近年来,嵌合抗原受体T(chimeric antigen receptor modified T, CAR-T)细胞在治疗难治性白血病和淋巴瘤患者方面取得了显著成功【1-3】。截至目前,已有5款CAR-T疗法获FDA批准,靶向疾病包括复发难治B淋巴细胞白血病、大B细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤等。然而,仍有相当一部分患者在接受CAR-T细胞治疗后面临复发。CAR-T细胞自身的功能障碍,如T细胞耗竭,是导致复发的重要原因之一【4】。如何减少CAR-T细胞耗竭,是维持疗效的关键,也是亟待解决的国际性难题。
1月14日,威尼斯电子游戏大厅血液与免疫疾病方向首席科学家/威尼斯电子游戏大厅医学院附属第一医院院长黄河教授、威尼斯电子游戏大厅/威尼斯电子游戏大厅医学院钱鹏旭研究员、威尼斯电子游戏大厅医学院附属第一医院胡永仙主任医师合作在Advanced Science杂志上合作发表了题为 Inhibition of Calcium Signaling Prevents Exhaustion and Enhances Anti-Leukemia Efficacy of CAR-T Cells via SOCE-Calcineurin-NFAT and Glycolysis Pathways 的研究论文,报道了调节CAR-T细胞中的 SOCE-Calcineurin-NFAT通路显著抑制CAR-T细胞耗竭,从而产生具有增强抗肿瘤效力的CAR产品。
有报道称,CAR-T细胞的早期耗竭主要是由细胞表面的CAR分子相互聚集触发的持续信号传导引起的【5】。研究者首先对自然培养第6天的T细胞、CAR-T细胞和自然培养第12天的CAR-T细胞进行了转录组的分析。GO富集分析发现,差异表达基因(DEGs)除了富集在细胞增殖、活化、杀伤等通路中,钙离子调节通路在CAR-T-d12组中呈现显著上调。研究者于是测量了不同培养时间和不同分化阶段的CAR-T细胞中的胞质钙浓度,发现与对照相比,培养 12 天或在效应阶段的CAR-T细胞的钙浓度显著增加。总结而言,研究者将胞质钙含量定义为T细胞活化的指标,并可通过这个指标来区分CAR-T细胞耗竭和分化程度。
该研究中,研究者应用了不同类型钙离子抑制剂,发现SOCE抑制剂可以有效地调节细胞内钙离子浓度。更重要的是,该研究发现,SOCE抑制剂BTP-2可显著抑制并逆转由CAR自发信号或肿瘤抗原刺激引起的CAR-T细胞活化、耗竭和终末分化。BTP-2预处理的培养方案制备的CAR-T细胞在急淋白血病小鼠模型中展现出更加优越的杀伤肿瘤效果和体内维持持久性,对体内CAR-T细胞进行流式测定,也进一步证实了CAR-T细胞数目的增加、耗竭相关分子及终末分化水平的降低。
研究者进一步通过RNA测序分析,GO富集发现BTP-2处理组有若干条代谢相关通路下调,包括“response to oxygen levels”,“NAD biosynthetic process”,“canonical glycolysis”等,GSEA分析同样证实了糖酵解通路在BTP-2组的显著下调。为了证实SOCE-Calcineurin-NFAT通路在其中的作用,研究者对细胞质和细胞核内的NFATc2进行了测定,发现BTP-2处理和FK506(calcineurin/NFAT抑制剂)处理呈现相同的趋势,均阻止了NFAT从细胞质向细胞核的转运,并发现 FK-506 处理对CAR-T细胞耗竭和终末分化也有很强的抑制作用。后续代谢物的检测、糖酵解速率功能测定、糖酵解相关酶的RNA水平检测均证实了BTP-2处理组和FK-506处理组都降低了糖酵解水平。概括而言,该研究证实了SOCE-Calcineurin-NFAT通路通过控制糖酵解来调节CAR-T细胞的耗竭和分化。
综上所述,该研究发现了减弱钙信号可使CAR-T细胞抵抗耗竭、有利于提高功能细胞的持久性,并获得高效的抗肿瘤功能。同时强调了SOCE-Calcineurin-NFAT途径和代谢途径(糖酵解)对CAR-T细胞功能的调控作用。该研究为临床应用提供了相当的潜力,有望改善患者预后。
威尼斯电子游戏大厅医学院博士生邵谧、滕心怡、郭欣为本文的共同第一作者,黄河、钱鹏旭、胡永仙为本文的共同通讯作者。
参考文献:
1 Maude, S. L. et al. Chimeric antigen receptor T cells for sustained remissions in leukemia. N Engl J Med 371, 1507-1517, doi:10.1056/NEJMoa1407222 (2014).
2 Hu, Y. et al. Potent Anti-leukemia Activities of Chimeric Antigen Receptor-Modified T Cells against CD19 in Chinese Patients with Relapsed/Refractory Acute Lymphocytic Leukemia. Clin Cancer Res 23, 3297-3306, doi:10.1158/1078-0432.CCR-16-1799 (2017).
3 Wang, M. et al. KTE-X19 CAR T-Cell Therapy in Relapsed or Refractory Mantle-Cell Lymphoma. N Engl J Med 382, 1331-1342, doi:10.1056/NEJMoa1914347 (2020).
4 Fraietta, J. A. et al. Determinants of response and resistance to CD19 chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapy of chronic lymphocytic leukemia. Nat Med 24, 563-571, doi:10.1038/s41591-018-0010-1 (2018).
5 Long, A. H. et al. 4-1BB costimulation ameliorates T cell exhaustion induced by tonic signaling of chimeric antigen receptors. Nat Med 21, 581-590, doi:10.1038/nm.3838 (2015).