米尔替福辛通过靶向T细胞的生物能量状态重振耗竭的T细胞
学术背景
T细胞耗竭（T cell exhaustion）是免疫治疗领域中的一个重要挑战，尤其是在癌症治疗中。T细胞耗竭通常发生在T细胞长期暴露于抗原刺激的情况下，导致其功能逐渐丧失，表现为效应功能下降、抑制性受体表达增加、表观遗传特征改变、细胞因子产生减少、增殖能力受损以及线粒体呼吸和糖酵解功能抑制。这种现象最初在慢性淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）感染的小鼠模型中被发现，但后来发现其在多种疾病中普遍存在，尤其是恶性肿瘤。耗竭的CD8+ T细胞在表型和功能上具有异质性，其中前体耗竭型T细胞（progenitor-exhausted T cells）仍具有一定的增殖能力，并能对抗PD-1检查点阻断治疗产生反应，而终末耗竭型T细胞（terminally exhausted T cells）则丧失了增殖能力，对现有的免疫治疗手段无反应。
尽管免疫检查点抑制剂（ICBs）和嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）免疫疗法在治疗某些癌症方面取得了显著进展，但T细胞耗竭仍然是限制其疗效的主要障碍。因此，寻找能够逆转T细胞耗竭的药物或策略具有重要的临床意义。
论文来源
本论文由Xingying Zhang、Chenze Zhang、Shan Lu等作者共同完成，研究团队来自中国科学院动物研究所、北京中医药大学、中国人民解放军总医院等多个机构。论文于2024年12月17日发表在《Cell Reports Medicine》期刊上，题为“Miltefosine reinvigorates exhausted T cells by targeting their bioenergetic state”。
研究流程
1. 生成功能低下的CAR-T细胞模型
为了模拟T细胞耗竭状态，研究团队通过多次肿瘤细胞刺激生成功能低下的CAR-T细胞。具体步骤包括： - 使用表达人间皮素（mesothelin）的肺癌细胞系（NCI-H226-luciferase）与CAR-T细胞（M28Z）共培养，比例为1:1。 - 通过多轮刺激，CAR-T细胞逐渐丧失肿瘤杀伤能力，表现出耗竭特征。 - 通过RNA测序（RNA-seq）和流式细胞术分析，验证了这些CAR-T细胞的耗竭表型。
2. 筛选FDA批准的化合物库
研究团队建立了一个基于功能低下的CAR-T细胞模型的高通量药物筛选平台，筛选了1700种FDA批准的小分子化合物。筛选标准是能够增强CAR-T细胞的肿瘤杀伤能力。通过初步筛选和二次验证，最终确定了米尔替福辛（miltefosine）作为候选药物。
3. 米尔替福辛对CAR-T细胞功能的影响
米尔替福辛是一种抗寄生虫药物，研究团队发现它能够显著增强功能低下的CAR-T细胞的肿瘤杀伤能力。进一步的实验表明，米尔替福辛通过恢复CAR-T细胞的糖酵解和氧化磷酸化代谢缺陷，提高了其功能。
4. 单细胞RNA测序分析
通过单细胞RNA测序（scRNA-seq），研究团队发现米尔替福辛处理后的CAR-T细胞中，效应细胞的比例显著增加，而耗竭细胞的比例减少。这表明米尔替福辛能够将CAR-T细胞从耗竭状态转变为功能状态。
5. 米尔替福辛的作用机制
米尔替福辛通过增强CAR-T细胞的糖酵解和葡萄糖摄取能力，恢复了其代谢功能。进一步的研究表明，米尔替福辛的作用依赖于葡萄糖转运蛋白GLUT1。通过药理学和基因敲除实验，研究团队验证了GLUT1在米尔替福辛增强CAR-T细胞功能中的关键作用。
6. 体内实验验证
在异种移植（CDX）和患者来源的异种移植（PDX）小鼠模型中，米尔替福辛显著增强了CAR-T细胞的抗肿瘤效果。特别是在终末耗竭状态下，米尔替福辛仍然能够提高CAR-T细胞的活性，而抗PD-1抗体则无效。
主要结果
- 生成功能低下的CAR-T细胞模型：通过多轮肿瘤细胞刺激，成功生成了具有耗竭特征的CAR-T细胞，并通过RNA-seq和流式细胞术验证了其耗竭表型。
- 筛选出米尔替福辛：通过高通量筛选，米尔替福辛被确定为能够显著增强功能低下的CAR-T细胞肿瘤杀伤能力的候选药物。
- 米尔替福辛恢复CAR-T细胞功能：米尔替福辛通过恢复CAR-T细胞的糖酵解和氧化磷酸化代谢缺陷，提高了其功能。
- 单细胞RNA测序揭示细胞群体变化：米尔替福辛处理后的CAR-T细胞中，效应细胞的比例显著增加，耗竭细胞的比例减少。
- 米尔替福辛的作用机制：米尔替福辛通过增强CAR-T细胞的糖酵解和葡萄糖摄取能力，恢复了其代谢功能，且这一作用依赖于GLUT1。
- 体内实验验证：在CDX和PDX小鼠模型中，米尔替福辛显著增强了CAR-T细胞的抗肿瘤效果，特别是在终末耗竭状态下。
结论
本研究通过建立功能低下的CAR-T细胞模型，筛选出米尔替福辛作为能够逆转T细胞耗竭的候选药物。米尔替福辛通过恢复CAR-T细胞的代谢功能，显著增强了其抗肿瘤效果。这一发现为克服T细胞耗竭、提高CAR-T细胞免疫疗法的疗效提供了新的策略。
研究亮点
- 创新性模型：研究团队通过多轮肿瘤细胞刺激，成功生成了功能低下的CAR-T细胞模型，为研究T细胞耗竭提供了可靠的实验平台。
- 高通量筛选：通过高通量筛选，米尔替福辛被确定为能够逆转T细胞耗竭的候选药物，为免疫治疗提供了新的药物选择。
- 代谢机制研究：米尔替福辛通过恢复CAR-T细胞的糖酵解和氧化磷酸化代谢缺陷，揭示了代谢调控在T细胞耗竭中的重要作用。
- 体内验证：在CDX和PDX小鼠模型中，米尔替福辛显著增强了CAR-T细胞的抗肿瘤效果，特别是在终末耗竭状态下，展示了其临床应用潜力。
研究意义
本研究不仅为理解T细胞耗竭的机制提供了新的视角，还为开发逆转T细胞耗竭的药物提供了重要的实验依据。米尔替福辛作为一种已获FDA批准的药物，具有较好的临床应用前景，未来有望用于提高CAR-T细胞免疫疗法的疗效，尤其是在治疗实体瘤方面。