蛋白质组学助力评估CD19/BCMA CAR-T细胞疗法在自体免疫疾病中的疗效

文摘   2024-09-27 07:20   上海  

撰文:单旅 | 编辑:戴戴

自体抗体在许多自体免疫性疾病中扮演着关键角色,其存在与疾病的发病机制密切相关。在某些情况下,自体抗体具有直接的致病作用,能够攻击自体组织或器官,引发炎症和损伤;而在其他情况下,它们则可能通过与T细胞协同作用,增强或支持T细胞驱动的病理反应。这种免疫系统的紊乱常导致复杂的病理过程,影响患者的健康状况。

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鉴于全球自体免疫疾病的激增,评估新兴治疗干预措施变得至关重要。尽管出现了许多新的靶向免疫调节疗法,但缺乏长期评估这些治疗效果的综合方法。随着科学技术的进步,现今有多种先进技术能够检测血液中多种蛋白质的自体抗体。其中,噬菌体免疫沉淀与测序(Phage immunoprecipitation sequencing,PhIP-Seq)技术是一项革命性的工具,它能够覆盖整个人体蛋白组,且只需要相对少量的血浆或血清。这种技术的应用极大地拓展了我们对自体抗体的认知,特别是在各种疾病状态下的新型自体抗体的发现。

通过PhIP-Seq等新技术,研究人员已经在多种疾病中发现了广泛的新型自体抗体,这些疾病包括但不限于副肿瘤性脑炎、脂肪营养不良、先天性遗传疾病以及儿童多系统炎症综合症。这些发现不仅加深了我们对这些疾病病理机制的理解,还为开发新的诊断工具和治疗方法提供了重要的线索。随着技术的进一步发展,我们有望揭示更多自体抗体在疾病中的作用,从而改善患者的预后。

2024年5月,来自美国加州大学旧金山分校等机构的研究团队在《The Journal of Clinical Investigation》上发表了题为“Unveiling the proteome-wide autoreactome enables enhanced evaluation of emerging CAR T cell therapies in autoimmunity”的研究。在本研究中,作者利用定制的PhIP-Seq平台,全面分析了健康个体的自体反应谱,并发现每个个体都有一个独特、独特且高度可重复的自体反应性集合,称之为“自体反应组(autoreactome)”,同时确定个体的自体反应组一旦形成,经过多年的时间保持变化极小。在此基础上,进一步探讨了不同免疫调节疗法对自体抗体群体的影响。结果表明,针对B细胞成熟抗原(BCMA)的疗法显著改变了个体的自体反应组,而针对CD19和CD20的疗法则几乎没有影响。这些数据不仅确认了自体反应组主要由浆细胞分泌的自体抗体组成,还强烈提示,BCMA或其他靶向浆细胞的疗法可能在治疗目前难治的自体抗体介导的疾病中非常有效


研究结果


健康个体具有一组独特的自体反应组

“天然自体抗体”是健康个体中常见的一类自体反应性抗体,尽管这些抗体具有自体反应性,但通常不会引发疾病。最近的研究将这种自体抗体的范围扩展到了数千种蛋白质,发现了一个广泛存在的自体抗体集合,被称为“自体抗体组”(autoantibodyome)。与此同时,也发现了特定的疾病相关自体抗体在健康个体中存在,并且不同个体对这些已知自体抗原的反应模式各有差异。这些研究揭示了“自体反应组”(autoreactome)的复杂性,表明自体抗体的存在和反应性具有个体化特征。

噬菌体免疫沉淀测序(PhIP-Seq)技术是是近年来新兴的一项高通量筛选的技术,联合高容量的噬菌体展示多肽库抗体免疫沉淀以及高通量测序技术,可进行基于抗原—抗体匹配的、全局性、系统性的抗体库分析。这里,作者利用定制化的PhIP-Seq技术在高分辨率下全面且定量地表征每个个体独特的自体反应组,从而揭示了每个个体所具有的独特多样性。为了定义健康个体自体反应组的变异性,作者利用PhIP-Seq分析了从79个健康献血者样本中获得的数据,同时开发了一种用于定量评估不同样本之间自体反应组相似性的分析方法(图1A)。

