《Nature》工程化CD47蛋白保护T细胞,增强抗肿瘤免疫功能

文摘   2024-05-17 19:51   浙江  

省流:文章本想探索,CD47抗体与CAR-T细胞联用以增强抗癌效果的策略,却发现T细胞被快速清除。为解决此难题,设计了CD47蛋白变异体47E,它保持和SIRPα结合并抵抗CD47抗体诱导的吞噬;表达47E的T细胞在抗CD47治疗后能抵抗巨噬细胞清除,并促进大量巨噬细胞持续招募至肿瘤微环境,协同增强抗癌效果。

该文章发表在《nature》主要讲的是这样一个故事:CART细胞可以呼唤巨噬细胞这个友军,共同抵抗肿瘤敌军,可是这个友军很残暴,对CART细胞也要施以酷刑,为了让友军情绪平和一点,CART细胞就披上CD47E蛋白的战衣,防止友军的酷刑,最终和友军一致打压敌军。

研究团队探究了通过联合使用抗CD47抗体以增强巨噬细胞吞噬作用是否能提升CAR T细胞疗法在癌症治疗中的效果。实验中,HER2-BBζ CAR T细胞在治疗143B骨肉瘤小鼠模型时展现出一定的抗肿瘤活性,但是加入抗CD47抗体B6H12后,反而抵消了CAR T细胞的治疗效果,这一现象在MG63.3骨肉瘤和D425髓母细胞瘤模型中同样出现。

图 CD47抗体通过巨噬细胞介导的T细胞清除

虽然理论上通过阻断CD47-SIRPα轴以增强巨噬细胞吞噬活性是提升免疫疗法效果的一个有吸引力的策略,但在实际操作中,它意外导致了CAR T细胞和TCR-T细胞的快速耗竭,从而削弱了治疗效果。

利用生物发光成像(BLI)技术监测B6H12对CAR T细胞影响,结果显示B6H12能快速耗尽过继转移T细胞,包括CAR T细胞,证明CD47抗体可有效清除工程改造T细胞

图 CD47抗体可有效清除T细胞

为了确定这些模型中T细胞的耗竭是否通过Fc受体介导的抗体依赖性吞噬作用发生,研究使用了CV-19,这是一种结合CD47但不结合Fc受体的融合蛋白。与B6H12的结果相似,CV-19与CD19 CAR T细胞联用在携带Nalm6-fLuc的小鼠中消除了抗肿瘤效果,并导致T细胞近乎完全耗竭。

图 CV-19也清除T细胞

接下来作者,通过CRISPR-Cas9敲除原代人T细胞中的CD47(47KO),然后在47KO细胞中恢复CD47蛋白表达(47WT),以测试CD47表达对于过继转移T细胞存活的必要性。47WT CAR T细胞在Nalm6-fLuc小鼠中扩增,有效控制肿瘤并显著延长生存期,而47KO CAR T细胞被耗竭,未展现抗肿瘤活性。即使在无肿瘤存在的情况下,47WT CAR T细胞也能强效扩增,而47KO CAR T细胞在体内被耗竭

图 CD47对T细胞持久性很重要

CD47的过表达(47OE),据报道可防止同种异体细胞排斥(首例人数据:即使通用CART敲除了HLAI/HLAII分子,也会受到患者免疫攻击。怎么办?用CD47试一试。),是否能增强CAR T细胞在NSG小鼠中的持久性和疗效?CD47表达的调节(通过敲除或过表达)或加入CD47抗体并未改变CAR T细胞的体外功能。然而,47OE CD19-28ζ CAR T细胞在体内相比对照组显示出显著更优的长期抗肿瘤效果和T细胞持久性。综合这些数据表明,CAR T细胞的存活需要CD47表达和SIRPα的相互作用,且CD47的过表达即使在没有CD47阻断剂存在和免疫排斥的情况下也能增强CAR T细胞的持久性和疗效

图 CD47对T细胞持久性不可或缺

那到底是不是巨噬细胞把T细胞打死了呢?

