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原创 Science子刊：华人科学家开发工程光可控CAR-T细胞用于癌症免疫治疗

陈婉仪认证写手

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2020.02.20 15:40

很难鉴定出高度特异性的实体瘤理想抗原，以使CAR-T细胞仅靶向这些病变的肿瘤部位而不会攻击正常器官和组织。因此，迫切需要设计可以在时空上进行高精度控制的CAR-T细胞。

2020年2月20日/医麦客新闻 eMedClub News/--嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法是一种有前途的治疗癌症的新方法。它涉及收集患者的T细胞并对它们进行基因工程改造，以使其表面表达能够识别靶癌细胞抗原的特殊受体。然后，将经过改造的T细胞重新注入患者体内，以发现并攻击在其表面具有目标抗原的细胞。

尽管这种方法对某些类型的血液癌和淋巴瘤效果很好，但迄今为止对实体瘤效果不佳。原因之一是因为许多靶向的癌症抗原也在健康细胞上表达。当注入的CAR-T细胞被在心脏、肝脏或肺中表达低水平靶抗原的正常细胞激活时，这种脱靶（on-target/off-tumor）毒性尤其致命，可能导致死亡。其次，即使具有特定的肿瘤靶向性，大剂量的CAR-T细胞输注也会发生细胞因子释放综合征和肿瘤溶解综合征。此外，由于不同患者中T细胞应答，持久性和副作用的变化，预测最佳输注细胞数仍然是一个挑战。

近日，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的生物工程师开发了一种控制系统，有望使CAR-T细胞疗法在治疗癌症时更安全，更有效。为了创建此类细胞，Wang和他的团队安装了一个接通开关，该开关可使他们在体内特定位置激活CAR-T细胞。该开关使用位于CAR-T细胞内部的两种工程蛋白，当暴露于一秒的蓝光脉冲时会结合。一旦结合在一起，这些蛋白质就会触发抗原靶向受体的表达。在小鼠模型中，这种工程T细胞能破坏小鼠皮肤肿瘤，而又不损害健康组织。

该工作于2月19日发表在Science Advances上，作者包括著名华人科学家王英晓（Yingxiao Wang）和钱煦（Shu Chien）。

钱煦(左二)和王英晓(左四)(图片来源：ucsd)

加州大学圣地亚哥分校雅各布分校生物工程学教授、该研究的通讯作者王英晓表示：“很难鉴定出高度特异性的实体瘤理想抗原，以使CAR-T细胞仅靶向这些病变的肿瘤部位而不会攻击正常器官和组织。因此，迫切需要设计可以在时空上进行高精度控制的CAR-T细胞。”

为此，在发生不良事件时，有研究已使用自杀开关和抑制性皮质类固醇使输注的CAR-T细胞失能。但是，这些关闭开关旨在永久性下调CAR-T细胞的活性，这将限制所需的肿瘤杀死作用。或者，将分离的CAR工程化为在存在小分子药物的情况下组装成功能齐全的CAR。还开发了抑制性CAR（iCAR），synNotch和一种分离、通用、可编程式（split universal programmable, SUPRA）CAR，以提供对CAR-T治疗的时机和剂量的更多控制。但是，这些基于小分子的二聚化策略缺乏局限的组织特异性，这主要是由于小分子的扩散所致。时间分辨率还受到细胞渗透和扩散所需时间的限制，这部分归因于将这些分子递送至体内研究所需的特定组织部位的困难。

相比之下，使用光感受器进行基因编码的二聚体可以通过具有高时空分辨率的光线对蛋白质-蛋白质相互作用进行局部、无创和可逆的控制，使其成为基因调控系统的理想候选者。红光或红外光系统由于其长波长而具有很强的组织穿透力，因此非常适合治疗应用。然而，它们中的大多数需要生色团的外源供应或几种细菌或植物酶的表达。此外，该研究团队使用PhyB-PIF6红光系统进行的初始测试未实现强大的光激活基因表达，这使其无法使用这些系统。

据报道，基于蓝光的CRY2-CIB1系统对蓝光刺激快速，可逆且高度敏感，适用于控制基因表达。但是，CRY2（cryptochrome 2）–CIB1（cryptochrome-interacting basic-helix-loop-helix 1）对在异二聚化中具有很高的背景。在这里，研究人员开发了一个光诱导核易位和二聚化（LINTAD）基因激活系统，整合了CRY2-CIB1对与基于LOV2（light-oxygen-voltage-sensing domain 2）的光诱导核定位信号（ NLS）biLINuS，以减少非特异性CRY2和CIB1二聚化产生的固有背景噪声。

LINTAD基因激活系统的示意图（图片来源：Science Advances）

研究证明，具有脉冲光刺激模式的LINTAD系统可以调节多种哺乳动物细胞系中各种靶功能基因的表达。此外，他们改进了LINTAD系统，以在低拷贝数的基因盒中实现最佳的基因调控，这种条件与人类原代T细胞的细胞功能兼容。这些经过改良的LINTAD系统和诱导型CAR工程改造的T细胞在体内外均实现了对肿瘤细胞杀伤的无创控制。因此，这项工作中开发的LINTAD系统可以用作基因调控的通用工具，并应用于可控的基于细胞的癌症免疫治疗中。