未來CAR-T治療的新思路:優(yōu)化T細(xì)胞亞群的特性來提高治療效果

間充質(zhì)干細(xì)胞、免疫細(xì)胞、外泌體源頭實驗室
01
介紹

細(xì)胞免疫療法,如CAR-T,一種使用表達(dá)靶向腫瘤抗原的基于抗體的嵌合抗原受體的T細(xì)胞的療法,是針對不同類型的血液惡性腫瘤以及實體癌的有效療法

CAR-T(最初稱為T體)是指表達(dá)抗原特異性或基于抗體的嵌合受體的T細(xì)胞,具有抗體特異性和T細(xì)胞效應(yīng)子或調(diào)節(jié)功能,由Eshhar和他在以色列魏茨曼科學(xué)研究所的同事于20世紀(jì)80年代首次描述

CAR結(jié)合了抗體的單鏈可變片段(scFv),驅(qū)動針對腫瘤抗原的特異性。一旦CAR-T結(jié)合腫瘤抗原,T細(xì)胞增殖和擴(kuò)增被激活,T細(xì)胞細(xì)胞毒性功能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡

未來CAR-T治療的新思路:優(yōu)化T細(xì)胞亞群的特性來提高治療效果

圖1嵌合抗原受體構(gòu)建體的結(jié)構(gòu),顯示了第一代、第二代和第三代CAR結(jié)構(gòu)。第一代汽車只有一個激活域,第二代CAR有一個激活域和一個共刺激域,第三代CAR有一個激活域和兩個共刺激域。

最近的多項研究強(qiáng)調(diào)了在CAR-T細(xì)胞免疫療法中,分析T細(xì)胞亞群的功能和個體患者的T細(xì)胞譜之間的差異的重要性。

T細(xì)胞亞群的多個方面,包括:CD4+CD8+細(xì)胞亞群和分化;記憶和效應(yīng)T細(xì)胞功能;細(xì)胞外T細(xì)胞標(biāo)記物;T細(xì)胞的遺傳、表觀遺傳和代謝信號通路。作用于CAR-T細(xì)胞免疫治療中,提供改善CAR-T免疫治療的前景。

02
CD4和CD8細(xì)胞亞群

T細(xì)胞在胸腺中成熟,表達(dá)TCR
(T細(xì)胞受體),在其表面表達(dá)CD8蛋白,稱為CD8+T細(xì)胞(細(xì)胞毒性),在表面表達(dá)CD4蛋白的被稱為CD4+T細(xì)胞(輔助T細(xì)胞)。

2.1
CD4+細(xì)胞亞群

CD4+細(xì)胞分化成不同的亞群:Th1、Th2、Th9、Th17、Th22、Treg(調(diào)節(jié)性T細(xì)胞)和Tfh(濾泡輔助性T細(xì)胞),如圖2所示

未來CAR-T治療的新思路:優(yōu)化T細(xì)胞亞群的特性來提高治療效果

圖2不同的CD4+t細(xì)胞亞群。不同的CD4+不同的細(xì)胞因子從初始T細(xì)胞產(chǎn)生亞群,每個CD4+亞群產(chǎn)生不同類型的白細(xì)胞介素。

Th1細(xì)胞:
Th1細(xì)胞參與細(xì)胞免疫應(yīng)答以及抵御病原微生物感染,包括促進(jìn)細(xì)胞毒性T細(xì)胞的增殖分化,促進(jìn)巨噬細(xì)胞的吞噬功能。Th1細(xì)胞的特征性轉(zhuǎn)錄因子為T-bet,分泌IL-2, IFN-γ, TNF-α, LT-α。Th1的促炎特性使其具有清除病原微生物和抗腫瘤免疫力,但是另一方面Th1和IFN-γ會導(dǎo)致炎癥性疾病(如炎癥性腸病)和自身免疫性疾病(如I型糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎)。

Th2細(xì)胞:
Th2細(xì)胞參與體液免疫應(yīng)答以及抵御寄生蟲感染,包括促進(jìn)B細(xì)胞增殖分化為漿細(xì)胞,產(chǎn)生抗體。Th1細(xì)胞的特征性轉(zhuǎn)錄因子為GATA3,分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13等細(xì)胞因子。過度的Th2反應(yīng)與過敏和哮喘有關(guān)。

Th9細(xì)胞:
Th9是一類輔助性T細(xì)胞,在抵御細(xì)胞外寄生蟲方面發(fā)揮作用。Th9分泌大量的IL-9和IL-10。新的研究發(fā)現(xiàn)Th9與腫瘤進(jìn)展有關(guān),可能發(fā)揮抗腫瘤和促腫瘤雙重作用,Th9也與某些炎癥性疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。