耗竭巨噬细胞,给小鼠输注CD19-28ζ-nLuc CAR T细胞,观察到CAR T细胞还是能检测到的,相反没有耗竭巨噬细胞的组中CAR T细胞BLI信号显著减少。这就说明了,巨噬细胞作为过继转移T细胞植入及抗肿瘤效果的障碍,进一步解释了将抗CD47与过继T细胞疗法联用的无效性,并暗示巨噬细胞介导的吞噬作用是调控体内T细胞持续性的重要因素。

图 巨噬细胞吞噬T细胞

文章说明了,人巨噬细胞在基础条件下即可吞噬未经转导的T细胞;然而,表达CAR的T细胞被吞噬的程度显著更高,而且在加入B6H12的情况下这一现象更加显著。

图 人巨噬细胞吞噬T细胞

正常的T细胞是表达CD47的,可为什么还会被吞噬呢?

还是CD47表达的少, T细胞表达的CD47分子远远少于肿瘤细胞系,这符合CAR T细胞向巨噬细胞提供的“别吃我”信号受限的模型。

图 各种细胞表达CD47

文章甚至分析了来自两项最近的临床研究数据,分别是axi-cel治疗大B细胞淋巴瘤(LBCL)和GD2-BBζ CAR T细胞治疗弥漫性中线胶质瘤(DMG),这两项研究的单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据。两个数据集都显示髓系细胞中有CAR mRNA的存在,这与人巨噬细胞吞噬CAR T细胞的现象一致

图 scRNA-seq数据显示髓系细胞有CART DNA的迹象

那如果非要使用CD47抗体增强巨噬细胞吞噬作用来提升CAR T细胞疗法在癌症治疗中的效果,怎么办呢?

文章中设计一种CD47变异体(47E),使其丧失与CD47抗体的结合能力但仍保留与SIRPα的相互作用。在敲除了内源性CD47的T细胞表达47E蛋白,在给与CD47单抗 B6H12的情况下,测量体内吞噬作用。小鼠体内B6H12处理并未增强47E CD19-28ζ CAR T细胞的体内吞噬。47E在体内外作为“不要吃我”信号发挥作用,且在B6H12介导的CD47阻断后,并不会使T细胞被吞噬

图 变异的CD47蛋白

为了进一步表征47E CAR T细胞诱导的巨噬细胞群体变化,文章做了一个143B动物模型,结果显示:CAR T细胞驱动TME内巨噬细胞的募集与激活,同时巨噬细胞在TME中增强了47E CAR T细胞的免疫激活途径。这些效应在47WT CAR TME中并未发生,因为CD47阻断介导的CAR T细胞耗竭打断了这一循环

多种肿瘤模型中,B6H12加47E CAR T细胞显著延迟了肿瘤生长并提高了总体生存率,而无论是47WT或47E CAR T细胞单独组,还是mock-T细胞,或是47WT CAR T细胞与B6H12联用,均未产生显著的抗肿瘤效果.

图 表达CD47E的CART联合CD47抗体清除肿瘤

总结三点

CD47在T细胞存活与功能中的作用:CD47对于过继转移T细胞的存活至关重要,且CD47的过表达能增强CAR T细胞的持久性和疗效。抗CD47治疗可快速清除过继转移的T细胞,为CAR T细胞毒性反应提供完全保护。

巨噬细胞吞噬作用与T细胞稳态调节:巨噬细胞的吞噬作用在T细胞稳态调控中起关键作用,即使不阻断CD47-SIRPα,巨噬细胞吞噬依然限制T细胞的持久性。T细胞激活和分化状态与吞噬性与抗吞噬性受体表达及其吞噬敏感性之间的关系值得进一步研究。

CAR T细胞与巨噬细胞间的相互作用增强抗肿瘤效果:CAR T细胞能迅速吸引巨噬细胞进入肿瘤,巨噬细胞的存续依赖于CAR T细胞。47E CAR T细胞能促进TME中髓系细胞与T细胞的广泛交互,包括增强抗肿瘤信号,表明47E不仅保护T细胞免受抗CD47介导的吞噬,还能增强肿瘤吞噬和炎症TME。

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