2017年，無疑是CAR-T大放異彩的一年，諾華的Kymriah和Kite的Yescarta憑借著良好的治療效果，相繼獲批進(jìn)入臨床。
然而，作為一項(xiàng)新興生物技術(shù)，CAR-T也面臨著許多問題。其中，非常關(guān)鍵的一個(gè)問題就是，如何預(yù)測一種CAR-T對于某個(gè)特定患者的療效。畢竟，這些已經(jīng)進(jìn)入臨床的CAR-T并不是百分之百有效；同時(shí)，未來隨著許多不同類型的CAR-T相繼進(jìn)入臨床，醫(yī)生也很有必要為患者挑選一款最合適的產(chǎn)品。
近日，來自美國康奈爾大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院Houston Methodist研究中心微生物學(xué)與免疫學(xué)系的華人學(xué)者劉東方教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一套全新的方案，通過量化免疫突觸的質(zhì)量，來預(yù)測CAR-T的療效，并且證明了這一方案是準(zhǔn)確可行的。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在細(xì)胞子刊《分子治療》雜志上[1]。
劉東方教授
為了更好的理解這一研究，我們需要簡單了解一下目前常規(guī)的CAR-T檢測項(xiàng)目以及CAR-T和免疫突觸之間的關(guān)系。
目前，美國FDA發(fā)布的臨床研究CAR-T比較常用的臨床檢測項(xiàng)目主要包括，CAR轉(zhuǎn)染陽性率以及CAR 基因拷貝數(shù)，IFN-γ釋放，CD4/CD8的比例。這是在臨床上進(jìn)行CAR-T 治療前必須檢測的項(xiàng)目。 然而，這些檢測項(xiàng)目并不能對CAR-T的療效進(jìn)行預(yù)測。
而在臨床前基礎(chǔ)研究中，大多是通過分子生化等常規(guī)經(jīng)典手段（如細(xì)胞因子釋放測定，細(xì)胞毒性殺傷試驗(yàn)等），體外細(xì)胞模型以及體內(nèi)動(dòng)物模型檢測對CAR-T療效進(jìn)行評估預(yù)測[2]。這類方法不僅耗時(shí)耗力，而且重復(fù)性也很差，常常不同實(shí)驗(yàn)室會出現(xiàn)不一致的結(jié)果。
因此，在基礎(chǔ)和臨床科研中，我們迫切需要新的預(yù)測CAR-T療效的策略與方法。
為此，劉教授及其科研團(tuán)隊(duì)想到了免疫突觸。
免疫突觸 (Immunological Synapse, IS)是T細(xì)胞與靶細(xì)胞表面分子之間通過受體－配體相互作用得以緊密接觸，形成了一個(gè)重要行使T細(xì)胞免疫學(xué)功能的精密結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)貫穿了整個(gè)T細(xì)胞的抗原識別，充分活化，以及下游激活事件[3]。也就是說，免疫突觸對免疫反應(yīng)的形成至關(guān)重要。
同時(shí)，在前期研究中，劉教授證實(shí)，CAR-T作為一類經(jīng)過基因修飾賦予免疫細(xì)胞特異性抗原受體的T細(xì)胞群體，能夠有效地與腫瘤抗原結(jié)合，并形成功能性免疫突觸。同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)，不同的CAR-T 細(xì)胞與其相關(guān)的腫瘤細(xì)胞形成的特異性免疫突觸是不同的，它們的質(zhì)量并不一樣。[4,5]
因此， 劉教授推測，CAR-T的免疫突觸的質(zhì)量或可作為一種手段來預(yù)測CAR-T的治療效果。
CAR修飾的免疫細(xì)胞（藍(lán)色）通過免疫突觸與癌細(xì)胞接觸（黃色）
為此，劉教授首先開發(fā)了兩種互補(bǔ)的成像工具，一個(gè)是脂質(zhì)雙分子層（lipid bilayer）免疫熒光顯微技術(shù)，另一個(gè)是垂直細(xì)胞配對系統(tǒng)（vertical cell pairing，VCP)。前者可以幫助人們觀測到CAR-T細(xì)胞形成的免疫突觸的完整結(jié)構(gòu)，并對免疫突觸的四個(gè)指標(biāo)，F(xiàn)-肌動(dòng)蛋白在免疫突觸的熒光強(qiáng)度，腫瘤抗原的聚集，T細(xì)胞裂解顆粒（lytic granules, LGs）的極化以及重要下游信號分子的平均熒光強(qiáng)度進(jìn)行量化。
