中枢神经系统自身免疫患者中抗BCMA CAR T细胞治疗的单细胞分析

2024-07-10 Wed
中枢神经系统（CNS）自身免疫性疾病，如视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSD），是一种以视神经炎和脊髓炎复发为特征的炎症性自身免疫脱髓鞘疾病。尽管在NMOSD的治疗方面取得了重大进展，但仍有部分患者对现有疗法反应不佳，病情反复且难以治愈。这可能是因为当前的治疗方法未能有效针对CNS内在的免疫失调。抗水通道蛋白4（AQP4）免疫球蛋白G（IgG）通过多种途径引发CNS脱髓鞘损伤，包括抗体依赖性细胞介导的细胞毒性和补体依赖性细胞毒性。
嵌合抗原受体（CAR）T细胞治疗在长期控制血液癌症方面显示出潜力，并在某些难治性自身免疫疾病的治疗中初步显示了疗效。然而，CAR T细胞在自身免疫疾病中的作用机制尚不清楚。本文研究旨在通过对接受抗B细胞成熟抗原（BCMA）CAR T细胞治疗的NMOSD患者进行单细胞多组学分析，探讨CAR T细胞在体内的特性及其在自身免疫疾病中的作用。
研究来源本研究由华中科技大学同济医学院附属同济医院神经内科牵头，联合北京同仁医院、南京IASO生物技术有限公司、梅奥诊所等多个机构共同进行。该研究成果发表于2024年5月10日的《Science Immunology》杂志（Qin et al., Sci. Immunol. 9, eadj9730 (2024)）。
研究流程研究设计研究中，研究人员对五名抗AQP4 IgG阳性的难治性/复发性NMOSD患者和五名年龄和性别匹配的健康对照的外周血单个核细胞（PBMCs）和脑脊液（CSF）细胞进行了单细胞转录组、T细胞受体（TCR）和B细胞受体（BCR）数据的生成和分析。共获得113,766个免疫细胞的单细胞转录组数据（来自10个血液样本）和34,098个CSF细胞的单细胞转录组数据（来自10个CSF样本）。
数据处理通过对这些样本进行多组学分析，研究人员识别并分析了T细胞和B细胞的配对序列。研究结果显示，难治性NMOSD患者在CSF中的B细胞增加，但在血液中未见显著变化。相反，NMOSD患者的PB和PC在这两种体液中均显著升高。进一步的分析表明，CSF中的B细胞谱系高度克隆，表明抗原特异性克隆的增殖发生在CSF内。
CAR T细胞分析研究对五名NMOSD患者的CAR T细胞在输注前后的进化轨迹进行了详细的研究。研究发现，抗BCMA CAR T细胞在输注后10天左右达到峰值，然后在1个月内显著下降。通过单细胞TCR测序和CITE-seq分析，研究人员对这些CAR T细胞进行了详细的分群和基因表达分析。结果显示，输注前的CAR T细胞主要是增殖的T细胞，具有CD4+和CD8+表型。输注后，这些细胞主要被效应记忆T细胞（TEM）所取代。
实验结果研究发现，CAR T细胞在输注后的早期（7到14天内）表现出高水平的炎症和细胞毒性相关基因表达，这些基因在后期（21到28天）显著下降。CD4+ CAR T细胞表现出逐渐增加的记忆相关基因表达，而CD8+ CAR T细胞则表现出天然杀伤（NK）样受体的逐渐增加。通过TCR克隆追踪，研究人员发现这些细胞在早期和晚期阶段主要表现为CD8+增殖表型，表明这些细胞在NMOSD治疗中起重要作用。
CAR T细胞在CSF中的渗透通过成像流式细胞术，研究人员观察到抗BCMA CAR T细胞与CSF中的CD138+ PC直接接触，这表明CAR介导的PC杀伤可以在血液和CSF中发生。实验结果显示，血液和CSF中的sBCMA和Ig在输注后3个月内显著降低，表明PCs被消耗，体液免疫被抑制。进一步的单细胞RNA测序结果显示，输注前的CAR T细胞中，富含趋化相关基因的细胞在输注后扩增效果更好。
CAR T细胞对CSF免疫失调的逆转研究表明，CAR T细胞消除CSF中的异常PB/PC后，CSF中的免疫细胞表现出免疫反应、炎症激活和趋化的转录特征显著改善。这表明CAR T细胞治疗后，CSF中的免疫细胞炎症特性得到抑制，免疫功能失调得以逆转。
结论与意义该研究通过详细的单细胞多组学分析，揭示了抗BCMA CAR T细胞在NMOSD治疗中的机制。这些发现为进一步优化CAR T细胞治疗自身免疫疾病提供了重要的科学依据。研究表明，富含CXCR3表达的CAR T细胞在CNS自身免疫治疗中具有更高的疗效，可能通过提高CAR T细胞在CNS中的扩增和PB/PC消耗效率来改善治疗效果。
研究亮点富含CXCR3表达的CAR T细胞在CNS中的渗透和扩增效果显著。这为进一步优化CAR T细胞治疗提供了新的思路。
通过单细胞多组学分析，揭示了CAR T细胞在NMOSD治疗中的详细机制。研究结果表明，CAR T细胞可以逆转CSF中的免疫失调，从而抑制炎症反应。
研究发现了CAR T细胞在输注后的动态变化，包括早期的增殖和炎症激活，以及后期的记忆表型和NK样特征。这些发现为理解CAR T细胞在体内的行为提供了重要线索。
未来研究方向研究人员建议，未来可以进一步探讨富含CXCR3表达的CAR T细胞在其他CNS自身免疫疾病中的应用。同时，需要在更大规模的患者群体中验证这些发现，并探索如何通过基因编辑等手段优化CAR T细胞的特性，以提高其在自身免疫疾病治疗中的持久性和疗效。
总之，这项研究为CAR T细胞在CNS自身免疫疾病治疗中的应用提供了新的见解和方向，具有重要的科学价值和临床意义。