环球简讯:CD:宾大团队发现增强CAR-T细胞抗癌能力的新方法!

来源:奇点糕 | 2022-09-19 15:40:31 |

嵌合抗原受体T细胞免疫疗法(CAR-T)自问世以来,在对B细胞淋巴瘤患者治疗中取得了非常好的临床效果。


(资料图)

然而,超过60%的复发难治型B细胞淋巴瘤(RR-DLBCL)患者,要么对CAR-T疗法不响应,要么治疗后产生耐受,导致疾病再次复发[1]。因此,如何提高CAR-T疗法的抗肿瘤效果,是当前亟待解决的问题。

要回答这个问题,我们首先回顾一下CAR-T疗法消灭肿瘤细胞的作用机制:经改造后的T细胞(CAR-T),识别肿瘤细胞上特异表达的抗原并与之结合,CAR-T细胞随后被激活,并通过死亡受体介导的外源性凋亡通路,穿孔素/颗粒酶B介导的内源性凋亡通路,或者分泌的促炎症细胞因子来诱导癌细胞凋亡[2]

不难想象,肿瘤细胞可以通过下调对凋亡信号的灵敏度来逃避CAR-T细胞的攻击,许多研究也确实证明了这一点。例如,宾夕法尼亚大学的Marco Ruella团队通过基于CRISPR/Cas9的全基因组筛选发现,在肿瘤细胞中敲除死亡受体信号分子FADD或者BID,会导致肿瘤细胞对CAR-T耐受[3]

既然如此,那么增加肿瘤细胞对凋亡信号的灵敏度能不能增强CAR-T的杀伤功能呢?近日,由宾夕法尼亚大学的Marco Ruella领衔的研究团队,在著名期刊Cancer Discovery上发表的文章给出了答案[4]

他们发现,抗凋亡蛋白BCL-2抑制剂能够与CAR-T疗法产生协同作用,更有效的治疗B细胞淋巴瘤。

同时,他们还设计制造了过表达BCL-2或者BCL-2(F104L)突变的CAR-T细胞,发现表达BCL-2不仅能提高CAR-T细胞对BCL-2抑制剂毒性的抵抗能力,还能增强其抗肿瘤能力

总的来说,他们提出并验证了通过同时调节CAR-T细胞和肿瘤细胞的BCL-2信号通路,来提高CAR-T抗肿瘤效果的治疗新思路。

论文首页截图

接下来,我们就一起来看看这项研究是如何开展的。

通过在B细胞前体白血病细胞系(NALM6)中对29个促凋亡药物进行定向筛查,研究人员发现BCL-2抑制剂,包括已经获得FDA批准的维奈克拉,能显著提高CAR-T细胞的肿瘤杀伤功能(75~88%,相较于只使用CAR-T情况下的47~63%)。

鉴于BCL-2和BID在调节细胞凋亡上相反的作用,这一结果从侧面验证了他们在2020年发表的全基因组筛选结果[3]。

此外,维奈克拉与CAR-T细胞的这种协同效应,在其他B细胞淋巴瘤细胞系以及多种急性髓系白血病细胞系中,也得到了验证。这说明,这一联合疗法或许适用于多种癌症。

维奈克拉可以提高CAR-T细胞的抗肿瘤能力

在以OCI-Ly18细胞系为基础的弥漫性大B细胞淋巴瘤动物模型中,维奈克拉和CAR-T细胞的联合使用,能够显著抑制肿瘤的发展,提高小鼠的存活率。

通过对比接受CAR-T和接受维奈克拉+CAR-T的动物肿瘤细胞的转录组,研究人员发现联合疗法能够促进肿瘤细胞凋亡,抑制细胞周期,并增强其对干扰素的响应。

令研究人员意外的是,在以MINO细胞系为基础的套细胞淋巴瘤或者NALM6细胞系为基础的B细胞前体白血病动物模型中,维奈克拉和CAR-T细胞联合使用并没有产生协同效果。为什么会产生这种差异呢?

