文献学习043--[CAR-T]CAR T cells produced in vivo to treat cardiac injury

这一篇是今年一月份发表在science上的文章，做的非常有意思。文章刚出来的时候在组会讲过一次，最近又看到了，来复习一下。

背景1：心脏纤维化

心脏纤维化会导致组织僵硬和顺应性降低，使心脏功能下降，是包括心力衰竭在内的各种心脏疾病进展的重要因素。然而，目前针对心肌纤维化的临床干预和治疗仍然有限，一般只能针对原发病进行控制治疗，且疗效很不理想。

背景2：CAR-T疗法

嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR-T疗法）通过对肿瘤杀伤性T细胞进行基因工程化改造，使其能够特异性靶向结合肿瘤细胞表面抗原，提升肿瘤细胞清除效果。

因此有人想到，可否改造CAR-T使其特异性靶向活化的成纤维细胞？

背景3：FAP CAR-T细胞可以显著改善心脏纤维化模型小鼠的心功能（19年Nature）

研究人员首先把目光锁定了在人类肥厚性心肌病和扩张型心肌病中起到主要作用的肌成纤维细胞，它导致纤维化最主要的过程就是会产生成纤维细胞活化蛋白FAP。FAP在HCM和DCM患者心脏肌成纤维细胞高表达，在正常非衰竭心脏中不表达。（从238个HC, DCM和HCM的转录组测序数据中筛出来的，见下图a）

FAP是RNAseq筛出来的这个没有问题，一开始我有个小疑问，纤维化主要是肌成纤维细胞导致的，为什么不直接靶向肌成纤维的marker比如aSMA？
然后仔细看了一下图我发现aSMA其实在下图里面是有的，也就是ACTA2。ACTA2的上调倍数比FAP要低。所以选FAP还是要更好一点。

小鼠实验显示FAP CAR-T细胞安全性较好

总览

N Engl J Med. 2019 Dec 19;381(25):2475-2476.

在此次实验中，CAR-T细胞治疗常出现的一些副作用也并没有被发现，比如常见的细胞因子风暴（CRS），脱靶效应和神经毒性等，当然，还需要进一步的实验来确定其安全性。

但是FAP CAR-T细胞的临床应用仍然存在问题
成纤维细胞是人体内非常重要的一类细胞，参与伤口愈合过程。经过基因重编译的T细胞，会一直攻击成纤维细胞，并在人体内存活数月甚至数年。也就是说，CAR-T细胞的“持久性”使它持续发挥“抗纤维化”的作用，虽然改善了心脏功能，但也会影响伤口愈合。

背景4：Lipid nanoparticles (LNP)

LNP，中文名称为固体脂质纳米粒子或脂质纳米粒子。是球形的，粒径在10-1000nm，包含脂质成分的粒子。LNP可以理解为mRNA的“有目的地的交通工具”。

科学问题：

脂质纳米粒子的mRNA瞬时转录可否用于解决FAP靶向CAR-T细胞长期存在可能会带来的安全风险？

Result 1: CD5-targeted LNPs produce functional, mRNA-based FAPCAR T cells in vitro

结论：CD5/LNP-FAPCAR在体外可以使T细胞表达FAP CAR，且这些LNP产生的CAR -T细胞在体外可以有效杀死表达FAP的靶细胞。

Result 2: CD5-targeted LNPs produce mRNA-based FAPCAR-T cells in vivo

结论： CD5/LNP-FAPCAR在体内也可以有效的生成FAP CAR-T细胞。

Result 3: FAPCAR T cells trogocytose FAP from activated cardiac fibroblasts and return FAP to the spleen only in AngII/ PE–injured, FAPCAR T cell–treated animals.

结论：体内基于CD5/LNP产生的以及过继转移基因工程改造的FAP CAR-T细胞均存在于胞啃作用（trogocytosis）依赖的杀伤。

Result 4: In vivo generation of transient FAPCAR T cells improves cardiac function after injury.

通过使用LNP，研究者将mRNA完全限制在细胞质内，使其无法进行基因组整合。同时，由于mRNA并未被整合到T细胞的DNA上，而是留存在胞质中，所以在细胞分裂的过程中，mRNA会被不断稀释，使得CAR-T细胞的存在是暂时的，解决了“持久性”的问题。

思路总结

同期science评论

这篇论文的通讯作者之一Jonathan A. Epstein教授在谈及文章的创新之处时表示，“这项研究最引人瞩目的突破点在于，为不同的临床需求设计特定的T细胞，而且不必将T细胞从体内取出。”

虽然目前为止该项技术还处于动物实验阶段，研究人员也在继续测试这种基于mRNA的瞬时CAR-T细胞技术的可靠性，但希望将来这项技术可以成功开始临床试验，造福更多心衰甚至癌症患者。