上海科技大学张辉团队：用嵌合抗原受体巨噬细胞靶向心脏纤维化

2024年8月13日，上海科技大学张辉团队在期刊《Cell Discovery》上发表了题为“Targeting cardiac fibrosis with chimeric antigen receptor macrophages”的研究论文。本研究表明，BMDM的过继转移CAR-P型在AngII/PE诱导的心脏损伤模型中，靶向FAP肌成纤维细胞，可减少心脏纤维化并改善心脏功能。

https://www.nature.com/articles/s41421-024-00718-4

研究背景

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肌成纤维细胞免疫治疗消融的最新进展，取得了可喜的成果。FAP是一种由受损心脏中的肌成纤维细胞强烈表达的细胞表面糖蛋白，在血管紧张素II和去氧肾上腺素（AngII/PE）诱导的高血压心脏损伤小鼠模型中，显著减少了心脏纤维化并改善了心脏功能。此外，通过在T细胞靶向脂质纳米颗粒中递送编码靶向FAP的CAR的修饰mRNA，对CAR T细胞进行体内重编程，还可以缓解心脏纤维化并改善AngII/PE诱导的心脏损伤后的心脏功能。这些结果表明，靶向肌成纤维细胞的CAR T细胞，在心脏纤维化治疗中具有治疗潜力。

CAR T细胞疗法在肿瘤治疗中遇到了许多挑战，例如对致密细胞外基质的浸润有限、肿瘤微环境中的耗竭、脱靶效应，以及肿瘤内的异质性。近年来，表达CAR的巨噬细胞（CAR-M）在肿瘤学领域，引起了越来越多的关注。与CAR T细胞相比，CAR-M细胞具有卓越的浸润能力，使其能够更有效地穿透致密组织。除了吞噬作用外，巨噬细胞还可以直接释放细胞毒性颗粒和细胞因子，具有抗原呈递能力，并调节其他免疫细胞。它们有限的循环时间，可能会在治疗过程中降低风险，并提高安全性。然而，CAR-M细胞在心血管疾病中的应用，仍未得到探索。CAR-M细胞消除肌成纤维细胞和减轻受伤心脏心脏纤维化的潜力，仍不确定。

据报道，FAP是损伤后心肌成纤维细胞的标志物，在其他心细胞类型中无法检测到表达。在用AngII/PE处理的小鼠的其他器官中，观察到很少的FAP细胞。因此，团队靶向FAP成纤维细胞，并制定了吞噬作用CAR策略（CAR-P），旨在指导巨噬细胞吞噬FAP肌成纤维细胞。团队还开发了一种缺乏吞噬细胞信号结构域的对照CAR分子（CAR-C）和一种具有扰乱scFV的加扰CAR分子（CAR-S），两者都可以作为与CAR-P的比较。

研究进展

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为了研究CAR-P的可行性，团队生产了表达CAR-P的巨噬细胞，并检查了它们在体外吞噬FAP靶细胞的能力。使用慢病毒构建体将CAR-P、CAR-C和CAR-S分子稳定转导到RAW264.7（RAW）鼠巨噬细胞中。同样，将FAP-P2A-mCherry-CaaX和mCherry-CaaX引入HEK293T（293 T）细胞中。FAP通过P2A与mCherry的融合，使mCherry荧光成为FAP表达的代理。CaaX基序确保了mCherry在细胞膜上的定位。CAR表达RAW巨噬细胞和珠子的共培养实验表明，CAR表达对RAW巨噬细胞的一般吞噬作用没有显著影响。

