目前的癌症免疫疗法主要集中于激活抗肿瘤的 1 型免疫反应，然而，长期完全缓解仍然罕见。一个关键问题是，2 型免疫是否可以与以 1 型为中心的免疫疗法一起协调，以实现针对癌症的长期免疫反应？
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近期，由耶鲁大学樊荣、费城儿童医院Stephan A. Grupp、克利夫兰医学中心J. Joseph Melenhorst、宾夕法尼亚大学Carl H. June和洛桑联邦理工学院唐力领衔的团队，在《Nature》杂志发表一篇重磅研究论文，通过单细胞研究揭示 2 型免疫在 CART 细胞疗法长期免疫及复发中的重要作用[1]。同期，由洛桑联邦理工学院唐力和郭雨刚，以及耶鲁大学樊荣领衔的团队，在《Nature》杂志上发表了第二篇研究论文[2]，这项研究发现，工程化2型细胞因子 Fc–IL4 能直接作用于肿瘤内终末耗竭CD8+ T 细胞，导致终末耗竭CD8阳性T细胞的糖酵解水平升高、存活率提升、效应功能增强，促进免疫检查点阻断（ICB）和过继性T细胞转移（ACT）疗法。
1. 背景介绍
1 型免疫：Th1细胞主要分泌IFN-γ和TNF-β。Th1细胞分泌的IFN-γ可激活巨噬细胞，抑制Th2淋巴细胞增殖。它还能刺激B细胞产生受体，增强微生物对吞噬细胞的附着。通过STAT1信号激活IL-12R，诱导Th1主调节因子T-bet，增加IFNγ的表达。这将进一步增加IFNγ的表达，同时抑制IL-4表达。Th1细胞产生的TNF-β在吞噬过程中激活中性粒细胞，增强其杀灭微生物的活性。除了IFN-γ、TNF-β，Th1细胞也是IL-2、IL-10和TNFα的主要来源。Th1细胞分泌的IL-2可以刺激抗原选择的细胞毒性T细胞的生长、分化和存活，是T细胞记忆、T细胞发育、自我或非自我识别的必要条件；IL-10是Th1细胞活化的自身调节剂；TNFα是一种强效的、多效的免疫激活剂和免疫细胞功能调节剂。
2 型免疫：Th2 细胞主要分泌IL-4、IL-5和IL-13。Th2细胞分泌的IL-4可以抑制Th1细胞的增殖和分化，刺激B细胞增殖和成熟浆细胞生成。此外，它还能调节抗体的类别转换，增加IgE的产生。Th2 细胞产生的IL-5主要吸引和激活嗜酸性粒细胞，IL-3协助嗜碱性粒细胞招募以及维持到淋巴组织中以应对感染。除了IL-4、IL-5和IL-13外，Th2细胞也是IL-6、IL-10、IL-13、IL-17E和IL-31的来源。Th2细胞分泌的IL-6，在B细胞成熟为IgG分泌细胞的过程中起关键作用。IL-10可抑制Th1细胞、巨噬细胞和树突状细胞分泌各种细胞因子。IL-13可刺激B细胞产生IgE。它不仅能吸引嗜碱性粒细胞，介导颗粒的释放，还能引发肥大细胞释放颗粒。IL-17E可共同介导产生 IL-4、IL-5和IL-13。Th2细胞分泌的IL-31可牵连皮肤的炎症反应，并招募PMNs、单核细胞和T细胞到感染部位。在肿瘤组织中，Th细胞表现出多种效应表型，包括产生IFN-γ的Th1细胞和产生IL-4的Th2细胞，它们表现出相互拮抗的功能。在1型免疫中，Th1细胞通过协助细胞毒性T淋巴细胞（CTL）、自然杀伤（NK）细胞和M1型巨噬细胞消除癌细胞来发挥抗癌功能。Th1细胞还可以直接杀死主要组织相容性复合体II类（MHCII）阳性癌细胞。Th1细胞产生的IFN-γ也可能作用于内皮细胞，诱导血管退化，因此代表一种癌症环境免疫。在2型免疫中，Th2介导的免疫传统上被认为有利于肿瘤生长，既通过促进血管生成，又通过抑制细胞介导的免疫和随后的肿瘤细胞杀伤。虽然有证据表明 2 型炎症的成分（例如 B 细胞和白细胞介素 10）确实会促进肿瘤生长，但也有许多研究证明 CD4+ Th2 细胞具有抗肿瘤活性，特别是与肿瘤浸润性粒细胞合作，如嗜酸性粒细胞介导的癌细胞杀伤和M2巨噬细胞依赖性营养剥夺。产生 IL-4 的 Th2 细胞还可以通过诱导脉管系统重塑和组织修复来启动癌症环境导向的免疫反应，从而导致缺氧和饥饿引发的癌细胞死亡 [3]。2. 来自临床的单细胞研究揭示2 型免疫介导 CAR-T 细胞疗法的长期反应
CAR-T细胞疗法自诞生以来，创造了血液癌被治愈的传奇。然而，与那些获得持久缓解的幸运急性淋巴白血病患者相比，约50%的ALL患者是非常不幸的，他们会在CAR-T治疗后的一年内复发。到目前为止，对于哪些患者会获得持久缓解，哪些患者会在短期内复发，科学家仍知之甚少。 首先，第一篇文献分析了接受CAR-T治疗后B细胞急性淋巴白血病（B-ALL）持续缓解超8年患者的T细胞情况之后，发现CAR-T细胞的2型功能增强，与B-ALL患者病情超长期缓解密切相关，而且2型细胞因子IL-4能缓解CAR-T细胞的功能障碍[1]。樊荣团队对采集自82名白血病患儿的100多万个CAR-T细胞，进行了单细胞多组学测序。在这82名患儿中，有5人的病情缓解时间超过了8年。分析结果显示，CAR-T细胞的2型功能升高（Il4、Il5、Il13和GATA3表达水平增加），与患者持续缓解时间较长显著相关。2型功能增强的细胞能调节功能障碍CAR-T细胞亚群，以维持整个CAR-T细胞群体的平衡。他们还发现，如果在抗原特异性激活过程中加入IL-4，能缓解CAR-T细胞的功能障碍，同时在转录组和表观组水平上增强CAR-T细胞的适应性。基于血清的蛋白质组学分析表明，那些持续5年或8年无复发的患者，血液中2型细胞因子（IL-4和IL-13）水平较高。![]()
