免疫疗法升级:迟洪波课题组发现延长T细胞存活的关键蛋白

过继性免疫细胞治疗 (Adoptive cell therapy, ACT) 自 1982 年首次被报道以来,迅速成为了肿瘤免疫治疗的主要方法之一。
 
从一开始的杀伤细胞(lymphokine activated killer cell)到今天通过改造 T 细胞而形成嵌合抗原受体的 T 细胞 (chimeric antigen receptor-engineered T cell, CART),ACT 的应用显著提高了晚期癌症患者的生存概率。
 
尽管如此,T 细胞在体内存在时间较短以及在实体瘤聚集较少的这一特性,极大的限制了相关技术的进一步发展。

 

12 月 11 日,来自美国圣犹达儿童研究医院的迟洪波(Hongbo Chi)教授领导团队在 Nature 发表了题为《Targeting REGNASE-1 programs long-lived effector T cells for cancer therapy》研究 1发现了通过调节 REGNASE-1 能够显著延长 T 细胞在实体瘤的聚集与体内的存活时间,并进一步揭示了 REGNASE-1 通过调节 BATF 来延长 T 细胞存活时间的机制,与此同时还发现了 PTPN2 和 SOCS1 两个具有协同作用的靶点。该研究有望极大程度地提高相关肿瘤免疫疗法的治疗效果。

 

图片来源: Nature

 

 

研究内容

 

图片来源: Nature

 

由于此前的研究报道细胞代谢与癌症免疫治疗中的 T 细胞寿命关系密切,研究人员使用 CRISPR–Cas9 诱变筛选技术靶向了 OT-I  Τ 细胞中 3017 个代谢相关的基因,在过继到患癌小鼠后,从小鼠的 B16 黑色素瘤中得到肿瘤浸润性淋巴细胞(tumour-infiltrating lymphocytes,TIL)。

 

图片来源: Nature

 

通过分析这些细胞,研究人员在浸润后发现 218 个下调基因,包括此前被报道与 T 细胞寿命与扩增有关的 Txnrd1,Ldha,Fth1 和 Foxo1,同时还发现了 REGNASE-1 在 TIL 中出现最明显的富集。
 
此前,REGNASE-1 被报道能通过其核糖核酸酶活性激活免疫细胞,但其在 ACT 中的作用依旧未知。

 

研究人员随后敲除了 REGNASE-1,发现不表达 REGNASE-1 的实验组 OT-I 细胞在脾脏和肿瘤中的数量远高于对照组细胞。
 
与此同时,野生型 OT-I 细胞在小鼠体内的数量随着时间推移逐渐减少,而 REGNASE-1 敲除的细胞则能长期存在在小鼠体内,意味着 REGNASE-1 的敲除能有效促进 Τ 细胞在肿瘤内的聚集以及提高其持久性

 

图片来源: Nature

 

研究人员随后评估了敲除 REGNASE-1 对三种不同的 ACT 肿瘤免疫治疗方法疗效的影响。
 
发现在敲除后 REGNASE-1 后,小鼠体内黑色素瘤的生长和存活率都出现了明显的改善,而敲除 REGNASE-1 后的 CAR-T 疗法对白血病的治疗效果也出现了显著的提升。

 

图片来源: Nature

 

为了进一步探究 REGNASE-1 如何调节 Τ 细胞的存活,研究人员对 REGNASE-1 敲除的细胞做了 RNA-seq,发现肿瘤中初始 / 记忆 T 细胞(naive or memory T cells)的富集。
 
而与记忆样 CD 8+ T 细胞 (memory-like CD8+ T cells)形成有关的转录因子 TCF-1 也在 REGNASE-1 敲除的细胞中出现了明显的上调。
 
ATAC-seq 的结果进一步支持了这一观点,说明 REGNASE-1 的敲除在肿瘤微环境中促进 Τ 细胞重编程为初始 / 记忆细胞。

 