通过比较不同动物模型实验的差别,研究人员发现,实验结果的差异来源于维奈克拉使用剂量的区别。在维奈克拉耐受型B细胞淋巴瘤动物模型中,长时间和高剂量维奈克拉的使用,会导致对CAR-T细胞的毒性,导致实验后期CAR-T细胞扩增能力下降,抗肿瘤效果消失

不同B细胞淋巴瘤动物模型中维奈克拉对CAR-T疗法的影响

为了绕过这个缺陷,研究人员设计并制造了过表达BCL-2或者BCL-2(F104L)突变的CAR-T细胞。F104L突变可以通过改变BCL-2蛋白对维奈克拉的结合亲和力,来调节细胞对维奈克拉的耐受。

研究人员发现,相较于常规CAR-T细胞,过表达BCL-2或者BCL-2(F104L)突变的CAR-T细胞,对维奈克拉引起的细胞毒性具有显著的抗性

在维奈克拉耐受型B细胞淋巴瘤动物模型中,使用过表达BCL-2或者BCL-2(F104L)突变的CAR-T细胞后,研究人员同样观察到了维奈克拉和CAR-T的协同效果。

过表达BCL-2或者BCL-2(F104L)突变可以提高CAR-T细胞对维奈克拉的抗性

研究人员同时注意到,在不使用维奈克拉的情况下,单独使用过表达BCL-2的CAR-T细胞,比使用常规的CAR-T细胞能产生更长时间的肿瘤控制效果,延长小鼠生存时间,虽然效果不如联合使用维奈克拉和CAR-T明显。

为了弄清楚这一现象背后的机制,研究人员分析对比了常规CAR-T细胞和过表达BCL-2的CAR-T细胞的转录组。

他们发现,在过表达BCL-2的CAR-T细胞中,细胞凋亡信号通路以及I型干扰素通路被分别下调和上调。这意味着,除了增加对维奈克拉的耐受性之外,过表达BCL-2还可以增强CAR-T细胞的存活能力和抗肿瘤能力。对CAR-T细胞持久性的检测和对CAR-T细胞存活能力的检测,也证明了这一点。

使用过表达BCL-2的CAR-T细胞也能一定程度地控制肿瘤发展

通过对多个淋巴瘤临床试验结果的回顾性分析,研究人员发现三个关键点:①肿瘤细胞中的BCL-2染色体增益与CAR-T疗效、患者的无进展生存期以及总生存期呈负相关;②采用维奈克拉桥接治疗后的病人对CAR-T疗法的响应更好;③T细胞中高水平的BCL-2和CAR-T疗效呈正相关。

这些相关性结果从侧面进一步验证了研究人员在动物模型中的发现,即BCL-2介导的细胞凋亡通路,对CAR-T免疫疗法的效果具有重要的调节作用

肿瘤细胞和T细胞中的BCL-2对CAR-T疗效的影响

在研究的最后,研究人员探讨了过表达BCL-2或者BCL-2(F104L)突变的CAR-T细胞,在投入实际临床使用之前要解决的安全问题。

BCL-2作为抗凋亡蛋白,其过表达有可能会导致CAR-T细胞增殖失控,进而发展为外周T细胞淋巴瘤。虽然研究人员在之前的动物模型实验中,并未发现过表达BCL-2或者BCL-2(F104L)突变会导致CAR-T细胞无序增殖,但是为了解决这个潜在的问题,研究人员设计了一种带有基于抗体介导的自杀基因控制元件的BCL-2过表达CAR-T细胞,并验证这一方案的有效性。

总的来说,该研究证实了可以通过分别调节肿瘤细胞(上调)和CAR-T细胞(下调)中BCL-2介导的细胞凋亡,来提高CAR-T免疫疗法的有效性,并为临床上使用该组合疗法提供了思路以及可行性验证。

参考文献:

[1] Schuster SJ, Bishop MR, Tam CS, et al. Tisagenlecleucel in Adult Relapsed or Refractory Diffuse Large B-Cell Lymphoma.N Engl J Med. 2019;380(1):45-56. doi:10.1056/NEJMoa1804980

[2] Larson RC, Maus MV. Recent advances and discoveries in the mechanisms and functions of CAR T cells.Nat Rev Cancer. 2021;21(3):145-161. doi:10.1038/s41568-020-00323-z

[3] Singh N, Lee YG, Shestova O, et al. Impaired Death Receptor Signaling in Leukemia Causes Antigen-Independent Resistance by Inducing CAR T-cell Dysfunction.Cancer Discov. 2020;10(4):552-567. doi:10.1158/2159-8290.CD-19-0813

[4] Lee YG, Guruprasad P, Ghilardi G, et al. Modulation of BCL-2 in both T Cells and Tumor Cells to Enhance Chimeric Antigen Receptor T cell Immunotherapy against Cancer [published online ahead of print, 2022 Jul 29].Cancer Discov. 2022;CD-21-1026. doi:10.1158/2159-8290.CD-21-1026