而后者，可以清晰的觀察到CAR-T細(xì)胞與靶細(xì)胞之間形成的免疫突觸，同時(shí)，這一系統(tǒng)可以一次檢測3000個(gè)免疫突觸，顯著提高了負(fù)載效率。
隨后，劉教授便選擇了人們常用的兩種CAR-T(CD19-CAR 和 kappa-CAR)，以及針對這兩種CAR-T分別設(shè)計(jì)的包含不同共刺激因子的CAR-T（4-1BB-CAR T和CD28-CAR T）進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4-1BB-CAR T形成的免疫突觸無論是在F-肌動(dòng)蛋白的熒光強(qiáng)度，腫瘤抗原的聚集程度還是腫瘤裂解顆粒的極化比例上，都要優(yōu)于CD28-CAR T。也就是說，4-1BB-CAR T的免疫突觸質(zhì)量優(yōu)于CD28-CAR T。
而此前的研究表明，T細(xì)胞的免疫功能依賴于免疫突觸的質(zhì)量[6]。因此，劉教授認(rèn)為，4-1BB-CAR T對腫瘤細(xì)胞的殺傷力優(yōu)于CD28-CAR T。
為此，劉教授首先采用了臨床上檢測CAR-T療效的黃金標(biāo)準(zhǔn)，4小時(shí)鉻51 釋放實(shí)驗(yàn)以及細(xì)胞因子分泌對兩種不同類型的CAR-T進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論是常規(guī)的4小時(shí)鉻51 釋放實(shí)驗(yàn)還是細(xì)胞因子分泌方法，都顯示這兩種CAR-T的抗腫瘤活性沒有顯著性區(qū)別。也就是說，臨床常規(guī)檢測方法并不能準(zhǔn)確預(yù)測CAR-T療效。
然而，當(dāng)劉教授通過長期殺傷實(shí)驗(yàn)來評估這兩種CAR-T的有效性和持續(xù)性時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，對于同一種癌細(xì)胞來說，4-1BB-CAR T對癌細(xì)胞的殺傷力更大，可以更迅速的消滅癌細(xì)胞。同時(shí)，通過長期殺傷性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，4-1BB-CAR T的增殖能力相比于CD28 CAR-T更強(qiáng)。也就是說，事實(shí)上，相比于CD28 CAR-T，4-1BB-CAR T的體外抗癌活性更強(qiáng)。
4-1BB CAR-T的殺傷性（左圖）和增值能力（右圖）明顯優(yōu)于CD28 CAR-T
隨后，劉教授還通過對其他不同類型的CAR-T的免疫突觸質(zhì)量和抗癌活性進(jìn)行了相關(guān)性分析，進(jìn)一步證明了，免疫突觸的質(zhì)量可以有效預(yù)測CAR-T的殺傷活性以及增殖能力。
最后，劉教授還分別在淋巴瘤和實(shí)體瘤小鼠模型中證明了，免疫突觸質(zhì)量與CAR修飾的免疫細(xì)胞對癌細(xì)胞的殺傷力成正相關(guān)。即免疫突觸質(zhì)量越高，對癌細(xì)胞的殺傷力也越強(qiáng)。顯然，這也為癌癥的精準(zhǔn)醫(yī)療提供了一個(gè)有利的方法。
下一步，劉教授還將通過驗(yàn)證已上市或者已經(jīng)正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)的CAR-T類產(chǎn)品，進(jìn)行免疫突觸功能測定試驗(yàn)，推進(jìn)臨床試驗(yàn)。
參考資料： 1.Xiong W, Chen Y, Kang X, et al. Immunological Synapse Predicts Effectiveness of Chimeric Antigen Receptor Cells[J]. Molecular Therapy, 2018, 26(4).