通过三重敲低CD11a、CD49d和PSGL1降低CAR-T细胞毒性但保持对小鼠实体瘤的活性

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CAR-T細胞 实体瘤 免疫治疗 细胞粘附 细胞迁移

CAR-T细胞治疗实体瘤的毒性降低研究

学术背景

CAR-T（嵌合抗原受体T细胞）疗法在治疗血液系统恶性肿瘤方面取得了显著进展，但在实体瘤治疗中的应用却面临重大挑战。实体瘤通常缺乏肿瘤特异性抗原（TSAs），CAR-T细胞可能会攻击表达目标抗原的正常组织，导致“靶向非肿瘤毒性”（on-target, off-tumor toxicity）。这种毒性在临床实践中尤为严重，可能危及患者生命。例如，针对碳酸酐酶IX（CAIX）的CAR-T细胞在治疗转移性肾细胞癌时，导致了严重的肝毒性；而针对HER2的CAR-T细胞在治疗转移性结直肠癌时，引发了急性呼吸窘迫综合征并导致患者死亡。因此，如何有效降低CAR-T细胞的“靶向非肿瘤毒性”成为当前研究的重点。

论文来源

该研究由Hongye Wang、Zhaorong Wu、Dan Cui等多位作者共同完成，他们来自上海交通大学医学院附属仁济医院、上海癌症研究所、苏州Immunofoco生物技术有限公司等多个机构。论文于2025年1月22日发表在《Science Translational Medicine》期刊上，题目为《Triple knockdown of CD11a, CD49d, and PSGL1 in T cells reduces CAR-T cell toxicity but preserves activity against solid tumors in mice》。

研究流程与结果

1. 研究设计与目标

该研究旨在通过同时敲低T细胞中的CD11a、CD49d和PSGL1基因，降低CAR-T细胞的“靶向非肿瘤毒性”，同时保留其对实体瘤的抗肿瘤活性。研究团队首先通过抗体阻断和基因编辑技术探索了这些分子在CAR-T细胞迁移和毒性中的作用，并最终开发了一种低毒性的CAR-T细胞疗法。

2. 实验流程与结果

a) 抗体阻断实验

研究团队首先通过抗体阻断实验发现，同时阻断淋巴细胞功能相关抗原-1（LFA-1）和极晚期抗原-4（VLA-4）可以显著降低CAR-T细胞的“靶向非肿瘤毒性”。实验分别在免疫缺陷小鼠（NSG小鼠）和免疫健全小鼠（BALB/c小鼠）中进行，结果显示，联合阻断LFA-1和VLA-4的小鼠存活率显著提高，体重下降幅度减小，且肝脏和肺部的CAR-T细胞浸润减少。

b) 基因敲除与敲低实验

为了将这一发现转化为临床应用，研究团队采用了CRISPR-Cas9技术敲除CAR-T细胞中的CD11a和CD49d基因，或通过RNA干扰技术敲低CD11a、CD49d和PSGL1（P-选择素糖蛋白配体1）基因。结果显示，敲除或敲低这些基因的CAR-T细胞在体内外实验中均表现出较低的毒性，同时保留了抗肿瘤活性。此外，敲低这些基因还促进了T细胞记忆的形成，减少了CAR-T细胞的“持续性信号”（tonic signaling）。

c) 体内外功能验证

研究团队进一步验证了这种低毒性CAR-T细胞的体内外功能。在体外实验中，敲低CD11a、CD49d和PSGL1的CAR-T细胞表现出更强的细胞毒性和更低的衰竭标志物表达。在体内实验中，这些CAR-T细胞在小鼠模型中显著降低了“靶向非肿瘤毒性”，同时有效抑制了肿瘤生长。特别是在HCT116和N87肿瘤模型中，敲低基因的CAR-T细胞表现出与对照组相当的抗肿瘤活性，且小鼠的生存期显著延长。

d) 机制研究

研究团队还对敲低这些基因的CAR-T细胞进行了机制研究。RNA测序结果显示，敲低CD11a、CD49d和PSGL1的CAR-T细胞中，与T细胞衰竭相关的基因表达降低，而与T细胞记忆形成和存活相关的基因表达升高。基因集富集分析（GSEA）也显示，敲低基因的CAR-T细胞在氧化磷酸化和T细胞激活相关通路中表现出显著变化。此外，敲低这些基因还减少了CAR-T细胞与内皮细胞的黏附和跨内皮迁移能力，从而降低了其对正常组织的浸润。

研究结论

该研究通过同时敲低CAR-T细胞中的CD11a、CD49d和PSGL1基因，成功降低了CAR-T细胞的“靶向非肿瘤毒性”，同时保留了其抗肿瘤活性。这种低毒性CAR-T细胞在体内外实验中均表现出显著的治疗效果，为CAR-T疗法在实体瘤中的应用提供了新的解决方案。

研究亮点

  1. 创新性方法：该研究首次通过同时敲低多个细胞黏附和迁移相关基因来降低CAR-T细胞的毒性，为CAR-T疗法的优化提供了新思路。
  2. 显著的临床价值：这种低毒性CAR-T细胞在多个小鼠模型中均表现出显著的治疗效果，为实体瘤的CAR-T治疗提供了潜在的临床应用前景。
  3. 深入机制研究：该研究不仅验证了低毒性CAR-T细胞的效果，还深入分析了其背后的分子机制，为后续研究提供了重要的理论依据。

研究意义

该研究为CAR-T疗法在实体瘤中的应用提供了重要的科学依据，开辟了通过基因编辑技术优化CAR-T细胞的新途径。未来，这种低毒性CAR-T细胞有望在临床实践中得到广泛应用，为更多癌症患者带来希望。此外，该研究还为进一步探索CAR-T细胞的迁移、活化和衰竭机制提供了新的研究方向。