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人iPSC来源的CAR-T细胞的成熟和持久性显著增强
作者 | 尼奥
过去几年，CAR-T细胞疗法作为一种革命性的癌症免疫疗法，已为许多患者带来了希望。然而，尽管它在临床上取得了显著成功，依然面临着不少挑战。一个主要问题就是，CAR-T细胞在体内的抗癌活性往往维持时间较短，导致疗效有限。这是因为传统的CAR-T细胞大多依赖于外源性来源的T细胞，而这些细胞在体内的寿命和功能常常受限。
论文发表在干细胞领域权威期刊《Stem Cell》上
为了解决这一难题，科学家们转向了多能干细胞（iPSC），并通过研究T细胞发育的关键机制，发现了一种潜在的解决方案。最近，哈佛大学医学院的研究人员就发现，通过抑制一种叫做G9a/GLP的表观遗传因子，可以有效促进iPSC向功能性T细胞的分化。这个发现让科学家们能够在实验室中“培养”出成熟的T细胞，而这些细胞不仅具备强大的抗肿瘤能力，还能够在体内长时间保持活性。通过这种方法生产的iPSC-T细胞，在经过基因改造后，展现出了比传统CAR-T细胞更强的效果，并在异种移植肿瘤模型中表现出了持久的抗肿瘤活性。
01.
T细胞的困境：寿命短，不够成熟
T细胞在人体免疫系统中发挥着至关重要的作用，它们不仅帮助我们抵抗感染，还在癌症免疫疗法中扮演着关键角色。近年来，通过基因工程技术改造T细胞，使其表达特定的抗原受体（即CAR-T细胞），这种疗法已经成为治疗血液癌症的一种革命性方法，并且有望应用于其他类型的癌症和自身免疫性疾病。
实验概述
然而，制造自体CAR-T细胞的过程非常繁琐，需要耗费大量时间和精力，限制了这种疗法的普及和广泛应用。与此同时，科学家们正在寻找新的方法，通过更高效、更简便的途径，生产出更多的T细胞。一个潜在的解决方案是使用诱导多能干细胞（iPSCs），这是一种可以被转化为各种细胞类型的万能细胞。
例如，iPSCs能够分化成血液细胞，为CAR-T细胞的生产提供了一个几乎无限的来源。但问题在于，iPSCs在分化时往往首先朝着胚胎期或胎儿期的细胞谱系发展，生成的T细胞通常不够成熟，功能也不如从外周血中提取的成熟T细胞。这着实让科学家们犯了难。
02.
T细胞的困境：寿命短，不够成熟
为了克服这一难题，研究人员通过一个重要的发现推动了iPSC衍生T细胞的研究。他们发现，如果抑制一种名为EZH1的蛋白，它就能够促进更多的淋巴细胞生成，并且使iPSCs更容易生成成熟的T细胞。通过这一发现，研究人员开发了一种新的体外T细胞分化技术，并成功地制造出了具有强大抗肿瘤能力的成熟CD8+ T细胞，这些细胞表现得非常像来自外周血的T细胞，并且在抗肿瘤免疫治疗中展现了出色的效果。
然而，EZH1的抑制需要使用一种特定的基因干扰方法，这不仅操作复杂，而且没有现成的药物可以直接抑制EZH1。因此，研究人员继续寻找其他方法，通过小分子药物来模拟EZH1抑制的效果。经过一系列筛选，他们发现了一个名为G9a/GLP的新的表观遗传调控因子，这个因子的抑制能够促进成熟T细胞的生成，并且使得这些细胞与外周血中的T细胞非常相似。
通过 G9a/GLP 抑制来源的 iPSC-T 细胞的单细胞 RNA-seq 分析
为了研究G9a/GLP抑制是否真的能改善iPSC（诱导性多能干细胞）衍生的T细胞，用于细胞治疗，研究团队对从人类iPSC衍生的CD34+ HECs进行了实验。研究团队在T细胞分化的前两周，使用了一个化学抑制剂 -- UNC0224，随后让这些细胞成熟为CD3+ T细胞。实验结果表明，接受UNC0224处理的细胞生成的CD3+ T细胞数量比对照组显著增加。
进一步分析显示，UNC0224处理不仅增加了成熟的CD8+ T细胞数量，还减少了类似天然免疫的gdT细胞。这表明，G9a/GLP抑制促进了T细胞的成熟，而不是让它们停留在早期的免疫细胞阶段。RNA测序结果也表明，抑制G9a/GLP之后的iPSC衍生T细胞，其分子特征更接近于外周血中的成熟T细胞。
研究团队进一步研究了G9a/GLP抑制对T细胞谱系选择的影响。T细胞在分化过程中会经历不同的谱系选择，其中包括ab T细胞和gd T细胞。研究团队发现，G9a/GLP抑制促使T细胞更倾向于向ab T细胞分化，这一过程涉及到一些关键转录因子的变化，如GATA3和Notch3，这些因子有助于T细胞的发育，并推动ab T细胞的生成。
G9a/GLP抑制产生活性增强的iPSC-T细胞
除了影响T细胞分化的过程，G9a/GLP抑制还提高了T细胞的功能。与对照组相比，经过G9a/GLP抑制的iPSC衍生T细胞在激活后表现出更强的增殖能力，并且在杀伤肿瘤细胞方面也更有效。当这些细胞与肿瘤细胞共同培养时，UNC0224处理的iPSC-T细胞比对照组的iPSC-T细胞能够更有效地杀死肿瘤细胞。
为了进一步验证这些细胞的治疗潜力，研究团队将经过UNC0224处理的iPSC-T细胞转导了抗CD19的嵌合抗原受体（CAR），并将其用于治疗肿瘤模型。结果显示，经过G9a/GLP抑制处理的iPSC-CAR-T细胞能够更有效地杀死肿瘤细胞，并显著提高了小鼠的生存率。最令人鼓舞的是，这些细胞在经过多次肿瘤挑战后仍能保持抗肿瘤活性，并且表现出更高的记忆性，能够长期维持治疗效果。
总之，研究表明，通过化学抑制G9a/GLP，可以优化iPSC衍生T细胞的分化和功能，使其成为更有效的免疫治疗工具。这为iPSC衍生的免疫细胞在癌症治疗中的应用提供了新的思路和潜力。
03.
总结与展望
总的来说，这项研究旨在通过改进培养和分化技术，从诱导多能干细胞（iPSCs）中衍生功能成熟的T细胞，并探讨表观遗传调节因子在这一过程中所起的作用。这种无基质培养系统，可以使iPSCs能够高效分化为T细胞，并结合小分子化学调节因子，优化了T细胞的分化效率和免疫功能。尤其是表观遗传调节因子G9a/GLP的抑制，显著促进了iPSC衍生T细胞的发育，并增强了其抗肿瘤活性。
进一步的研究将这一方法应用于CAR-T细胞的生产，发现经过表观遗传调节的iPSC-CAR-T细胞在抗肿瘤效果和持久性方面优于未经调节的T细胞，为癌症免疫疗法的优化提供了新的方向。这些研究不仅为T细胞发育的表观遗传调控机制提供了重要见解，还为异基因T细胞治疗的临床应用铺平了道路，展示了通过小分子调节提高免疫细胞疗法疗效和安全性的潜力。随着技术的进一步成熟，未来这些策略有望在癌症免疫治疗及其他免疫相关疾病中实现广泛应用！
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