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单细胞临床实验设计的原理和分组。BCA-L 组: 持续时间为 8.4 年; BCA1 代表持续时间最短，不到 3 个月; BCA2 和 BCA3 中大约 86% 的患者经历了 CD19+或 CD19-复发。BCA-O 组:患者中位持续时间为 5.1 年。
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CAR-T 长期应答者在治疗后的血清中表现出较高的2型细胞因子水平。
随后，在白血病小鼠模型中验证了2型免疫激活的 CAR-T 细胞的效果，发现它们具有很强的增殖能力（比2型功能低的CAR-T细胞强10倍）和抗肿瘤活性。那些2型功能低的CAR-T细胞还可以被IL-4拯救。在CAR-T细胞制作的过程中加入IL-4，或在输注前用IL-4处理CAR-T细胞，都可以增强2型功能低CAR-T细胞的功能，提升它们的抗肿瘤活性。
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3. 工程化 2 型细胞因子 Fc–IL-4 增强免疫疗法(ACT/ICB) 联用的疗效
第 2 篇研究论文，研究发现 2 型细胞因子 Fc–IL-4 能直接作用于肿瘤内终末耗竭CD8阳性T细胞，导致终末耗竭CD8阳性T细胞的糖酵解水平升高、存活率提升、效应功能增强。作者先构建了半衰期更长，活性与IL-4相当的重组融合蛋白Fc–IL-4。将Fc–IL-4注射到荷瘤小鼠体内之后，发现肿瘤内免疫细胞确实变多了，尤其是终末耗竭的CD8阳性T细胞（TTE），增加了近8倍（特别是抗原特异性的TTE细胞）。![]()
从转录组水平看，Fc–IL-4处理还会导致TTE细胞中Ifng和Gzmb的表达显著增加；此外，包括1型细胞因子、细胞毒性和颗粒酶功能模块相关的基因表达水平也增加。![]()
Fc–IL-4 处理对mTOR/STAT/NF-kB通路的影响接下来的问题就是，Fc–IL-4究竟能不能增强过继免疫细胞疗法和免疫检查点抑制剂的抗肿瘤效果。Fc–IL-4与细胞免疫疗法联用，可以大幅提升治疗效果。在单独使用细胞免疫疗法不能让肿瘤完全缓解的情况下，二者联合可以让不同肿瘤小鼠模型实现60%，甚至是100%的完全缓解。即使使用相同的肿瘤再次挑战，二者联合仍有非常强大的抗肿瘤效果。![]()
Fc–IL-4与免疫疗法(ACT/ICB) 联用的效果类似地，Fc–IL-4联合免疫检查点抑制剂，也能达到非常好的抗肿瘤效果，而且没有显著的毒性反应。基于人类癌细胞系和人源化Fc–IL-4，也得到了类似的效果。更重要的是，这两项研究成果有望重塑癌症免疫治疗，进一步提升细胞免疫疗法和免疫检查点抑制剂的疗效。在研究的最后，唐力/郭雨刚/樊荣团队探索了2型细胞因子Fc–IL-4增强抗肿瘤免疫的机制。简单来说，Fc-IL-4通过IL-4Rα直接靶向肿瘤浸润CD8阳性TTE细胞，通过激活STAT6和PI3K-AKT-mTOR信号轴，以乳酸脱氢酶A（LDHA）依赖的方式，增强CD8阳性TTE细胞的糖酵解和NAD+水平，进而提升CD8阳性TTE细胞的存活率和效应功能。总的来说，这两篇研究论文证实了2型细胞因子的抗肿瘤中的长期免疫作用，揭示了背后的潜在分子机制，刷新了我们对2型细胞因子和2型免疫反应的认知。
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机制示意图
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参考文献：
[1].Bai Z, Feng B, McClory SE, et al. Single-cell CAR T atlas reveals type 2 function in 8-year leukaemia remission. Nature. Published online September 25, 2024. doi:10.1038/s41586-024-07762-w
[2].Feng B, Bai Z, Zhou X, et al. The type 2 cytokine Fc-IL-4 revitalizes exhausted CD8+ T cells against cancer. Nature. Published online September 25, 2024. doi:10.1038/s41586-024-07962-4
[3]. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8541902/
