摘要:在与癌症的漫长战争中,嵌合抗原受体T细胞疗法(Chimeric Antigen receptor T-Cell therapy, CAR-T)无疑是近年来最耀眼的明星之一。它如同一支经过基因编辑的“生物导弹”部队,能够精准识别并摧毁癌细胞,尤其在治疗某些血液肿
引言
在与癌症的漫长战争中,嵌合抗原受体T细胞疗法(Chimeric Antigen receptor T-Cell therapy, CAR-T)无疑是近年来最耀眼的明星之一。它如同一支经过基因编辑的“生物导弹”部队,能够精准识别并摧毁癌细胞,尤其在治疗某些血液肿瘤方面取得了前所未有的成功。然而,这支战功赫赫的“特种部队”却面临着一个巨大的挑战:它必须“量身定制”。目前的CAR-T疗法大多是自体(autologous)的,即从患者体内提取T细胞,在体外进行改造和扩增,再回输到患者体内。这个过程不仅成本高昂、周期漫长(通常需要数周),而且对于一些病情危重、自身T细胞状态不佳的患者来说,根本无法实施。
因此,开发一种“即取即用”的通用型(allogeneic)CAR-T细胞疗法,成为了全球研究人员竞相追逐的圣杯。通用型CAR-T细胞来自健康的捐赠者,可以提前制备、严格质控并冷冻储存,像货架上的药品一样随时取用,极大地降低了成本和治疗门槛。然而,理想通往现实的道路上,横亘着两座难以逾越的大山:移植物抗宿主病(Graft-versus-Host Disease, GvHD)和宿主抗移植物(Host-versus-Graft, HvG)排斥反应。前者是“引狼入室”,供体的T细胞攻击患者的正常组织;后者是“强龙难压地头蛇”,患者的免疫系统将外来的CAR-T细胞视为异己并清除。
为了解决这些问题,主流策略是敲除CAR-T细胞表面的T细胞受体(T-cell receptor, TCR),这相当于卸下了这支“外籍军团”识别“非我”的雷达,从而避免了GvHD。但新的问题随之而来:失去了TCR的CAR-T细胞似乎变成了无根之木,在患者体内的长期持久性(persistence)大打折扣,最终影响了疗效。我们是否陷入了一个两难的困境:想要安全,就得牺牲持久性;想要持久,又难以控制GvHD的风险?
8月21日,《Cell》的研究报道“Glycan shielding enables TCR-sufficient allogeneic CAR-T therapy”,为我们提供了一个跳出思维定式的巧妙方案。研究人员发现,通过敲除一个名为SPPL3的基因,可以为CAR-T细胞披上一件特制的“糖衣铠甲”。这件铠甲不仅能帮助细胞躲避宿主免疫系统的攻击,还能巧妙地“隐藏”TCR,在保留其促进细胞存活功能的同时,显著降低GvHD的风险。这项工作不仅为通用型CAR-T疗法开辟了全新的道路,更向我们展示了细胞表面聚糖(glycan)在免疫调控中的巨大潜力。
要理解这项研究的精髓,我们先来回顾下通用型CAR-T面临的核心矛盾。想象一下,我们将一支来自健康捐赠者(Donor A)的T细胞军团,注入到患者(Patient B)体内。这支军团的每个士兵(T细胞)都带有一个身份识别器——TCR。
首先是移植物抗宿主病(GvHD)。T细胞军团的TCR会扫描患者体内的所有细胞。由于捐赠者和患者的组织相容性抗原(Human Leukocyte Antigen, HLA)不同,这支军团会把患者的正常细胞,如皮肤、肠道和肝脏细胞,当作“敌人”并发起猛烈攻击。这是一场致命的“内战”,严重时可危及生命。
