD161+T细胞的下游功能中可能发挥的作用。这个作用的确定在未来使用这个亚群进行治疗时将特别重要。

总之,这些作者报告说,CD8+CD161+T细胞和它们的小鼠等同物CD8+NK1.1+T细胞在体外和体内都表现出较高的细胞毒性潜力。基于微阵列的基因表达谱分析显示,与NK1.1-和CD161-细胞相比,这些细胞在受到激活时,上调表达颗粒酶、穿孔蛋白和先天样受体(innate-like receptor)。在体外,用CAR转导的CD8+CD161+T细胞比用CAR转导的大量PBMC T细胞或用CAR转导的CD8+CD161-T细胞群体具有更高的杀伤速度和效率。在体内,与用CAR转导的CD8+CD161-T细胞和用CAR转导的大量PBMC T细胞相比,单次给送用CAR转导的CD8+CD161+ T细胞大幅提高了抗肿瘤保护和生存率。使用这个T细胞亚群进行CAR-T细胞治疗可能为有效治疗包括PDAC在内的实体瘤提供机会,因此还需开展更多的研究。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Vanaja Konduri et al. A subset of cytotoxic effector memory T cells enhances CAR T cell efficacy in a model of pancreatic ductal adenocarcinoma. Science Translational Medicine, 2021, doi:10.1126/scitranslmed.abc3196.



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