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近期CAR-T细胞治疗实体瘤研究进展盘点
2021-06-06
来源:前沿资讯
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CAR-T细胞除了用来治疗急性白血病和非霍奇金淋巴瘤之外,经改进后,也可用来治疗实体瘤、自身免疫疾病、HIV感染和心脏病等疾病,具有广阔的应用空间。今天,我们就专门针对CAR-T细胞治疗实体瘤的最新进展进行一番盘点,以飨读者。

1.Cell子刊:新研究揭示双缺氧感应的CAR-T细胞治疗实体瘤的安全性和有效性

doi:10.1016/j.xcrm.2021.100227

在一项新的研究中,英国研究人员研究了利用肿瘤缺氧作为CAR-T细胞在肿瘤微环境(TME)中特异性激活的物理线索的机会,其中肿瘤缺氧是大多数实体瘤的共同特征。他们发现,在严格的缺氧感应安全开关的控制下表达CAR,可以避免CAR-T细胞的非肿瘤组织在靶激活(即脱靶激活),同时提供高效的抗肿瘤杀伤。这项研究提供了一种方法来克服利用CAR-T细胞治疗实体恶性肿瘤的一个主要障碍。相关研究结果发表在2021年4月20日的Cell Reports Medicine期刊上。

为了研究CAR-T细胞脱靶激活的问题,研究人员使用了第二代泛抗ErbB CAR T1E28z,即T4-CAR,它对9种可能的ErbB受体同源和异源二聚体中的8种具有特异性,并能跨越物种屏障,与人类和小鼠ErbB受体等效结合。T4-CAR共同表达一种嵌合细胞因子受体(4αβ),当与IL-4结合时,就将IL-2/IL-15信号传递到细胞外结构域,从而提供了一种在体外扩增时选择性地富集CAR-T细胞的方法,而不影响这些细胞的CAR依赖性杀伤能力。T4-CAR已被证明对头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)患者的瘤内递送是安全的,但治疗转移性疾病的患者需要静脉注射。

为了开发一种严格的缺氧调控的CAR表达系统,这些为T4-CAR开发了一种双缺氧感应方法。这是通过在CAR上附加缺氧诱导因子HIF1α羧基末端长203个氨基酸的氧依赖性降解结构域(ODD)来实现的,同时在载体的长末端重复序列(LTR)增强子区域修改CAR的启动子,使其包含一系列连续的9个缺氧反应元件(9xHRE),从而允许HIF1α介导的CAR转录。这种称为HypoxiCAR的CAR在体外显示了CAR分子在人类T细胞细胞表面上的严格的缺氧特异性表达。表达HypoxiCAR的T细胞(下称HypoxiCAR-T细胞)在低氧(0.1%)条件下激活时,每个细胞表达的CAR分子与组成型T4-CAR-T细胞相当。事实证明,整入HypoxiCAR的双缺氧感应系统优于9xHRE盒(9xHRE cassette)或ODD的单缺氧感应模块,后者在常氧条件下表现出CAR表达和肿瘤细胞杀伤的不严密性。使用双缺氧感应系统的HypoxiCAR的表达严格限制在缺氧环境中,同时也是高度动态的,这代表了一种可以以氧依赖的方式开启和关闭的开关。

这种双缺氧感应系统作为一种实现癌症选择性免疫治疗的替代方法,利用了肿瘤微环境的最固有的特征之一:缺氧。它取得了令人信服的抗肿瘤疗效,同时消除了识别正常组织中多个靶点时出现的脱靶毒性。渗入肿瘤微环境的T细胞可以向外迁移,这突出了一个潜在的安全问题:感应缺氧的HypoxiCAR-T细胞有可能重新进入健康的常氧组织。然而,CD8+T细胞迁移已被证明在遇到表达其同源抗原的肿瘤细胞时停止,这表明,当HypoxiCAR-T细胞表达它们的CAR并与表达ErbB受体的肿瘤细胞接触时,它们向外迁移的能力可能受到限制。此外,根据这些作者的体外观察,CAR的表达在可能离开肿瘤时迅速减少,从而大大限制了注入的CAR T细胞在肿瘤外被激活的风险。

2.Science:重大突破!开发出识别癌细胞表面上蛋白抗原表达水平的CAR-T细胞,有望用于实体瘤治疗

doi:10.1126/science.abc1855

CAR-T细胞疗法中,从患者体内提取T细胞进行基因改造:利用病毒载体将嵌合抗原受体(CAR)递送到T细胞中形成CAR-T细胞,使之更好地识别和杀死癌细胞。当CAR-T细胞在患者细胞中识别出所需的表面结构时,它们就会开始增殖并杀死靶细胞。CAR-T细胞疗法于2018年被引入芬兰,它已用于治疗白血病患者和淋巴瘤患者。到目前为止,CAR-T细胞疗法在实体瘤中的应用是困难的:当癌症类型与任何特定的表面结构不存在对应关系时,仅针对肿瘤进行治疗是困难的。在许多癌症类型中,肿瘤表面存在大量的特定蛋白,但该蛋白在正常组织中也存在较低的水平,重要的是,CAR-T细胞治疗无法区分不同细胞中同一种靶蛋白的表达水平。这就是为什么常规的经过基因改造的CAR-T细胞会迅速攻击健康的细胞和器官,从而导致治疗相关的致命不良反应。