为了对PhIP-Seq数据进行可靠的定量分析,必须确保结果的高度可重复性。这通常通过技术重复来实现。通过识别48个样本中的PhIP-Seq富集相似性(这些样本代表24组技术重复),作者评估了PhIP-Seq的性能。具体来说,作者计算了每个样本中免疫沉淀的每种噬菌体呈递肽的相对量,并使用这些数据对每个个体样本进行比较。结果表明,技术重复表现出高重复性,验证了PhIP-Seq在定量分析中的可靠性和一致性(图1B,左)。接下来,作者比较了本研究中79个健康个体的自体反应组的相似性。结果发现个体自体反应组非常独特,与其他样本的相似性极低(图1B,右)。这些结果表明,每个个体拥有一个高度可重复且独特的自体反应组


自体反应组随时间稳定

尽管个体自体反应组表现出独特性,但这些特征是否在个体内随时间保持稳定仍不清楚。这里作者对7个不同健康个体的长期血清样本进行了PhIP-Seq分析,这些样本的采集时间中位数为63个月。作者将每个样本的完整PhIP-Seq富集谱与所有其他样本进行了比较(图1C)。结果清晰地表明,个体内的自体反应组特征高度相关。相反,同一个体的纵向样本之间的自体反应组比不同个体之间的自体反应组更为相似。此外,个体内的相关性分布与技术重复的相关性分布有很大重叠,表明在大多数情况下,纵向自体反应组之间的相似度与技术重复的相似度相当(图1D)。这些结果表明,在这项分析的中位数5年时间尺度内个体内的主要自体免疫特征在此检测方法下不受大幅度变化的影响

▲图1:  个体具有一组独特且在纵向上稳定的自体反应组


利妥昔单抗治疗对自体反应组影响小

已知利妥昔单抗(抗CD20)和抗CD19疗法可以降低某些特定自体抗体的水平。之前的研究表明,针对BCMA的疗法可能会降低体内病原特异性抗体或特定自体抗体的水平,但公开数据有限。不同免疫调节疗法对蛋白组范围内自体抗体库的相对影响仍然未知。然而,这些信息对于克服现有的限制至关重要,这些限制阻碍了其他研究人员描述浆细胞去除治疗中的纵向自体抗体变化。这些障碍包括无法在样本中识别足够数量的治疗前自体抗体,以追踪因治疗而产生的纵向变化,以及几乎普遍使用的治疗后输注免疫球蛋白(IVIG)。通过定义自体反应组并跟踪免疫调节治疗后的纵向变化,能够克服这些先前的限制,提供对特定干预措施导致的自体抗体变化的定量评估

这里,作者比较了接受利妥昔单抗治疗的每个个体样本的PhIP-Seq富集谱。尽管这些个体接受了利妥昔单抗治疗,每个个体的自体反应组在整体上仍然保持稳定(图2A)。接受利妥昔单抗治疗的个体的相关系数分布与未接受治疗的个体相似,且未发现显著差异(图2B)。尽管已知利妥昔单抗会暂时减少某些抗体,但这些结果表明,利妥昔单抗治疗后的自体反应谱总体基本保持不变

为了确定在利妥昔单抗治疗后是否有某些PhIP-Seq富集的自体反应性子集出现减少,而不是整个自体反应组,作者计算了每个个体在初次样本采集时最富集的前10种蛋白靶点的总和,然后跟踪了首次剂量利妥昔单抗治疗后的纵向变化。为了避免时间重叠,作者从分析中排除了在额外一次利妥昔单抗治疗后的数据点。分析结果显示,利妥昔单抗治疗后1个月、3个月和6个月的整体自体反应性没有显著差异(图2C)。

▲图2: 利妥昔单抗治疗不会显著改变自体反应组

CD19 CAR T细胞治疗对自体反应组影响小

在接受CD19 CAR T细胞治疗的患者中,作者比较了每个个体治疗前后的完整PhIP-Seq富集谱。尽管在CD19 CAR T细胞治疗的过程中,CD19 B细胞被消耗或持续缺失,但自体反应组在时间上仍表现出显著的稳定性(图3A)。CD19 CAR T细胞治疗组的相关系数总体分布与个体内部变化之间没有显著差异。在14名患者中,有12名患者(85.7%)的相关值落在未接受任何干预的健康个体纵向样本分布范围内(图3B)。进一步地,采用与利妥昔单抗相同的分析方法,我们评估了CD19 CAR T细胞治疗前后前10种最富集蛋白靶点的PhIP-Seq富集差异。在评估的14名个体中,11名的富集值有所下降,而剩余的3名则有所增加,总体水平显著下降(图3C)。然而,效果的幅度较小。这些结果表明,与利妥昔单抗类似,尽管进行了CD19 CAR T细胞治疗,但仍有足够的免疫球蛋白生成细胞存在,使得PhIP-Seq检测到的自体反应性模式在很大程度上保持不变。

