2022-06-28

Nature | 合成IL-9受体加强过继细胞治疗

原创 风不止步 图灵基因 2022-06-28 10:04 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学机制

撰文：风不止步

IF=49.962

推荐度：⭐⭐⭐⭐⭐

亮点：

文章通过使用嵌合正交细胞因子受体重新利用IL-9R信号传导，使T细胞获得新的功能，从而提高对实体瘤的抗肿瘤活性。

2022年6月8日，美国加利福尼亚大学的Anusha Kalbasi博士等人在《Nature》上发表了一篇“Potentiating adoptive cell therapy using synthetic IL-9 receptors”的文章，文章表明合成受体信号赋予过继治疗T细胞以新的功能，从而克服治疗实体瘤的主要障碍。通过嵌合的正交IL-2Rβ-ECD-IL-9R-ICD（o9R）发出信号的T细胞因同时激活STAT1、STAT3和STAT5而被区分，并具有干细胞记忆和感染性T细胞的特征。

使用过继转移的基因工程T细胞疗法在造血性恶性肿瘤患者中显示出较好的抗肿瘤活性，但对实体瘤患者的益处有限。主要限制是过继转移的T细胞在体内的扩增和持久性较差，需要进行淋巴耗竭性调理化疗--一种限制患者资格的有毒方案。合成细胞因子受体信号可以重新改进T细胞，使其具有干性表型，从而可以克服这些限制，并在小鼠模型和人类中表现出更好的抗肿瘤活性。

正交细胞因子受体是原始细胞因子受体的突变形式，可选择性地与原始细胞因子的突变形式结合。正交小鼠IL-2细胞因子受体对（oIL-2和o2R）已经证明它可以选择性地在体内调控过继转移的T细胞，用于癌症免疫治疗。正交小鼠IL-2受体（o2R）由IL-2Rβ链组成，它有一个改良的细胞外结构域(ECD)，能选择性地结合oIL-2，而不是野生型IL-2（图1）。同样，oIL-2也不能与野生型IL-2受体结合，但是正交型和野生型IL-2受体都与野生型γc结合。利用oIL-2系统的模块化性质，研究γc细胞因子受体家族其他成员的治疗潜力。通过用γc细胞因子IL-4、IL-7、IL-9和IL-21的受体的细胞内结构域(ICD)替换o2R的ICD，创造嵌合的正交受体，其中包含小鼠oIL-2结合的ECD与每个γc细胞因子家族受体的ICD融合。 IL-9R是γc细胞因子受体家族中研究较少的成员，由肥大细胞、记忆B细胞、先天淋巴细胞和造血祖细胞自然表达。由于没有IL-9R的表达，活化的小鼠T细胞不支持IL-9信号，强调这些细胞中o9R信号的非正统性。通过o9R（以及o21R）信号传导的T细胞富集了一个CD62L+ 群体和更高的Fas（CD95）表达。和Sca-1的表达与TSCM表型一致，该亚群在过继细胞疗法（ACT）中具有卓越的抗肿瘤活性。o9R T细胞的增殖也比o2R表达的T细胞少。

鉴于独特的STAT信号特征，其在γc细胞因子中鲜为人知的地位γc细胞因子受体家族中的独特STAT信号特征，以及其获得的干细胞记忆T(TSCM)细胞，选择使用实体瘤的ACT小鼠模型研究o9R 信号在体内的影响。通过γc细胞因子信号诱导过继转移的T细胞的正常增殖，从而增强ACT的效果（图2）。O2R和o9R的STAT信号谱和增殖pmel T细胞的STAT信号和增殖情况反映来自C57BL/6小鼠的o2R和o9R T细胞的情况。虽然o2R和o9R pmel T细胞在没有淋巴去势的情况下都能扩增，但在这个模型中，用MSA-oIL-2处理的o9R pmel T细胞具有更一致的抗肿瘤效果和延长的生存期，达到与淋巴去势小鼠中pmel T细胞相当的抗肿瘤效果。尽管o9R信号的增殖作用较弱，但结果表明，选择性扩增是其增强抗肿瘤作用的基础。

然后研究负责改善o9R pmel T细胞的浸润、效应功能和体内效力的生物程序。体外暴露于MSA-oIL-2后，通过高维质谱测量法产生明显不同的表型；14个簇中有8个在o2R和o9R pmel T细胞中含量不同。o9R pmel T细胞获得TSCM表型的标记（Sca-1、CD127、Fas和CD62L），反映野生型IL-9R信号的表型效应。然而，o9R诱导的变化超出获得TSCM表型的范围：与T细胞激活（Pdcd1、Icos、Entpd1、Lag3和Havcr2）和效应器功能（Ifng、Gzma和Prf1）相关的经典基因同时富集，这些基因被排除在TSCM表型之外。这代表一种混合表型或同时存在异质亚群，也是T细胞中o9R或原始IL-9R信号所特有的。转录因子通路富集的转录组分析显示，除了预期的转录因子STAT1和STAT3之外，与AP-1转录因子JUN相关的基因也明显富集。伴随着JUN与Fos表达比例的增加是肿瘤特异性T细胞的一个特征，对肿瘤引起的衰竭有抵抗力。同时，o9R信号下调与T细胞功能紊乱有关的基因，包括Nr4a1和Tox。