在一项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校和芬兰赫尔辛基大学的研究人员为CAR-T细胞用于治疗实体瘤找到了一种解决方案:他们发现了一种新的对CAR-T细胞进行编程的方法,使它们只杀死癌细胞,而放过与癌细胞具有相同蛋白标志物的健康细胞。

3.BMJ子刊:剔除Cbl-b基因将CAR-T细胞变成精神焕发的实体瘤抗击战士

doi:10.1136/jitc-2020-001688

来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员领导的一项新研究表明,剔除单个基因可以将衰竭的称为CD8+T细胞的抗癌免疫细胞重新变成精神焕发的战士,可以继续对抗恶性肿瘤。这一结果可能提供一种利用人体免疫系统攻击癌症的新方法。相关研究结果近期发表在Journal for Immunotherapy of Cancer期刊上。

论文通讯作者、德克萨斯大学西南医学中心内科与免疫学副教授Venuprasad Poojary博士解释说,当CAR-T细胞进入实体瘤时,它们很快就会功能失调,失去抗癌能力。这种称为“衰竭”的状态伴随着它们表面上的PD1和Tim3等蛋白的增加,而且它们无法产生它们通常会产生的免疫诱导分子,如干扰素γ和肿瘤坏死因子。Poojary补充说,找到一种防止CAR-T细胞衰竭的方法已经成为癌症研究的重要目标。

为此,他和他的同事们搜罗了已发表的研究,比较了发挥作用的T细胞和衰竭的T细胞中的基因活性。他们很快就将目光锁定在了一个叫做Cbl-b的基因上,这个基因在衰竭的T细胞中更加活跃,或者说上调。

Poojary和他的同事们证实,在结肠癌小鼠模型的肿瘤浸润T细胞中,Cbl-b被激活。这些T细胞不仅失去了对抗肿瘤的能力,而且还出现了一组特征性的细胞表面蛋白,并且表达衰竭特征性的免疫分子。然而,当他们使用基因编辑工具CRISPR剔除这些细胞中的Cbl-b时,它们重新获得了抗癌能力,并失去了其他的衰竭特征。

4.Science子刊:更高效的CAR-T细胞疗法有望治疗胰腺癌等实体瘤

doi:10.1126/scitranslmed.abc3196

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。

在这项新的研究中,研究人员发现,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,论文作者们推测,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。

5.两篇Science子刊:治疗实体瘤的智能细胞疗法出炉

doi:10.1126/scitranslmed.abe7378; doi:10.1126/scitranslmed.abd8836

在两项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员展示了如何设计能够有效地对抗实体瘤的智能免疫细胞,从而为治疗长期以来无法用免疫疗法治疗的一系列癌症打开了大门。相关研究结果近期同时发表在Science Translational Medicine期刊上。

通过将基本的计算能力“编程”到旨在攻击癌症的免疫细胞(T细胞)中,这些作者已经克服了一些主要障碍,这些障碍至今仍使这些策略无法进入临床。这两篇新论文显示,由此产生的“智能”疗法比以前的方法更精确、更灵活、更彻底,而且这种方法可能在不久的将来就可以进行临床试验。

胶质母细胞瘤是一种影响成人和儿童的最具侵略性的脑癌,由于这种肿瘤的复杂性,医生们还没有用免疫疗法成功地加以治疗。在第一篇论文中,这些作者在胶质母细胞瘤中测试了这种新的系统。他们发现,它采用两步法猎杀癌细胞,可以完全清除小鼠大脑中的人类患者来源的肿瘤,没有危险的副作用,也没有目前与实体瘤免疫治疗有关的高复发风险。

在第二篇论文中,研究人员发现这种系统的组分可以像可更换的螺丝刀的头一样被换掉,以靶向身体其他部位中难以治疗的癌症。他们还确定了一套特别重要的“螺丝刀头”,它们可以成为对付卵巢癌、肺癌和其他器官癌症的有力工具。

此外,这两篇论文都解决了所谓的“T细胞衰竭”问题,这是一个长期存在的挑战,即传统的CAR-T细胞---在一些最有前途的癌症免疫疗法背后,通过重新编程来寻找入侵者的T细胞---在与癌症进行长期的斗争时疲惫了。由此产生的新型智能细胞在整个战斗过程中始终保持强大,在不直接与癌症打交道时,通过切换到待机模式来保存能量。这些发现解决了所有一直阻碍着为患有这些癌症的患者开发免疫疗法的关键挑战。这种新策略已经准备好向临床试验迈进。