Th17細(xì)胞:

Th17細(xì)胞參與炎癥應(yīng)答和抵御胞外病原微生物(尤其是在腸道、呼吸道黏膜)。Th17細(xì)胞的特征性轉(zhuǎn)錄因子為RORγt,分泌IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22和IL-26。Th17與多種自身免疫性疾病有關(guān),如多發(fā)性硬化癥、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎,銀屑病,炎癥性腸病等。

Th22細(xì)胞:

Th22是一類參與皮膚免疫的輔助性T細(xì)胞,分泌IL-22、不產(chǎn)生IL-17,表達(dá)芳香烴受體(ARH)和CCR10。Th22與多種自身免疫性疾病有關(guān),如包括類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、銀屑病、多發(fā)性硬化等。

Tfh細(xì)胞:

Tfh(濾泡輔助性T細(xì)胞)輔助B細(xì)胞在生發(fā)中心的存活與增殖,促進(jìn)B細(xì)胞向漿細(xì)胞分化、抗體類別轉(zhuǎn)換和抗體親和力成熟。Tfh表達(dá)Bcl-6和CXCR5。

Treg細(xì)胞:

Treg(調(diào)節(jié)性T細(xì)胞)是一類可對免疫應(yīng)答進(jìn)行負(fù)調(diào)控的細(xì)胞,其最突出的功能是維持自身耐受和免疫穩(wěn)態(tài)。Treg根據(jù)起源可分為nTreg(自然調(diào)節(jié)性T細(xì)胞)和iTreg(誘導(dǎo)型調(diào)節(jié)性T細(xì)胞)。Treg表達(dá)CD25、Foxp3,低表達(dá)或不表達(dá)CD127。Treg的功能異常會導(dǎo)致多種自身免疫和炎性疾病。

2.2
CD8+細(xì)胞亞群

CD8+細(xì)胞隨著分化,形成不同亞群,顯示在下圖3。

未來CAR-T治療的新思路:優(yōu)化T細(xì)胞亞群的特性來提高治療效果

圖3
CD8的分化細(xì)胞亞群:TN幼稚T細(xì)胞,TSCM記憶T細(xì)胞,TCM中央記憶T細(xì)胞,TEM效應(yīng)記憶細(xì)胞,TEFF效應(yīng)T細(xì)胞。

TN細(xì)胞:

TN細(xì)胞是指未經(jīng)分化的幼稚T細(xì)胞,通常是在胸腺內(nèi)產(chǎn)生的并且在進(jìn)入外周血液系統(tǒng)之前,這些細(xì)胞還不具備抗原特異性,尚未接受信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和增殖,無法進(jìn)行深刻的免疫反應(yīng)。TN細(xì)胞通常表達(dá)CD45RO的低水平,CD27
/ CD28。它們的關(guān)鍵作用是為后續(xù)的T細(xì)胞分化和進(jìn)化做好準(zhǔn)備。

TSCM細(xì)胞:
TSCM細(xì)胞是一個全新的、相對成熟的T細(xì)胞亞群,有稱之為“免疫記憶一級細(xì)胞(Immunological
Memory Stem
cells)”。TSCM細(xì)胞表現(xiàn)出中等至高強(qiáng)度的表面CD45RA和CD62L,同時也表達(dá)了干細(xì)胞標(biāo)記物CD34和CD133。TSCM細(xì)胞有著高度的自我更新和自我擴(kuò)增能力,以及良好的免疫記憶能力。它們可以在長時間內(nèi)維持著多能性,隨著身體的需要進(jìn)化為TCM、TEM、T
effector和TN細(xì)胞。

TCM細(xì)胞:
TCM細(xì)胞是中央記憶T細(xì)胞,這類細(xì)胞主要存在于淋巴結(jié)和脾臟中。TCM細(xì)胞是具有記憶性的CD45RO、CD62L的T細(xì)胞亞群,其免疫學(xué)特征是表達(dá)CD62L
/ CCR7受體,是長期外周循環(huán)的T細(xì)胞記憶池,在淋巴結(jié)中發(fā)揮重要作用,能夠快速定位全身各處的免疫受體抗原(antigen
receptors)。

TEM細(xì)胞:
TEM細(xì)胞是效應(yīng)性記憶T細(xì)胞的重要組成部分,這類細(xì)胞是CD45RO高表達(dá)的T細(xì)胞,具有表面CD95、CD122、CD44、CXCR3、CCR5、CD11a、CD2、CD8α等特點(diǎn)。TEM細(xì)胞比TCM更容易穿過組織障壁,有著強(qiáng)大的遷移和棲息能力,特別是有較高的直接殺傷作用,從而有效對抗病原體。