其次是宿主抗移植物(HvG)排斥。患者自身的免疫系统,包括他自己的T细胞和自然杀伤(Natural Killer, NK)细胞,同样拥有强大的防御能力。它们也会识别出这支外来的CAR-T军团是“非我族类”,并对其进行围剿。这导致CAR-T细胞在进入患者体内后不久便被清除,无法形成持久的战斗力,癌症也因此得以喘息和复发。
传统的解决方案是“釜底抽薪”——通过基因编辑技术敲除CAR-T细胞的TCR基因。没有了TCR这个“身份识别器”,CAR-T细胞就不会攻击宿主,GvHD的风险得以控制。然而,越来越多的证据表明,TCR不仅仅是一个攻击开关,它还能持续地传递微弱的“tonic signaling”信号,这对于T细胞的长期存活和维持功能至关重要。敲除了TCR,虽然解决了GvHD,却也可能削弱了CAR-T细胞的“续航能力”,导致其在与癌细胞的持久战中败下阵来。
那么,有没有一种方法,既能让CAR-T细胞“放下武器”不对宿主产生伤害,又能保留其内在的生存优势呢?这正是这项新研究试图解答的核心问题。
面对这个复杂的生物学难题,研究人员没有依赖于猜想,而是采用了一种更强大、更无偏倚的策略——全基因组CRISPR筛选。他们构建了一个庞大的“基因敲除突变库”,其中包含了针对人类基因组中几乎所有基因的“基因剪刀”(sgRNA)。随后,他们将这个突变库导入人类原代T细胞中,创造出数以万计、每一种都缺失了特定基因的T细胞群体。
接下来,他们为这些T细胞设置了三场严酷的“生存挑战赛”,旨在筛选出那些最擅长“隐身”和“生存”的细胞:
第一关:逃避T细胞的识别。T细胞之间的相互识别主要依赖于HLA分子。研究人员筛选那些因基因敲除而导致细胞表面HLA表达量显著降低的T细胞。这些细胞就像是在战场上脱掉了军装,更难被敌方(宿主T细胞)识别。
第二关:抵抗NK细胞的追杀。NK细胞是免疫系统的“巡逻警察”,它们擅长识别并清除那些HLA分子“丢失”的异常细胞(即“失踪自我”识别机制)。这是敲低HLA策略通常会遇到的一个悖论:躲过了T细胞,却引来了NK细胞。因此,研究人员专门筛选那些即使在HLA表达降低后,依然能抵抗NK细胞攻击的T细胞。
第三关:抵御“自杀”指令。在免疫应答过程中,T细胞之间会通过Fas和FasL分子相互作用,诱导过度活化的T细胞凋亡(Activation-Induced Cell Death, AICD),这是一种维持免疫平衡的机制。在CAR-T治疗中,这种机制也可能导致CAR-T细胞过早死亡。研究人员筛选了那些对FasL诱导的凋亡具有抗性的T细胞。
当三场挑战赛的结果汇总时,一个基因的名字——SPPL3(Signal peptide peptidase-like 3),赫然出现在所有榜单的前列。这意味着,敲除SPPL3基因的T细胞,同时获得了降低HLA表达、抵抗NK细胞杀伤和抵抗凋亡这三项宝贵的“超能力”。这一发现如同在茫茫大海中找到了那根决定性的绣花针,为后续的研究指明了方向。
SPPL3究竟是何方神圣?它是一种位于高尔基体中的蛋白酶,其功能类似于细胞内蛋白质修饰流水线上的一名“质检员”。具体来说,它通过剪切和释放细胞内的糖基转移酶,间接调控着细胞表面蛋白质的糖基化(glycosylation)过程。糖基化,通俗地说,就是给蛋白质穿上各式各样的“糖衣”。
当研究人员敲除SPPL3基因后,这位“质检员”缺席了,导致细胞表面的糖基化模式发生了巨大改变。通过质谱分析,他们发现SPPL3敲除的T细胞表面覆盖了更多、更复杂的N-聚糖(N-glycans),并且唾液酸(sialic acid)的含量也显著增加。唾液酸是一种带负电荷的糖类,能像一层静电屏障一样,减少细胞间的相互作用。正是这层厚重而复杂的“糖衣”,构成了我们所说的“糖衣铠甲”,赋予了CAR-T细胞前所未有的免疫逃逸能力。
这件“糖衣铠甲”具体是如何发挥作用的呢?