6.Science子刊:我国科学家开发出比CAR-T细胞疗法更有效摧毁实体瘤的STAR-T细胞疗法

doi:10.1126/scitranslmed.abb5191

在一项新的研究中,来自中国清华大学、清华大学-北京大学生命科学联合中心、首都医科大学和华夏英泰(北京)生物技术有限公司的研究人员合作开发了一种用于抗癌治疗的合成T细胞受体,以不同的方式增加T细胞的效力,有望对抗实体瘤。通过解决CAR-T疗法中的两个明显的弱点,该合成T细胞受体不仅具有寻找和摧毁实体瘤同时让健康组织不受影响的能力,而且还赋予这种抗癌武器强大的持久性来完成这项工作。相关研究结果近期发表在Science Translational Medicine期刊上。

这项新研究尽管仅在动物模型中开展,但是它是向针对实体瘤的新型CAR-T细胞疗法迈出的诱人一步,而这正是近年来全球竞赛的热门课题之一。这种新方法称为STAR-T细胞疗法,它与CAR-T细胞疗法的不同之处在于它的开发方式(使用合成受体)以及它如何利用强大的细胞信号转导活性来瞄准癌抗原。与CAR-T细胞一样,STAR-T细胞经激活后追捕肿瘤细胞并杀死癌症。

论文作者写道,CAR-T细胞疗法已在治疗B细胞恶性肿瘤方面显示出较高的反应率和持久的疾病控制;然而,在实体瘤方面,CAR-T细胞显示出有限的疗效,这部分上归因于CAR信号转导的内在缺陷。

作者们没有修改CAR-T细胞疗法来产生STAR-T细胞疗法。相反,他们设计了一种合成T细胞受体和一种抗原受体,经过基因改造后表达这两种受体的T细胞(即STAR-T细胞)结合了CAR-T细胞的特征,但增加了内部的信号转导机制来模拟天然的T细胞。

在多种小鼠模型中,相比于CAR-T细胞,STAR-T细胞能够更好地控制多种实体瘤类型。在这些实验中,STAR-T细胞并没有像CAR-T细胞用于对付实体瘤时那样,变得功能衰竭。这些作者指出,CAR-T细胞的功能衰竭和无效是由于一种称为抗原非依赖性信号转导的现象,这是一种不协调的T细胞信号持续激活。当CAR-T细胞用于治疗实体瘤时还存在其他问题:它们会被肿瘤内部和周围的分子所抑制。

在这项新的研究中,STAR-T细胞通过迅速诱导患有胶质母细胞瘤以及肝癌和肺癌的试验小鼠体内的肿瘤消退,显示了对抗实体瘤细胞的强大活性。这些小鼠都没有显示出副作用的证据。STAR介导强而灵敏的T细胞受体样信号转导,STAR-T细胞表现出比传统CAR-T细胞更少的功能失调和更好的增殖。此外,STAR-T细胞比CAR-T细胞显示出更高的抗原敏感性,这在临床使用中具有减少抗原丢失和诱发肿瘤复发风险的潜力。

7.Nat Commun:鉴定出CAR-T细胞治疗胰腺癌的潜在靶标

doi:10.1038/s41467-021-21774-4

胰腺癌是一种毁灭性的疾病。在过去的几十年里,这种癌症的5年总生存率仍然不足5%,未发生较大变化,目前它是西方国家癌症相关死亡的第四大原因。手术仍然是唯一有可能治愈这种癌症的方法,但只有约20%的患者在诊断时处于手术可切除的疾病阶段。在最先进的治疗方法下,手术可切除的患者的中位总生存期为26个月,然而已发生转移的患者的中位总生存期为不到6个月。因此,对新治疗方案的需求尚未得到满足。嵌合抗原受体(CAR)T细胞(CAR-T)是一种新的有前途的治疗方法。对胰腺导管腺癌(PDAC)进行有效细胞免疫治疗的一个主要障碍是缺乏合适的肿瘤特异性抗原。

在一项新的研究中,德国研究人员进行了经验性筛选旨在发现治疗PDAC的CAR候选靶标,确定了四个候选靶标:CLA、TSPAN8、CD66c和CD318。他们发现CLA在上皮性肿瘤上表达。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上。

这项研究将基于经验的抗体流式细胞仪筛选与循环免疫荧光成像平台相结合,并对肿瘤外表达进行了全面的生物信息学和实验评估,以确定PDAC特异性细胞表面标志物。这些作者确定了四个候选靶标,即CLA、CD66c、CD318和TSPAN8,以便通过CAR-T细胞对PDAC进行可能的细胞免疫治疗。CD66c特异性CAR、CD318特异性CAR和TSPAN8特异性CAR在体外和体内都显示出功能,其中CD318是最有利于临床转化的候选靶标。