▲图3:CD19 CAR T细胞疗法在治疗后6个月对自体反应组的影响小


BCMA CAR T细胞治疗后自体反应组发生显著变化

尽管已知CD19在一部分抗体分泌的浆细胞上表达,但BCMA是所有浆细胞上表达的标志物,这使其成为广泛清除自体抗体的一个有吸引力的靶点。在对每位个体在接受抗BCMA CAR T细胞治疗前后的完整PhIP-Seq富集数据进行比较时,作者发现,与CD19和CD20靶向疗法不同,BCMA靶向治疗后,自体反应组在8名患者中几乎没有任何相似性(图4A)。唯一一个自体反应组保持不变的个体(r = 0.894)在样本采集时已出现复发,表明CAR T细胞治疗可能未成功。BCMA CAR T细胞治疗组的相关系数总体分布与未接受任何干预的健康个体在时间上的变化显著不同(图4B)。在这些样本中,复发患者的样本是唯一保持在未治疗个体时间内均值的两个标准差范围内的自体反应组。值得注意的是,在剩下的8名患者中,有7名在接受抗BCMA CAR T细胞治疗后,其自体反应组的相关性值落在完全不同个体样本的均值的两个标准差范围内。这种患者自体反应组的“完全重置”表明,成功的抗BCMA CAR T细胞治疗能够充分清除终生积累的抗体生成浆细胞

尽管抗BCMA CAR T细胞治疗后血清中的整体自体反应谱显著改变,作者还探究了治疗前样本中最显著富集的蛋白靶点的变化。多发性骨髓瘤患者存在单克隆浆细胞扩增,这些细胞分泌副蛋白抗体。由于副蛋白可能具有自体反应性,且已知在多发性骨髓瘤中,BCMA CAR T细胞治疗后副蛋白水平会显著下降,作者在分析前从每个个体中移除了最富集的两个蛋白靶点,以尽量减少副蛋白水平变化对结果的混淆影响。抗BCMA CAR T细胞治疗后,所有患者的前3至12个蛋白靶点的自体反应性水平都有所下降,且整体变化在统计学上具有显著性(图4C和4D)。与抗CD19 CAR T细胞治疗后下降幅度较小相比,抗BCMA CAR T细胞治疗后PhIP-Seq富集水平下降了95.6%(图4E)。这些数据表明,成功的抗BCMA CAR T细胞治疗能够显著减少自体反应组的富集水平,证明其有效去除了大量产生抗体的浆细胞

▲图4:抗BCMA CAR T细胞疗法显著改变自体反应组


综上所述,本研究以自体反应组作为主要指标,评估了各种免疫调节疗法在改变自体抗体谱方面的相对效果。结果显示,靶向B细胞成熟抗原(BCMA)的疗法显著改变了个体的自体反应组,而靶向CD19和CD20的疗法效果有限。这些数据不仅确认了自体反应组由浆细胞分泌的自体抗体组成,还强烈提示BCMA或其他靶向浆细胞的疗法可能在治疗当前难治的自体抗体介导疾病中具有高度的有效性。总之,这项研究的重要意义在于它揭示了自体抗体在免疫系统中的独特和持久的作用,以及针对不同免疫靶点的疗法对自体反应组的不同影响,特别是在难治性自体免疫疾病的治疗中,可能为未来的治疗策略提供新方向。



参考文献:
[1]Bodansky, A., Yu, D.J.L., Rallistan, A., Kalaycioglu, M., Boonyaratanakornkit, J., Green, D.J., Gauthier, J., Turtle, C.J., Zorn, K., O’Donovan, B., et al. (2024). Unveiling the proteome-wide autoreactome enables enhanced evaluation of emerging CAR T cell therapies in autoimmunity. The Journal of Clinical Investigation 134. 10.1172/JCI180012.



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