Cancer Cell | 诱导型VIPER CAR-T免疫疗法：内置“安全开关”
原创 图灵基因 图灵基因 2022-09-28 10:09 发表于江苏
收录于合集#前沿分子生物学机制
波士顿大学工程学院的科学家们开发了一种新形式的CAR-T细胞免疫疗法，其中包含一个内置的安全开关。CAR-T细胞可以打开和关闭，或者向上或向下拨动，从而可以为患者量身定制治疗方案，并防止过度刺激免疫系统，否则可能导致严重的潜在并发症。
这一新系统被称为VIPER（多功能蛋白酶可调节）CAR-T细胞，涉及对CAR-T细胞进行工程设计，以便通过给患者服用一种破坏细胞活性的抗病毒药物来控制它们，从而减少传统CAR带来的安全问题。“我们认为这是这种疗法的下一代。”波士顿大学工程学院生物医学工程副教授Wilson Wong博士说，他已经研究CAR-T细胞超过10年。
Wong及其同事在《Cancer Cell》上的一篇题为“High-performance multiplex drug-gated CAR circuits”的论文中报告了他们的进展。该研究团队包括ENG生物医学工程助理教授John T. Ngo博士和ENG生物医学工程副教授兼生物设计中心副主任Ahmad S. Khalil博士。
帮助保护我们免受疾病侵害的数十亿免疫细胞有时需要一点点提升。几十年来，科学家们一直在努力寻找改造免疫细胞的方法，以更好地对抗癌症等侵袭性疾病。作者认为，嵌合抗原受体（CAR）T细胞的发展有可能“彻底改变”癌症医学。“CAR-T细胞是一种令人兴奋的癌症免疫疗法，通过改造T细胞表达CAR，使其重新定向到肿瘤。”
CAR-T细胞疗法使用改良的免疫系统T细胞。从个体的血液中去除天然细胞，然后转移癌细胞结合受体的基因，然后将工程化的T细胞替换回患者体内。CAR是针对特定癌症进行定制的。当这些CAR-T细胞被替换回体内时，它们会重新进入血液并复制，这样它们就可以开始对抗癌细胞。已发现CAR-T细胞疗法可有效治疗某些类型的癌症，尤其是白血病。
“这是一项非常令人兴奋的技术。”Wong说。但他指出，在安全性方面存在问题，这可能会使治疗风险极大。
有时，CAR-T细胞会过度刺激免疫系统，从而引发细胞因子的释放。这可能导致一种称为细胞因子释放综合征（CRS）的潜在致命炎症状态。其他严重的并发症可能包括神经障碍，或身体中的其他器官被免疫细胞错误地靶向。“目前控制这些不良副作用的方法包括通过药物给药进行全身免疫抑制，或通过激活T细胞中安装的杀伤开关消除工程化T细胞。”作者继续说道。然而，他们指出，“虽然这些策略可以减轻副作用，但它们会对治疗的抗癌能力产生不利影响，经常导致患者在干预后死于肿瘤。”尽管已经开发了几种药物诱导型CAR技术，但作者指出，“…很少有人依赖于具有良好安全性的临床批准药物。”
Wong及其同事采用的方法是创建一个内置于CAR-T细胞设计中的可诱导安全开关，但该开关由已获批准的药物激活。
在所有的CAR-T细胞中，受体的一部分伸出细胞膜外，而另一部分在细胞内。粘附在膜外的部分与癌抗原结合，然后激活T细胞并破坏癌细胞。研究人员新开发的VIPER CAR-T细胞采用NS3蛋白酶进行改造，NS3蛋白酶是一种对丙型肝炎病毒生命周期至关重要的蛋白水解酶。他们构建了两个不同的系统——一个在VIPER CAR被转移回患者时打开，另一个是关闭的，工作方式略有不同，但可以由服用FDA批准的药物grazoprevir（GZV）（用于治疗丙型肝炎）的患者关闭或打开。给药时，药物分子与插入的蛋白质链相互作用，在细胞中引发一系列反应，使其脱离或激活，具体取决于正在使用哪个系统。“这是这项研究中最令人兴奋的部分，因为抗病毒药物已经获得FDA的批准。”该论文的主要作者、Wong实验室和Khalil实验室的博士后Huishan Li博士说。
作者描述了小鼠模型中的实验，以评估开启和关闭的VIPER CAR对GZV的反应性及其清除肿瘤的能力。报告称，注射开启的VIPER CAR-T细胞并接受GZV治疗的小鼠在28天内完全清除了肿瘤，而未接受GZV处理的小鼠则保留了较高的肿瘤负担。相反，接受关闭的VIPER CAR-T细胞的小鼠在没有GZV的情况下清除了肿瘤，但在接受GZV治疗时肿瘤负荷增加。在没有接受GZV的ON VIPER CAR和接受GZ的OFF VIPER CAR的小鼠中，也有0%的存活率。相比之下，在接受ON VIPER CAR和GZV，或无GZV的OFF VIPER CAR的小鼠中，分别有100%和80%存活到第49天。
“这些结果表明，在体内白血病模型中，开启和关闭的VIPER CAR功能正常。”研究小组指出。在小鼠身上的进一步试验表明，除此之外，OFF VIPER CAR系统还可以预防CRS的发生。
科学家们已经制作了其他由药物控制的CAR-T细胞系统，但该团队建议，这是第一个具有两种操作模式的CAR-T细胞系统——开或关。Wong说，这两种模式可以让医生更积极地针对癌症，并在必要时减少治疗。或者，医生可以谨慎地逐步开启VIPER CAR-T细胞。“在这些技术中使用FDA批准的药物作为诱导剂是有益的，因为它可以加速它们的临床应用。”科学家们写道，“此外，使用这些药物的开/关VIPER CAR的可调性允许根据个体患者的需要调整T细胞激活水平。”
为了进一步测试他们的方法，研究团队将他们的结果与其他类似研究进行了比较，发现VIPER CAR-T细胞优于其他系统。他们还在同一个T细胞中使用VIPER和其他类型的CAR，这样T细胞就被改造成有两种不同的抗癌受体。Wong说，这可能使工程化T细胞同时靶向两种不同的癌症标志物，从而为癌症基因治疗的进一步发展打开了大门。
“我们不仅有适当的安全控制，而且我们还可以同时拥有多个版本。”Wong说。随着该技术的进一步发展，该团队的长期目标是将其应用于临床环境中的人类。
“我们设想，VIPER CAR-T细胞免疫疗法将能够实时调节T细胞活性，，以减轻CRS和脱靶活动等并发症。”研究人员总结道，“我们的多功能药物门控CAR电路代表了CAR设计的下一个进展，该设计能够提高CAR-T细胞治疗的安全性，具有先进的逻辑和监管能力。鉴于多种NS3靶向药物的可用性和新抑制化合物的持续开发，这项研究为将抗病毒策略转化和适应为有效治疗恶性肿瘤提供了一个简化的框架。”