上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院/國家轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究中心醫(yī)學基因組學國家重點實驗室團隊在 Nature 旗下綜合性科學期刊 Scientific Reports 發(fā)表文章“Transgenic expression of IL?7 regulates CAR?T cell metabolism and enhances in vivo persistence against tumor cells"，發(fā)現(xiàn)在CAR結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入IL-7，增強了CAR-T細胞的持久性，并誘導CAR-T細胞治療后的持久緩解。

研究背景

CAR-T細胞治療已成為一種有前途的新治療方法。然而，CAR-T細胞治療的原發(fā)性和繼發(fā)性耐藥在各種臨床試驗中普遍存在。在隨訪中，30–50%的患者在獲得緩解后可能會復發(fā)。大多數(shù)關(guān)于CAR-T細胞治療耐藥機制的研究都指向抗原丟失、CAR-T細胞功能障礙和缺乏CAR-T細胞持續(xù)性。因而有必要改進CAR結(jié)構(gòu)設(shè)計以克服這些限制，從而臨床效益，如通過優(yōu)化抗原識別和結(jié)合域、共刺激域、通過靶向多種抗原克服抗原逃逸以及用組成性表達的細胞因子武裝CAR。在本研究中，作者在靶向CD19抗原的CAR-T細胞轉(zhuǎn)基因中結(jié)合CD28共刺激信號結(jié)構(gòu)域和IL-7，利用質(zhì)譜流式（CyTOF）和IsoPlexis CodePlex 檢測在體外和體內(nèi)研究將IL-7引入到CAR構(gòu)建對CAR-T細胞抗腫瘤反應的影響。

圖1. 常規(guī)28z-CAR-T 和 28z/IL-7-CAR-T的載體示意圖

研究方法

作者利用體外腫瘤激發(fā)模型研究分泌IL-7的CAR-T細胞的行為和對腫瘤細胞的療效。通過殺傷實驗和IsoPlexis CodePlex芯片檢測了NT T(non-transduced T)細胞、28z-CAR-T細胞和28z/IL-7-CAR-T細胞與腫瘤細胞共培養(yǎng)時釋放到上清中的細胞因子譜。

CodePlex 采用微流控芯片和抗體條形碼技術(shù)，實現(xiàn)對細胞培養(yǎng)上清、血清、血漿、腦脊液、肺泡灌洗液等液體樣本中多重細胞因子的自動化定量檢測。

CodePlex與傳統(tǒng)檢測相比，具有以下優(yōu)勢：

• 全自動檢測和定量分析，手工加樣操作時間不超過5min

• 樣本體積小，僅需5.5ul/孔，11ul/樣本（2個復孔）

• 通量高、速度快，同時檢測達22個因子/樣本，8樣本/芯片

圖2. CodePlex 群組多重因子定量分析芯片和試劑

研究結(jié)果

CodePlex對整體細胞因子分泌譜的評估顯示，28z-CAR-T細胞和28z/IL-7-CAR-T細胞均產(chǎn)生Th1細胞因子和Th2細胞因子，分別包括TNF-α、IFN-γ，以及IL-4、IL-5和IL-13，表明CD4+CAR-T細胞主要由Th1和Th2細胞組成。

為了對CAR-T細胞中的細胞因子譜進行的比較評估，對具有相似細胞因子譜的樣本進行了PCA圖聚類，發(fā)現(xiàn)：

• NT T(未轉(zhuǎn)導)細胞對腫瘤細胞沒有反應，因為它們不表達任何識別腫瘤細胞上同源抗原的受體。

• 僅28z和28z/IL-7 CAR-T細胞在基線時表現(xiàn)出類似的細胞因子譜，很可能繼發(fā)于強直性CAR信號。

• 在存在腫瘤細胞的情況下，28z和28z/IL-7 CAR-T細胞顯示出類似的細胞因子表達譜，與靜息的CAR-T細胞的細胞因子譜不同。

• IL-7分泌也被檢測為28z/IL-7 CAR-T細胞的一個顯著特征，不論腫瘤細胞是不是存在。

圖3. 點圖顯示NT T、28z-CAR-T和28z/IL-7-CAR-T細胞在用或不用Raji細胞共培養(yǎng)后產(chǎn)生的細胞因子，點大小表示細胞因子濃度的log10轉(zhuǎn)化值

圖4. 對NT T、28z-CAR-T和28z/IL-7-CAR-T細胞的細胞因子譜進行PCA分析

研究結(jié)果表明，28z/IL-7 CAR-T細胞表現(xiàn)出與28z CAR-T細胞相當?shù)募毎蜃臃磻?，但具有的持久性能力。T細胞需要具有有效的代謝能力，以產(chǎn)生持久的能量供應，實現(xiàn)更有效的免疫應答，并根據(jù)其分化和記憶狀態(tài)激活不同的代謝途徑。通過深入分析，發(fā)現(xiàn)IL-7將CAR-T細胞維持在分化程度較低的T細胞狀態(tài)，調(diào)節(jié)不同的代謝活動，防止CAR-T細胞耗竭，這可能是CAR-T細胞維持其代謝適應性和抗腫瘤反應的關(guān)鍵。該發(fā)現(xiàn)為利用IL-7信號調(diào)節(jié)和代謝重編程T細胞功能提供了臨床依據(jù)。

參考文獻：

Li, L., Li, Q., Yan, ZX. et al. Transgenic expression of IL-7 regulates CAR-T cell metabolism and enhances in vivo persistence against tumor cells. Sci Rep 12, 12506 (2022).