首先,它提供了对宿主T细胞和NK细胞的双重防护。实验数据显示,与普通T细胞相比,SPPL3敲除的T细胞在混合淋巴细胞反应(mixed lymphocyte reaction, MLR)中刺激异体T细胞增殖的能力显著下降。同时,流式细胞术检测显示,其表面能够被抗HLA-ABC抗体识别的位点也减少了。这意味着,这层“糖衣”有效地屏蔽了HLA分子,降低了其被宿主T细胞TCR识别的概率。
更巧妙的是,这件“铠甲”还能抵御NK细胞的攻击。通常情况下,HLA表达下调会触发NK细胞的“失踪自我”杀伤。然而,SPPL3敲除的T细胞却表现出对NK细胞杀伤的明显抗性。进一步研究发现,这层糖衣也屏蔽了NK细胞活化受体(如NKG2D)的配体,从而关闭了NK细胞的攻击信号。这样一来,SPPL3敲除的CAR-T细胞既不会被宿主的T细胞轻易识别,也不会成为NK细胞的靶子,实现了完美的“隐身”。
其次,也是最关键的一点,它实现了对TCR功能的精细调控。研究人员通过糖基化蛋白质组学分析发现,SPPL3的缺失显著改变了TCR/CD3复合体上的聚糖结构,增加了其糖基化的复杂度和数量。这种物理上的改变,直接导致了TCR复合体被部分“掩埋”在这层厚厚的糖衣之下。一个直接的证据是,使用抗TCRβ链的抗体进行染色,发现SPPL3敲除的T细胞表面TCR的检出信号显著低于对照组。
这正是整个策略的点睛之笔!它没有粗暴地将TCR完全去除,而是通过“糖衣铠甲”对其进行物理屏蔽,减弱了(attenuated)而非消除了TCR的信号。这种减弱的信号,足以大幅降低GvHD的风险。在人源化小鼠模型中,接受SPPL3敲除、TCR完整的CAR-T细胞的动物,其GvHD评分显著低于接受普通CAR-T细胞的对照组,体重维持得更好,生存期也更长。与此同时,被保留下来的TCR依然能够发挥其促进细胞存活和增殖的“基石”作用。
在实验室中验证了SPPL3的强大功能后,研究团队首先推进了一项相对保守的临床试验(NCT06014073)。他们制备了同时敲除SPPL3和TCR的“双敲”通用型CAR-T细胞,用于治疗9名复发/难治性B细胞非霍奇金淋巴瘤患者。
临床结果令人振奋。该疗法表现出良好的安全性,在28天内未观察到剂量限制性毒性(DLTs)和GvHD。在疗效方面,客观缓解率(ORR)达到了100%,其中66.7%的患者获得了完全缓解(CR)。这初步证明了SPPL3敲除策略在人体内的安全性和有效性。
然而,一个意想不到的观察结果,让研究人员对TCR的作用有了全新的思考。尽管输注的CAR-T产品中,TCR阳性的细胞比例被严格控制在0.3%以下,但在后续的检测中,研究人员惊讶地发现,在10名患者(包含1例同情用药)中的7名体内,这些极其微量的、TCR完整的“残余”CAR-T细胞竟然出现了显著的扩增,在某些患者体内甚至扩增了超过100倍!
这个“反常”现象如同一道闪电,照亮了前方的迷雾。它强烈暗示,即使是在异体环境中,TCR的存在对于CAR-T细胞的长期持久性也至关重要。传统的TCR敲除策略,可能在追求安全的同时,无意中也丢掉了让CAR-T细胞在体内“安家立业”的关键因子。这一“从临床到基础的逆向转化研究”(reverse translational research)的发现,成为了一个关键的转折点,促使研究人员做出了一个更大胆的决定。
基于临床试验的意外发现和实验室中关于“糖衣铠甲”能够屏蔽TCR的证据,一个全新的、更简洁的策略应运而生:我们能否只敲除SPPL3,而完整地保留TCR?
