PNAS：细胞因子偶联可增强T细胞的抗肿瘤疗效

2023-01-20 12:01

近年来，出现了一波过继性细胞疗法（ACT）的浪潮，这是一种免疫疗法，从患者身上获得T细胞（T细胞转移疗法）和其他免疫细胞，然后这些免疫细胞在体外激活和增殖，并以更大的数量输注回患者的血液，以帮助对抗癌症。

在称为CAR-T细胞疗法的过继性细胞疗法中，免疫肿瘤学家还通过基因工程手段将嵌合抗原受体（CAR）导入T细胞中，其中CAR的一部分与特定的肿瘤细胞类型结合，另一部分帮助释放T细胞的肿瘤细胞破坏活性。

CAR-T细胞疗法已进入临床实践，用于治疗免疫系统肿瘤，比如白血病和淋巴瘤，以及最近的多发性骨髓瘤，它影响骨髓中的白血球。然而，T细胞转移疗法尚未成功应用于实体瘤，因为T细胞不容易穿透实体瘤肿块并在其中持续足够长的时间，而且它们的活性被免疫抑制性的肿瘤微环境所削弱。

克服这些限制的方法之一可能是将T细胞转移疗法与细胞因子疗法相结合。细胞因子是由某些免疫细胞分泌的小蛋白，可以增强其他免疫细胞（包括用于转移的T细胞）的肿瘤破坏活性。然而，这种方法的一个严重缺点是细胞因子在体内自由循环而产生的重大副作用，导致毒性和潜在的致命炎症综合征。此外，尽管细胞因子在全身给药时构成了风险，但它们在体内往往被清除得太快，无法产生预期的癌症治疗效果。

如今，在一项新的研究中，来自美国哈佛大学怀斯生物启发工程研究所、哈佛大学工程与应用科学院（SEAS）和丹娜法伯癌症研究院的研究人员开发出一种纳米技术驱动的解决方案来解决这些问题。该方法利用一种非自然的糖，该糖被吸收并整合到T细胞的外部涂层中，然后可以用来锚定细胞因子。相关研究结果近期发表在PNAS期刊上，论文标题为“Cytokine conjugation to enhance T cell therapy”。

这些被锚定的细胞因子在局部增强了T细胞的功能，而不产生不必要的全身性副作用。在患有黑色素瘤（一种侵袭性实体肿瘤）的小鼠中，该方法还刺激了宿主的免疫系统对抗肿瘤细胞，从而抑制了肿瘤的生长。作为CAR-T细胞疗法的补充，它允许在其他非治愈性细胞剂量下完全消退淋巴瘤肿瘤。

论文通讯作者、哈佛大学工程与应用科学院生物工程教授David Mooney博士说，“我们看到的结果表明，朝着开发对实体瘤有疗效的ACT和对多种血癌有更稳定疗效的ACT迈出了一大步。我们的方法可以很容易地扩大规模，并与目前用于制造治疗性T细胞（包括CAR-T细胞）的工艺相结合，因此可能有一个相对较短的路径进入临床应用。”

糖加细胞因子等于增强T细胞疗法

为了能够追踪癌症反应性树突细胞，即在淋巴结中协调更广泛的免疫反应的免疫细胞，Mooney及其研究团队之前开发了一种基于生物材料的方法，使他们能够在活的动物中吸引细胞进入一种三维支架，在那里它们摄取一种合成的反应性糖分子并将它作为细胞表面复杂糖链的构建单元（building unit）。

论文第一作者、Mooney实验室研究生Yutong Liu说，“在我们的新研究中，我们同样利用了细胞的天然糖代谢，但在培养皿中通过纳米颗粒将活性叠氮糖（reactive azido sugar）递送给T细胞。这些T细胞的糖代谢利用了这种糖，并在代谢上将它整合到细胞表面的复杂糖链中。在第二步，利用点击化学（click-chemistry），我们然后利用这种糖分子的叠氮基，将用高度兼容的化学基团[DBCO]修饰的特定细胞因子分子连接到它们身上。只需在培养基中先后加入含糖的纳米颗粒和细胞因子，这使得该方法极其简单，并与过继性细胞制造管道完全兼容。”

在优化了体外培养的T细胞与一系列细胞因子的结合过程，并确保这些T细胞的活力和一般功能不受影响后，这些作者在携带实体黑色素瘤的小鼠身上测试了他们的方法。他们发现，携带抗肿瘤细胞因子白细胞介素-12（IL-12）的黑色素瘤特异性T细胞在非治愈性细胞剂量下明显延迟了肿瘤的生长，并使这些小鼠的寿命延长了50%。相比之下，同样数量的黑色素瘤特异性T细胞的过继转移和IL-12的全身注射产生的效果要弱得多。

这些过继转移的T细胞在这些小鼠体内生存和分化为破坏肿瘤的细胞的能力也有所提高，并涉及其他T细胞类型和免疫细胞，它们在更广泛的肿瘤免疫反应中发挥作用。Liu说，“我们看到在接受黑色素瘤特异性代谢标记的并且偶联着IL-12的T细胞在这些小鼠的脾脏和切除的肿瘤中，辅助性T细胞和细胞毒性T细胞的增加都远远大于我们的对照条件，而且有明显的迹象表明这些细胞的肿瘤特异性活性增加。”

这些作者认为，部分解释可能是树突细胞（DC），它们是更广泛的肿瘤导向免疫反应的关键协调者，偶联着IL-12的黑色素瘤特异性T细胞比没有IL-12的T细胞受到更强烈的刺激。

Liu猜测说，“我们认为，我们的方法可能增强肿瘤特异性免疫周期。首先，过继转移的偶联着IL-12的T细胞分化并杀死肿瘤细胞亚群，导致释放不同的肿瘤特异性抗原释放，所释放的抗原被树突细胞摄取和处理，树突细胞将将它们呈现给附近淋巴结中的其他肿瘤特异性T细胞，然后这些T细胞也侵入肿瘤，直接促进肿瘤细胞的杀死和更多抗原的扩散。”

这些作者观察到的抗原扩散效应可能对治疗实体瘤非常有意义，因为实体瘤通常具有高度异质的细胞组成，因此更难以只通过靶向一种抗原进行攻击。

在这项新研究的最后一部分，这些作者在小鼠异种淋巴瘤模型中采用他们的T细胞方法进行CAR-T细胞治疗。经过代谢标记的偶联着IL-12的CAR-T细胞能够控制肿瘤的发展，并延长之前注射了淋巴瘤细胞的小鼠的生存期，而且在缺乏IL-12的CAR-T细胞无法治愈这些小鼠的剂量下就能实现这一点。

哈佛大学怀斯生物启发工程研究所创世主任Donald Ingber博士说，“癌症免疫治疗新方法为癌症患者提供了巨大的潜力。”

参考资料：

Yutong Liu et al. Cytokine conjugation to enhance T cell therapy. PNAS, 2022, doi: 10.1073/pnas.2213222120.

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来源: qq

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