为研究o9R信号在基于嵌合抗原受体(CAR)的ACT背景下的作用，使用一种免疫疗法抗性的胰腺癌模型。表达间皮素的胰腺癌免疫疗法抗性模型。作为CAR T细胞研究的OIL-2的来源，选择静脉注射。作为CAR T细胞研究的oIL-2来源，选择矢量瘤内递送（图3）以确保高浓度的oIL-2。确保肿瘤内高浓度的oIL-2，并评估o9R标志的影响。评估o9R信号对肿瘤中T细胞功能障碍的影响。这个模型与pmel研究形成鲜明的对比。在后者中，O9R信号在周围组织中最为活跃。用编码第二代抗小鼠间皮素CAR的逆转录病毒转导原代小鼠T细胞，同时产生CAR-o2R和CAR-o9R T细胞。用MSA-oIL-2刺激CAR-o9R和CAR-o2R T细胞，再现了图1和图2中观察到的o9R和o2R信号的STAT磷酸化和增殖特征。尽管在增殖方面处于劣势，但CAR-o9R细胞在体外对间皮素阳性的胰腺导管腺癌（PDA）细胞系PDA7940b显示出优越的抗肿瘤功效。与pmel模型类似，CAR-o9R细胞在受到MSA-oIL-2刺激后表现为TSCM表型。与CAR-o2R细胞相比，CAR-o9R T细胞在应对oIL-2时还能分泌更高水平的IFNγ、TNF、IL-4、IL-9、IL-10、IL-18、IL-22和IL-23，反映o9R pmel T细胞的复杂转录组特征。这在转录组层面得到验证；与效应功能（Ifng、Prf1、Gzmb和Gzma）和T细胞激活（Pdcd1、Icos和Entpd1）相关的基因在CAR-o9R细胞中被上调。

研究Ad-oIL-2对肿瘤浸润的CAR-o9R或CAR-o2R T细胞的数量和质量的影响。与pmel模型相比，ACT后8天在肿瘤中观察到的CAR-o9R T细胞比CAR-o2R T细胞少。鉴于CAR和TCR信号的不同，以及肿瘤限制性和系统性细胞因子分布的不同，必须谨慎地进行模型之间的比较。尽管如此，瘤内CAR-o9R细胞表达IFNγ的频率更高，而且CAR-o9R细胞的体外直接细胞毒性更强，这表明在肿瘤受限的正交细胞因子信号的背景下，CAR-o9R T细胞的抗肿瘤效力更强，而不是肿瘤浸润或增生。外周o9R信号可能促进采用性转移的T细胞与内源性细胞（如抗原呈递细胞）之间的相互作用，从而有助于维持抗肿瘤效果。

总之，正交IL-2细胞因子受体平台可以通过用其他γc细胞因子受体的ICD模块化替换正交IL-2Rβ的ICD来实现信号的重定向。值得注意的是，正交IL-2对基于TCR和CAR的肿瘤特异性T细胞中o9R信号的特异性体内刺激，使两种对免疫疗法难治的实体瘤模型的抗肿瘤活性得到改善，并在更严格的环境下保持强大的活性，而无需调节淋巴耗竭。这种好处是通过利用γc细胞因子，通过IL-9Rα ICD重新引导IL-2信号信息，从而导致STAT1、STAT3和STAT5的同时激活。在T细胞中，IL-9Rα的信号信息导致一种独特的表型，融合干细胞记忆和效应T细胞的有益功能特征，以提供更好的体内抗肿瘤活性。

教授介绍

Anusha Kalbasi博士

Anusha Kalbasi博士是加州大学洛杉矶分校放射肿瘤学系和加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心的内科医生兼放射肿瘤学家。博士专门治疗肉瘤和黑色素瘤。Kalbasi博士将实验室研究与临床试验相结合，以开发克服免疫疗法耐药性的新方法。作为一名放射肿瘤学家，他在先进的方法方面经验丰富，包括调强放射治疗(IMRT)、立体定向体部放射治疗(SBRT)、图像引导放射治疗和质子治疗。

参考文献

Anusha Kalbasi, Mikko Siurala et al.Potentiating adoptive cell therapy using synthetic IL-9 receptors（2022）