通过分析细胞稳态,研究人员也发现 REGNASE-1 敲除的细胞内的细胞周期信号通路出现了明显的下调,它们的增殖也出现了明显的下降。
 
但相对的,其细胞死亡和 DNA 损伤也较之对照细胞更少,证明了敲除 REGNASE-1 能降低细胞增殖和提高细胞存活。

 

尽管 REGNASE-1 敲除的细胞具有记忆细胞的特征,它们同时也具有一些被激活的特征。敲除 REGNASE-1 能在保证细胞存活的同时提高 T 细胞的效应。
 
一系列免疫因子,包括 IFNγ, granzyme B, TNF 和 ΙL2 在内的免疫因子在 REGNASE-1 敲除后出现了明显的上调。
 
这些结果证明敲除 REGNASE-1 能够在保证 T 细胞存活的同时维持其抗肿瘤的活性

 

图片来源: Nature

 

在确认了 REGNASE-1 在细胞层面的作用后,研究人员进行了第二次基因组 CRISPR 筛选,识别出一系列出现了变化的基因。
 
与之前 RNA-seq 的结果进行比对后,研究人员将目光集中在了 2 个基因上,其中一个就是 BATF。
 
进一步研究发现 REGNASE-1 能直接降低 BATF 的表达,而敲除 BATF 能显著降低 REGNASE-1 敲除所导致的 OT-I 细胞聚集,TCF1 上调,以及相关免疫因子的增加。
 
过表达 BATF 则得到了和 REGNASE-1 敲除相似的表型。这些结果证明 BATF 是 REGNASE-1 作用中必不可少的一环

 

研究人员还发现 REGNASE-1 通过调节 BATF 来影响线粒体中的氧化磷酸化,说明 REGNASE-1/BATF 能通过改善线粒体功能来调节 T 细胞的存活与效应

 

图片来源: Nature

 

最后,研究人员还探究了进一步增强 REGNASE-1 相关疗法的可能性。
 
再次使用 CRISPR 筛选,研究人员发现了 Ptpn2 和 Socs1 两个基因,同时敲除 REGNASE-1 和这两个基因能显著增强 REGNASE-1 单敲除的疗效。
 
而且 Ptpn2 和 Socs1 都与 REGNASE-1 的表达以及线粒体功能无关,也不能影响 REGNASE-1 下游的 BATF 的表达。这些不重合的治疗机制说明了它们与 REGNASE-1 相关疗法联用的可能。

 

 

相关研究

 

迟洪波教授是免疫代谢领域的杰出学者,致力于解析细胞代谢如何影响免疫细胞的功能。
 
去年,迟洪波教授在 Nature 发文证明了树突状细胞中线粒体能量代谢与其免疫功能之间的纽带 2

 

图片来源: Nature

 

本次研究迟洪波教授也是从代谢相关基因入手,才找到了 REGNASE-1 这一关键性的蛋白,也发现了它在免疫细胞线粒体功能中不同寻常的作用。

 

而为了提高 CAR-T 疗法和相关肿瘤免疫疗法的疗法,研究人员也致力于打造能在体内持续抗击癌症的 T 细胞。

 

近年来,科学家开始发现一些潜在的靶点。
 
在今年 6 月,来自美国宾夕法尼亚大学的 E. John Wherry 教授也在 Nature 发文,报道了靶向 TOX 可以改善 T 细胞耗竭 3。这个研究同本研究一样也有希望显著提高 CAR-T 疗法的疗效。

 

图片来源: Nature

 

小结

 

REGNASE-1 的发现有希望解决包括 CAR-T 在内的过继性免疫细胞治疗多年以来遇到的瓶颈。
 
此前,限制 T 细胞相关疗法的疗效的主要原因就是 T 细胞在实体瘤的聚集的不足,以及它们存活和功能的持久性,而 REGNASE-1BATF 和其协同基因的出现有可能帮助人类攻克这一难题。

 

该研究通过大规模使用 CRISPR 筛选,将 REGNASE-1 通路及其复杂的机制展现在大家面前,让免疫细胞疗法有了进一步升级的可能。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1821-z

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