学术经纬

提高 CAR-T 疗效新策略,《细胞》子刊:调节这一代谢通路有作用

撰文 | 王希晨   责编 | 周叶斌
CAR-T细胞疗法是一种将嵌合抗原受体(CAR)导入T细胞,使T细胞获得特异性识别和杀伤肿瘤细胞的能力的技术。腺苷(Ado)是一种免疫抑制性核苷,在肿瘤微环境中起着重要作用。CD39和CD73是Ado生成的关键酶。过去的研究表明功能衰竭的CAR-T细胞表面表达CD39和CD73,可以通过生成Ado来介导免疫抑制。但是如何防止Ado介导的免疫抑制,从而提高CAR-T细胞的功效,仍有待探寻。
近日,由斯坦福大学医学院 Crystal L. Mackall 团队发表于 Cancer Cell 的题为Inosine induces stemness features in CAR-T cells and enhances potency 的文章,发现通过直接补充或过表达腺苷脱氨酶,可增加肌苷(INO)水平,从而增强CAR-T细胞的功能和干性。

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首先,CD39是CAR-T细胞功能减弱的标志。大量耗竭的CD39+ CAR-T细胞共表达CD73,产生腺苷(Ado)并通过A2aR介导免疫抑制。而腺苷脱氨酶(ADA)可将腺苷(Ado)分解为肌苷(INO),从而减少Ado介导的免疫抑制。为此,研究设置了ADA过表达的实验组(ADA-OE)。针对转录组学和表型特征的研究发现,腺苷脱氨酶的过表达(ADA-OE)增加了CAR-T细胞的干性特征,降低了终末分化。

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与对照组相比,ADA-OE诱导与干性相关的基因上调,与效应功能相关的基因和耗竭相关的基因下调。
接着,在体外实验中,为了测试肌苷(INO)是否可以调节慢性活化CAR-T细胞的干性,研究团队在无葡萄糖条件下,使用含有11mM肌苷(INO)的培养基培养CAR-T细胞。结果发现,与对照组相比,INO可上调与干性相关的转录本, INO增加了CAR-T细胞的干性特征,增强了CAR-T细胞的功能,并消除了慢性活化CAR-T细胞的免疫抑制,且不依赖于葡萄糖的存在。
Image肌苷(INO)在体外诱导干细胞并增强CAR - T细胞的功能
然后,研究团队进行了体内实验。在Nalm6-GD2白血病模型中, HA-INO-与HA-CAR-T细胞相比,肿瘤生长延迟,总生存率提高。在针对CD19白血病的应激测试中,INO处理的CD19-CAR-T细胞在体内也表现出更高的抗肿瘤活性。另外,在Her2-CAR骨肉瘤模型中,亦能观察到在接受Her2-INO-CAR治疗17天后,小鼠血液中的循环T细胞比对照Her2-CAR-T细胞多10倍。这些结果表明INO在血液系统和实体瘤中均可增强CAR-T细胞的抗肿瘤能力和持久性。
Image肌苷(INO)在体内增强CAR-T细胞抗肿瘤功能
接下来,研究团队探索了INO对CAR-T细胞代谢的影响。通过单细胞蛋白组学分析发现,INO可减少CAR-T细胞糖酵解途径相关酶的表达,增加谷氨酰胺酶和多胺代谢酶的表达,提示INO可重新编程CAR-T细胞的代谢。
Image肌苷(INO)可重新编程精疲力竭的CAR-T细胞的代谢
另外,在表观遗传学方面,INO通过增加多胺代谢诱导表观遗传重编程HA-CAR-T细胞,ATAC-seq结果显示INO诱导广泛的染色质可及性变化,也证明了INO提升了CAR-T细胞的干性。

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INO通过增加多胺代谢诱导表观遗传重编程HA-CAR-T细胞
此外,在大规模临床级生产方面,与使用标准葡萄糖基培养基制造的细胞相比,使用INO培养基大大提升了CAR产品的质量,符合临床标准。
Image临床规模生产GD2-CAR-T细胞使用含有INO的培养基提高了CAR产品的质量
总之,本研究探究了腺苷(Ado)在CAR-T细胞衰竭中的作用,以及通过细胞内途径增强CAR-T细胞疗效的可能性。结果发现,过表达腺苷脱氨酶(ADA)或使用肌苷(INO)可显著改变CAR-T细胞的转录组、表型和功能,增加CAR-T细胞的多胺代谢,改变细胞的代谢重编程和表观遗传状况,显著增强CAR-T细胞的功能和干性。
此外,作者证明了在GMP级制备过程中使用肌苷(INO)培养基扩增CAR-T细胞的可行性。这些CAR-T细胞表现出增强的体内和体外抗肿瘤活性。总体而言,本研究确定了在GMP细胞制造过程中引入INO是一种可行的策略,可以生成更强效的CAR-T细胞。

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*本文由深圳市拾玉儿童公益基金会“儿童肿瘤前沿”团队编译或约稿,文中图表均源引自文献原文。本文著作权归文章作者所有,欢迎个人转发分享,未经允许禁止转载,作者拥有所有法定权利,违者必究。如需转载,请留言或联系[email protected]。本文旨在分享儿童肿瘤科研前沿成果,不是治疗方案推荐。如需获得疾病治疗方案指导,请前往正规医院就诊。

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原文摘要(Abstract)

Adenosine (Ado) mediates immune suppression in the tumor microenvironment and exhausted CD8+ CAR-T cells express CD39 and CD73, which mediate proximal steps in Ado generation. Here, we sought to enhance CAR-T cell potency by knocking out CD39, CD73, or adenosine receptor 2a (A2aR) but observed only modest effects. In contrast, overexpression of Ado deaminase (ADA-OE), which metabolizes Ado to inosine (INO), induced stemness and enhanced CAR-T functionality. Similarly, CAR-T cell exposure to INO augmented function and induced features of stemness. INO induced profound metabolic reprogramming, diminishing glycolysis, increasing mitochondrial and glycolytic capacity, glutaminolysis and polyamine synthesis, and reprogrammed the epigenome toward greater stemness. Clinical scale manufacturing using INO generated enhanced potency CAR-T cell products meeting criteria for clinical dosing. These results identify INO as a potent modulator of CAR-T cell metabolism and epigenetic stemness programming and deliver an enhanced potency platform for cell manufacturing.

DOI: 10.1016/j.ccell.2024.01.002

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