Nat Rev | 工程改造T细胞进行过继性细胞治疗, 抗肿瘤更持久

撰文：mumu

IF=40.358

推荐度：⭐⭐⭐⭐⭐

亮点：

该篇综述总结了实体瘤过继性T细胞免疫治疗中存在的困难及解决策略。

2021年4月20日，澳大利亚墨尔本大学的Phillip K. Darcy教授在《Nature Reviews  Immunology》上发表了一篇名为“Cellular networks controlling T cell persistence in adoptive cell therapy”的文章。由于内源性或过继性疗法中的肿瘤特异性T细胞的抗肿瘤活性高度依赖于其分化状态。低分化的T细胞与完全分化的效应T细胞相比，因为它们具有更强的扩张能力和持久性，因此能发挥更好的抗肿瘤效果。嵌合抗原受体T细胞就是在进一步了解表观遗传学和转录水平对T细胞分化状态影响的基础上，利用在输注前使用新的培养方法，调节转录、代谢和/或表观遗传编程，以及微调抗原受体信号这些方式，产生的更持久的肿瘤特异性T细胞。

近年来，免疫治疗已成为癌症治疗的新支柱。过继细胞治疗（ACT）是免疫治疗的主要形式之一。ACT包括将肿瘤浸润的淋巴细胞或外周血源性免疫细胞（通常是T细胞）输注到患者体内。在大多数情况下，来自外周血的自体T细胞在体外被激活，并通过基因工程表达转基因抗原受体，如T细胞受体（TCR）或基于抗体的嵌合抗原受体（CARs）。这些经过修饰的T细胞在输注到患者体内之前，会经历一段短暂的体外扩增期。最近，CD19导向的基于CAR T细胞的ACT在治疗B细胞恶性肿瘤方面取得了成功。然而，由于一系列潜在因素存在，例如实体肿瘤微环境（TME）的免疫抑制、T细胞持续性差、T细胞终末分化和功能障碍或衰竭，CAR T细胞疗法治疗实体瘤的临床疗效很低。ACT的抗肿瘤活性高度依赖于过继转移细胞的增殖、持久性和持续活性。尽管以效应细胞为主的T细胞产物具有更大的杀伤细胞潜力，但这些细胞也容易最终分化并出现功能障碍。临床研究表明，过继转移具有和维持较低分化表型的T细胞，包括记忆和前体T细胞，由于其扩张性，持久性和分化为诱发效应子代的能力增强，对于抗肿瘤功效和患者预后至关重要。

整篇综述围绕如何在ACT中调控T细胞的持久性展开。首先，从慢性感染的角度，简要介绍最适合抗肿瘤作用的T细胞表型和功能；然后，为了实现有效的ACT，特别是在实体瘤中，需要增加T细胞持久性；最后，讨论了通过产生低分化的T细胞亚型实现高效ACT的新方法。

在急性感染期间，原始T细胞经历活化和增殖，产生短暂效应T细胞和记忆前体T细胞。在清除感染后，记忆前体T细胞产生长期效应的中枢记忆T细胞（T_CM细胞）、效应记忆T细胞（T_EM细胞）或组织驻留记忆T细胞（T_RM细胞），在再激发期间提供保护。短效T细胞在感染消退后，有时可能作为长效T细胞持续较长时间。在慢性感染期间，T细胞可以分化为效应性T细胞或表达自我更新T细胞因子1（TCF1）的前体耗竭性T细胞（T_PEX细胞），通过产生末端耗竭性T细胞（T_EX细胞）维持T细胞应答。在癌症中，肿瘤排斥反应与产生记忆性T细胞有关，记忆性T细胞可防止继发性肿瘤再挑战。在肿瘤持续和慢性抗原刺激期间，肿瘤浸润淋巴细胞中的TCF1 T_PEX细胞和T_EX细胞亚群介导对肿瘤的持续反应。在过继细胞治疗中，从供体分离的原始或有抗原经验的T细胞在体外被激活，并且传统上在细胞因子环境中扩增，以在过继转移前将T细胞向某些表型特征分化。体外培养的T细胞与IL-2（含或不含IL-7）形成混合群，其中T_EM样细胞比例更高，细胞毒性功能增强，而IL-7、IL-15和IL-21的混合组合有利于增加T_CM样细胞或干细胞记忆T（T_SCM）样细胞的比例，体内持久性增强（图1）。

尽管具有快速杀伤细胞的能力，但以效应细胞为主的ACT通常不是最优的治疗效果。一般认为是由终止分化过快快和效应T细胞的持久性差导致。研究表明，具有低分化T_SCM样和T_CM样细胞表型的T细胞的存在与T细胞持续性增加和临床结果改善有关。在临床前人源化小鼠模型中，过继转移T_SCM样细胞和T_CM样细胞与转移效应T细胞和T_EM样细胞相比，改善了生存率和肿瘤控制。在体内，经过继转移的分化程度更高的细胞会引起免疫检查点（如PD1）的高表达，从而限制了它们的功能。T_CM样和T_SCM样表型细胞的增殖和分化潜能增强，能够产生更大的效应细胞子代，进而改善肿瘤控制。一些临床研究也反映了低分化亚型的影响。在治疗胆管癌的上皮生长因子受体导向的CAR T细胞试验中，发现患者中CAR T细胞的持久性与输注T_CM样CAR T细胞的比例一致。因此，具有较低分化表型的过继转移细胞在抗肿瘤应答方面具有优越的能力。然而，在体外产生这些低分化细胞的能力受到来自外周血的患者T细胞的质量和自然有利于效应细胞分化现象的限制。为了解决这些局限性，人们探索了不同的策略，在输注前将T细胞极化为低分化表型，以改善ACT的治疗效果。