团队将表达CAR的RAW巨噬细胞与293个T靶细胞共培养，以评估巨噬细胞的吞噬作用。团队发现，RAW的很大一部分CAR-P型巨噬细胞，在与293T共培养后含有一个或多个完全内化的mCherry囊泡+FAP-m樱桃细胞。相比之下，在RAW中检测到的mCherry囊泡较少+CAR-P型。在某些情况下，RAWCAR-P型巨噬细胞吞噬了整个293TFAP-m樱桃细胞。CAR-P增强了RAW巨噬细胞吞噬FAP过表达的小鼠胚胎成纤维细胞的能力，以及THP-1单核细胞来源的人巨噬细胞吞噬293T的能力FAP-m樱桃细胞。总体而言，这些数据证明了巨噬细胞在体外对FAP靶细胞的吞噬作用。

FAP CAR-M细胞可减少心脏纤维化。

团队利用CAR-M，来减少心脏暴露于AngII/PE后的心脏纤维化。两个BMDMCAR-C型和BMDMCAR-P型在最后一次BMDM注射后3天，在心脏中可以检测到细胞。它们在初始AngII/PE治疗后4周，浸润心肌的纤维化区域 。很少有BMDMCAR-C型和BMDMCAR-P型在非心脏器官中发现了细胞，包括肝脏、肺、肾脏、肠道和睾丸。在初次AngII/PE治疗后4周检查心脏纤维化时，BMDMCAR-P型与对照组相比，减少了心脏纤维化。

团队研究了与FAP CAR-M治疗相关的潜在毒性。非心脏器官的组织学分析发现，接受FAP CAR-M细胞治疗的小鼠没有显著差异。与仅AngII/PE组相比，BMDMCAR-P型治疗没有显著提高血清细胞因子水平，但显示出较低浓度的炎症趋化因子C-C基序趋化因子配体5。CD3、CD9和髓过氧化物酶免疫染色结果显示，BMDMCAR-P型在初始AngII/PE治疗后 4 周，治疗并未增强额外的免疫细胞浸润到心脏中。

大多数BMDMCAR-P型细胞，表现出Ly6C低和ARG1表型，表明它们在体外具有类似M2的特征。收养转移后，大多数BMDM+CAR-P型细胞在初始AngII/PE处理后4周，保持其ARG1表达，表明在体内转化为M1巨噬细胞的程度最低。

团队还评估了CAR-M治疗在长时间内的毒性。经过9周的AngII/PE治疗后，BMDMCAR-P型治疗对非心脏器官的体重、存活率或组织形态，没有显著影响。然而，小鼠给予BMDMCAR-P型表现出改善的心脏功能，包括射血分数增加、分数缩短，以及收缩末期容积和左心室收缩末期尺寸减少。很少的BMDMCAR-C型或BMDMCAR-P型在初次AngII/PE治疗后9周，在心脏或血液中鉴定出细胞。在初始AngII/PE治疗后9周，心脏中没有观察到额外的免疫细胞浸润。

研究结论

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本研究表明，BMDM的过继转移CAR-P型在AngII/PE诱导的心脏损伤模型中，靶向FAP肌成纤维细胞，可减少心脏纤维化并改善心脏功能。这些发现为靶向心脏纤维化的CAR-M细胞的临床应用建立了概念验证，开创了心血管医学的新研究方向，为进一步研究和推进奠定了基础。

但是，本研究仍然存在一些局限性。例如，缺乏BMDM的体内证据+CAR-P型直接靶向FAP的细胞。鉴于当前的技术局限性，直接监测CAR-M对小鼠心脏中FAP细胞的吞噬过程，具有挑战性。科学界应进一步开展研究，优化CAR-M策略。例如，除了Megf10之外，科学界还报道了其他几种吞噬细胞受体，这可能作为更有效的肌成纤维细胞清除介质。此外，优化CAR-M的抗原靶标可能会更显著地减少纤维化重塑，从而改善损伤后的心脏功能。

参考资料：

1.Travers, J. G., Kamal, F. A., Robbins, J., Yutzey, K. E. & Blaxall, B. C. Circ. Res. 118, 1021–1040 (2016).

2.Gibb, A. A., Lazaropoulos, M. P. & Elrod, J. W. Circ. Res. 127, 427–447 (2020).