显著缓解CAR-T细胞耗竭！上科大最新研究或可提高CAR-T治疗实体肿瘤疗效

3月8日，上海科技大学生命科学与技术学院王皞鹏课题组与复旦大学附属眼耳鼻喉科医院吴海涛团队、中科院分子细胞科学卓越创新中心许琛琦实验室，以及上海市第一人民医院宋献民课题组合作在国际著名期刊《Cell Research》发表了题为“Tuning Charge Density of Chimeric Antigen Receptor Optimizes Tonic Signaling and CAR-T Cell Fitness”的研究论文。该研究成功解析了基底信号（Tonic signaling）形成的机制——CAR胞外区域表面带正电荷的斑块（PCPs）介导CAR自发聚集，从而产生基底信号。据此，研究团队提出了两种新的优化CAR的思路：在体外CAR-T扩增期间提高培养基中的钠盐离子浓度，或基因改造引入改变PCPs的突变。

https://doi.org/10.1038/s41422-023-00789-0

CAR-T的困境

嵌合抗原受体（CAR-T）是一种合成抗原受体，靶向T淋巴细胞特异性攻击肿瘤细胞。CAR由用于肿瘤抗原识别的细胞外结构域和细胞结构域组成，其中抗体的重链和轻链的可变区域通过柔性接头连接形成单链可变片段（scFv），以及用于触发T细胞活化的细胞内结构域，其中包含T细胞受体（TCR）和共刺激受体的信号结构域。迄今为止，CAR-T细胞疗法在B细胞恶性肿瘤中显示出前所未有的疗效，但对实体瘤的疗效较差，主要是由于CAR-T细胞在体内持久性有限，T细胞在治疗实体瘤时功能受损。

王皞鹏介绍，目前，CAR-T疗法面临四个困境。“一是CAR-T在实体肿瘤的治疗中举步维艰，因为实体肿瘤是一个固态的相对封闭的空间，CAR-T细胞很难进入。二是，实体肿瘤异质性显著。血液肿瘤往往都带有一个标记物，CAR-T细胞可以通过这个标记物很好地感知肿瘤，但是实体肿瘤很难找到一个单一的标记物。更麻烦的是，同一个肿瘤里可能有一部分表达标记物A，另一部分表达标记物B，因此，CAR-T细胞很难精准地同时感知所有实体肿瘤细胞。三是CAR-T细胞在体内持续时间不够长，这是导致肿瘤复发的一个重要因素。四是CAR-T细胞耗竭，就像人不停地去干同一件事情，他的耐心和精力会耗尽一样，T细胞不停地重复识别同一个信号和杀死的动作，它就会进入耗竭状态。”

“如果把这四个问题都解决，CAR-T临床上的两个难题——血液肿瘤的复发和实体肿瘤的低效，都可以随之解决。” 王皞鹏说。

解析基底信号的机制

首先，研究人员制定了一个“基底信号指数”以定量了基底信号的大小，他们把CAR放在一个T细胞株上，如果产生信号，激活标记物（marker）会上调。标记物上调越多，说明基底信号越强，标记物越少，说明基底信号越弱。通过观察临床上常用的三种CAR，结果发现标记物和基底信号指数呈正相关，证明研究模型的可用性。

许多常用CAR的高强直信号诱导的CAR-T耗竭

随后，他们用这个细胞系定义了临床上常见的十种CAR，产生了三点发现：第一，在他们的实验中，观察的所有CAR都有基底信号；第二，基底信号强弱的范围非常大；第三，临床上用于血液肿瘤效果比较好的CAR，基底信号较弱，而用于实体肿瘤的CAR效果较差，基底信号较强。

两种优化CAR的策略

王皞鹏团队使用了两种方法来验证静电作用对基底信号的影响。第一种是在培养基中加入盐，盐会包裹电荷，让CAR的正电荷的表面带有负电荷的氯离子，从而屏蔽了电荷之间的相互作用。他们观察后发现，在加入盐后，基底信号较高的CAR开始在细胞膜上均匀分布，不再形成聚集，基底信号指数下降，CAR-T细胞对肿瘤的杀伤力也提高了一倍。“所以我们认为，在培养容易耗竭的CAR-T时，提高盐浓度，将盐浓度调控到最优，可以增强CAR-T的功能。”王皞鹏说。

第二种方法是通过基因改造减小CAR表面的正电荷斑块。将斑块打散，研究人员发现基底信号指数和耗竭指数都下降了，对肿瘤的杀伤力也提高了。

研究意义

总体而言，这一研究表明，由CAR抗原结合域表面电荷密度不均匀分布介导的自主CAR寡聚化诱导CAR强直信号传导。他们还开发了一种生物信息学工具（PCP评分）来量化CAR表面上带正电荷的斑块，作为CAR强直信号的预测因子。为了提高CAR-T的适应性，可以通过基因突变改变PCP的作用或通过调整离体扩增过程中的离子强度来合理微调CAR强直信号的强度。根据我们的发现，产生最佳CAR信号传导的PCP评分可能在46-56左右（分别为CD19M1和GD2F4的PCP评分）。值得注意的是，各种CAR的最佳信号可能与上下文相关，并且在未来的研究中需要确定最佳CAR信号的精确定义。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/3/495591.shtm

https://doi.org/10.1038/s41422-023-00789-0

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。