TEFF細(xì)胞:
T效應(yīng)細(xì)胞是免疫系統(tǒng)最主要的細(xì)胞類型之一,主要負(fù)責(zé)發(fā)揮炎癥反應(yīng)和抗原特異性的功能。TEFF細(xì)胞被激活后,會立即向外分泌各種細(xì)胞因子,如細(xì)胞因子、趨化因子等,引起炎性細(xì)胞浸潤和傷害。

03
不同T細(xì)胞亞群的作用

CAR-T療法是針對血液系統(tǒng)惡性腫瘤的非常有效的免疫療法,面臨的挑戰(zhàn)之一是如何設(shè)計T細(xì)胞,使其對Treg細(xì)胞具有抗性,并抑制抗腫瘤信號傳導(dǎo),并增加T細(xì)胞效應(yīng)子和記憶功能,以增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)

因此我們需要分析和研究個體患者的CD4/CD8比率及其亞群的T細(xì)胞譜,目的是改善效應(yīng)細(xì)胞和記憶功能,增加T細(xì)胞的持久性,以進(jìn)行有效的CAR-T細(xì)胞治療。

有多個途徑可以提高CAR-T細(xì)胞治療效果(如圖4),包括有:

未來CAR-T治療的新思路:優(yōu)化T細(xì)胞亞群的特性來提高治療效果

圖4提高CAR-T細(xì)胞治療效果的不同潛在途徑

PART.1
選擇不同的T細(xì)胞亞群,尋找個體化的T細(xì)胞譜。根據(jù)患者的T細(xì)胞亞群分析,選擇最適合的T細(xì)胞亞群來制作CAR-T細(xì)胞。例如,在B細(xì)胞淋巴瘤患者中,CD8+
T細(xì)胞相對較少,因此需要使用CD4+
T細(xì)胞。

PART.2
增加對Treg細(xì)胞的抑制。Treg細(xì)胞可以抑制有效的免疫應(yīng)答,因此通過選擇破壞Treg細(xì)胞的CAR-T細(xì)胞,可以提高治療效果。

PART.3
抑制免疫檢查點(diǎn),如PD-1和CTLA-4,可增強(qiáng)免疫應(yīng)答,從而提升療效。這是現(xiàn)代免疫治療的常用策略,可以增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞殺菌作用,同時減少其在體內(nèi)的耐藥性。

PART.4
調(diào)整T細(xì)胞代謝,可以增強(qiáng)細(xì)胞的存活能力、殺傷能力和治療效果。例如,在制作CAR-T細(xì)胞時,添加一些細(xì)胞增殖因子和抗氧化物,可以延長CAR-T細(xì)胞的壽命,同時提高其殺傷基因改造的靶細(xì)胞的能力。

PART.5
不同細(xì)胞因子和共刺激CAR結(jié)構(gòu)域的組合可用于增加CAR-T細(xì)胞治療的功效。例如,通過結(jié)合CD28和4-1BB結(jié)構(gòu)域,可以增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞的存活和殺傷基因改造的靶細(xì)胞的能力,同時減少CAR-T細(xì)胞的表觀耗損。

另外特別需要考慮的方面是,由于患者的T細(xì)胞譜與健康人的不同,并且在患者之間有所不同,這表明需要個體化的T細(xì)胞亞群譜和個體化的免疫治療來有效治療癌癥。

04
結(jié)論和展望

上文顯示了T細(xì)胞分化的復(fù)雜性。

由于CAR-T療法核心就是從從癌癥患者血液中提取出用于擴(kuò)增的T細(xì)胞,因此應(yīng)當(dāng)分析CD4/CD8的比率,以及記憶標(biāo)記物如CD45RA、CD45RO和其它標(biāo)記物如CD26、CD95、CCR-7和CD62L,以選擇不同比率的不同T細(xì)胞亞群,在臨床試驗中進(jìn)行研究,以獲得更有效和個性化的治療。

應(yīng)分析分選的CD4或CD8細(xì)胞群和T細(xì)胞亞群,它們具有特定的記憶或干細(xì)胞記憶標(biāo)記以及遺傳、表觀遺傳和代謝特征,并結(jié)合免疫檢查點(diǎn)抑制劑,用于調(diào)節(jié)CAR-T治療的療效

只有這樣,才能在未來更有效地尋找并制備出臨床最佳CAR-T。

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