这个想法极具颠覆性,因为它直接挑战了通用型CAR-T必须敲除TCR的行业“金标准”。但科学的魅力就在于不断地证伪与迭代。
为了验证这一设想,研究人员首先在小鼠模型中进行了关键实验。他们将TCR敲除的T细胞和TCR完整的T细胞共同注入小鼠体内,发现在接下来的几周里,TCR敲除细胞的比例持续下降,证明其在体内的竞争和生存能力确实较弱。
随后,他们构建了仅敲除SPPL3、保留TCR的(TCR-sufficient)新型通用CAR-T细胞,并在GvHD模型中验证了其安全性。结果证实,与未经修饰的CAR-T细胞相比,这种新型CAR-T细胞诱发的GvHD症状要轻得多。
至此,所有的临床前证据都指向了一个令人兴奋的结论:单单敲除SPPL3,似乎就能在安全性和持久性之间达成完美的平衡。“糖衣铠甲”策略不仅能让CAR-T细胞逃避免疫排斥,还能通过物理屏蔽来“驯服”TCR,使其“为我所用”而不“惹是生非”。
理论和动物实验的成功,最终需要通过人体的检验。研究团队为三位病情严重、常规治疗无效的淋巴瘤或白血病患者,提供了基于该新策略的同情用药治疗。这三位患者的治疗过程,为我们展示了“糖衣铠甲”通用型CAR-T疗法的真实潜力。
其中,患者C01的故事尤为典型。她是一位33岁的弥漫性大B细胞淋巴瘤患者,既往已接受过多种治疗但病情仍在进展。她接受了来自一位HLA部分不匹配捐赠者的、仅敲除SPPL3的CAR-T细胞输注。
治疗效果是显著的。输注后1个月,PET-CT扫描显示她体内的肿瘤病灶几乎完全消失,达到了完全缓解,并且这一疗效持续了至少6个月。在整个治疗期间,患者体内的B细胞数量持续受到抑制,这表明CAR-T细胞一直在发挥着有效的肿瘤监视作用。
更令人关注的是安全性。患者在治疗早期出现了一些发热和皮疹等症状。但经过仔细的病理学和免疫学分析,研究人员确认这并非典型的GvHD。皮疹是自限性的,没有累及内脏,组织活检也未发现典型的GvHD病理特征。研究团队将这种独特的、由供体和宿主T细胞之间温和、相互作用引起的炎症反应,定义为一种新的临床综合征——双向异基因T细胞反应综合征(Bidirectional Allogeneic T-cell Reaction Syndrome, BATCRS)。这与传统GvHD有着本质区别,其症状更可控,且无需强力的免疫抑制治疗。
最重要的是,研究人员从这位患者的骨髓和皮疹部位分离出了CAR-T细胞,并证实了它们在人体内依然保持着SPPL3敲除后的“糖衣铠甲”表型:HLA-I和Fas分子的表达降低,而代表唾液酸水平的SNA凝集素结合能力增强。这些来自人体的直接证据,有力地证明了“糖衣铠甲”策略在真实世界中的稳定性和有效性。
另外两位患者也取得了令人鼓舞的疗效。特别是患者C03,他患有高危的B细胞急性淋巴细胞白血病,并且与捐赠者完全HLA不匹配(0/12位点相合)。在接受治疗后,他同样实现了微小残留病(MRD)阴性的完全缓解,且仅出现了轻微、可控的副作用。这一案例极大地拓展了通用型CAR-T疗法的应用边界,表明“糖衣铠甲”策略即使在最大HLA差异的背景下,依然可能有效。
这项发表于《细胞》的研究,无疑是细胞治疗领域的一项里程碑式进展。它为通用型CAR-T疗法的发展提供了一个全新的、极具潜力的方向。通过巧妙地利用细胞自身的糖基化修饰系统,研究人员为CAR-T细胞打造了一件多功能的“糖衣铠甲”,成功地解决了长期困扰该领域的安全与持久性的核心矛盾。
这项工作至少带来了三个层面的深刻启示:
1. 策略的革新:“聚糖屏蔽”(Glycan shielding)不再局限于简单的免疫检查点抑制或基因敲除,而是通过改变细胞的物理“外观”来重塑其与免疫系统的互动模式。这为开发下一代智能免疫疗法提供了新的设计思路。
2. 理念的颠覆:研究结果有力地挑战了通用型CAR-T必须敲除TCR的固有观念。它向我们证明,“调控”优于“去除”。通过减弱而非消除TCR信号,我们或许能在保留T细胞最佳生物学特性的前提下,实现安全有效的治疗。
3. 未来的希望:这项技术的成功,预示着一个真正“货架化”的CAR-T时代正在加速到来。当CAR-T疗法能够像常规药物一样被大规模生产、储存和运输时,它的价格将大幅下降,惠及全球数以百万计的癌症患者。
当然,正如所有开创性的研究一样,这项工作也开启了更多新的问题。SPPL3在细胞生物学中的全部功能网络是怎样的?这种“糖衣铠甲”策略是否能应用于实体瘤的治疗?BATCRS背后的详细免疫学机制又是什么?这些问题的答案,将是未来研究的重要方向。
科学的进步,正是在这样不断地提出问题、解决矛盾、颠覆旧识、建立新知的螺旋式上升中实现的。今天,我们有幸见证了通用型CAR-T疗法迈出的坚实一步,它让我们有理由相信,在不远的未来,这场与癌症的战争,我们将拥有更强大、更普惠的武器。
参考文献
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00910-9
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来源:生物探索一点号1