控制转基因抗原受体的表达和信号是决定ACT治疗效果的关键。调节CAR亲和力、将受体转基因靶向TRAC基因座、选择CAR信号基序以改善T细胞质量和增加T细胞持久性，提高ACT效果以及降低治疗毒性。通过分离记忆T细胞亚群、在离体扩增过程中调节T细胞分化信号和操纵基因来增加用于ACT的T细胞的持久性。在体外扩增或过继转移前，对中枢记忆T细胞（T_CM细胞）和干细胞记忆T细胞（T_SCM细胞）进行分类，确保具有一定量的干细胞样的持久性细胞。但这一操作和患者外周血中T细胞亚群的组成有关。在T细胞扩增培养中使用稳态细胞因子，包括IL-7和IL-15、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）信号抑制剂、p300/CREB结合蛋白（CBP）抑制剂或WNT激动剂，可以促进T细胞向T_CM细胞和T_SCM细胞亚群的分化。肿瘤微环境中，对嵌合抗原受体（CARs）使用特异性共刺激信号可以提高T_CM细胞和T_SCM细胞在受体结合后的维持能力。CRISPR–Cas9技术可用于将转基因抗原受体靶向T细胞受体（TCR）α-链（TRAC）基因座控制受体的表达，减少紧张信号和增加抵抗力衰竭。CRISPR–Cas9也可用于敲除内源性基因以改善T细胞的干性。为了过度表达JUN等转基因以增加CAR T细胞的持久性，可以使用逆转录病毒或慢病毒转导系统（图2）。

实体瘤TME具有高度的复杂性和免疫抑制性，是过继转移T细胞长期存活的重要障碍。TME包括基质细胞、细胞外基质蛋白和免疫细胞网络，它们通过各种机制引起T细胞衰竭并影响其持久性。因此，旨在维持CAR T细胞对免疫抑制机制抵抗力的策略对于维持持久性和抗肿瘤活性具有重要意义。靶向免疫检查点受体的方法，包括基因敲除和抗体介导的阻断，可以与过继转移的T细胞结合应用，以增强体内对肿瘤细胞的杀伤活性。靶向调节T细胞受体（TCR）信号通路，如蛋白酪氨酸磷酸酶非受体2型（PTPN2），可增强对T细胞衰竭和分化的抵抗力。通过改变线粒体的生物发生和代谢途径来改变过继转移T细胞的代谢，如二酰甘油激酶（DGK）的缺失或过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共激活因子1α (PGC1α)的表达增强, 也可进一步提高其抗肿瘤疗效（图3）。

驱动具有持久和自我更新潜力的记忆或前体型T细胞亚群分化的策略将增强CAR T细胞的持久性并促进长效抗肿瘤。在实体癌中， CAR-T细胞可能需要结合多种方法来克服额外的挑战，如TME中的免疫抑制和抗原异质性，以提高其临床治疗效果。另一个需要考虑的是患者最初用于产生CAR T细胞的T细胞亚型的组成，这可能会随着年龄和病史的不同而不同。迄今为止，已经临床转化的策略主要是基于体外T细胞分化的调节，例如用IL-7和IL-15刺激CAR T细胞，因为它具有良好的安全性。新出现的策略包括对CAR-T细胞进行额外的基因工程修饰以促进长期的持久性，但在临床转化之前还需要进一步的安全性评估。促进T_CM、T_SCM和T_PEX细胞形成的策略需要确保T细胞保留记忆直至转变为效应细胞，或者与额外的试剂联合以促进这种过程。当使用更持久的CAR-T细胞产品时，还必须考虑患者的安全性和潜在的毒性影响。分离和产生T_SCM样CAR T细胞的能力，加上利用CRISPR–Cas9介导的CAR整合到TRAC位点的能力，提高了产生具有良好持久性特征的T_SCM样CAR T细胞的潜力。此外，同种异体CAR T细胞作为一种前瞻性的产品，它可以绕过患者外周血T细胞质量可变的并发症。另一种改善ACT中T细胞干细胞的新兴方法是体内转导，静脉注射病毒载体在体内转导患者T细胞，无需分离外周血和体外扩增。该方法有望成为一种侵袭性更小、成本效益更高的生成CAR-T细胞的方法。整体来说，ACT中可通过多种机制对过继转移的T细胞进行工程改造，以增加低分化细胞的生成，这也可能是提供持久和患者特异性治疗的关键。

教授介绍

Phillip Darcy教授目前是Peter MacCallum癌症中心的NHMRC高级研究员和小组负责人。他的实验室致力于在临床前小鼠模型中开发针对癌症的新型基于T细胞的免疫疗法，并将其临床转化。具体来说，他专注于表达嵌合抗原受体（CARs）基因修饰的小鼠的开发，这些嵌合抗原受体可以有效地靶向和根除小鼠中的癌症。最近在Peter MacCallum癌症中心首次使用这种方法，完成了针对急性髓样白血病患者的I期临床试验；另一项使用这种方法的针对非小细胞肺癌患者的临床试验正在进行中。他的实验室还致力于开发基于免疫的联合治疗癌症的方法。其研究结果已在Nature、Cell等国际高影响力期刊上发表。

参考文献

Chan, J.D., Lai, J.,Slaney, C.Y. et al. Cellular networks controlling T cell persistence inadoptive cell therapy. Nat Rev Immunol (2021).https://doi.org/10.1038/s41577-021-00539-6