2017年，無疑是CAR-T大(dà)放異彩的一年，諾華的Kymriah和(hé)Kite的Yescarta憑借着良好的治療效果，相繼獲批進入臨床。
然而，作(zuò)為(wèi)一項新興生(shēng)物技(jì)術(shù)，CAR-T也面臨着許多(duō)問題。其中，非常關鍵的一個(gè)問題就是，如何預測一種CAR-T對于某個(gè)特定患者的療效。畢竟，這些(xiē)已經進入臨床的CAR-T并不是百分之百有(yǒu)效；同時(shí)，未來(lái)随着許多(duō)不同類型的CAR-T相繼進入臨床，醫(yī)生(shēng)也很(hěn)有(yǒu)必要為(wèi)患者挑選一款最合适的産品。
近日，來(lái)自美國康奈爾大(dà)學醫(yī)學院附屬醫(yī)院Houston Methodist研究中心微生(shēng)物學與免疫學系的華人(rén)學者劉東方教授帶領的研究團隊，開(kāi)發了一套全新的方案，通(tōng)過量化免疫突觸的質量，來(lái)預測CAR-T的療效，并且證明(míng)了這一方案是準确可(kě)行(xíng)的。這一發現發表在細胞子刊《分子治療》雜志(zhì)上(shàng)[1]。
劉東方教授
為(wèi)了更好的理(lǐ)解這一研究，我們需要簡單了解一下目前常規的CAR-T檢測項目以及CAR-T和(hé)免疫突觸之間(jiān)的關系。
目前，美國FDA發布的臨床研究CAR-T比較常用的臨床檢測項目主要包括，CAR轉染陽性率以及CAR 基因拷貝數(shù)，IFN-γ釋放，CD4/CD8的比例。這是在臨床上(shàng)進行(xíng)CAR-T 治療前必須檢測的項目。 然而，這些(xiē)檢測項目并不能對CAR-T的療效進行(xíng)預測。
而在臨床前基礎研究中，大(dà)多(duō)是通(tōng)過分子生(shēng)化等常規經典手段（如細胞因子釋放測定，細胞毒性殺傷試驗等），體(tǐ)外細胞模型以及體(tǐ)內(nèi)動物模型檢測對CAR-T療效進行(xíng)評估預測[2]。這類方法不僅耗時(shí)耗力，而且重複性也很(hěn)差，常常不同實驗室會(huì)出現不一緻的結果。
因此，在基礎和(hé)臨床科研中，我們迫切需要新的預測CAR-T療效的策略與方法。
為(wèi)此，劉教授及其科研團隊想到了免疫突觸。
免疫突觸 (Immunological Synapse, IS)是T細胞與靶細胞表面分子之間(jiān)通(tōng)過受體(tǐ)－配體(tǐ)相互作(zuò)用得(de)以緊密接觸，形成了一個(gè)重要行(xíng)使T細胞免疫學功能的精密結構。這一結構貫穿了整個(gè)T細胞的抗原識别，充分活化，以及下遊激活事件[3]。也就是說，免疫突觸對免疫反應的形成至關重要。
同時(shí)，在前期研究中，劉教授證實，CAR-T作(zuò)為(wèi)一類經過基因修飾賦予免疫細胞特異性抗原受體(tǐ)的T細胞群體(tǐ)，能夠有(yǒu)效地與腫瘤抗原結合，并形成功能性免疫突觸。同時(shí)，他還(hái)發現，不同的CAR-T 細胞與其相關的腫瘤細胞形成的特異性免疫突觸是不同的，它們的質量并不一樣。[4,5]
因此， 劉教授推測，CAR-T的免疫突觸的質量或可(kě)作(zuò)為(wèi)一種手段來(lái)預測CAR-T的治療效果。
CAR修飾的免疫細胞（藍(lán)色）通(tōng)過免疫突觸與癌細胞接觸（黃色）
為(wèi)此，劉教授首先開(kāi)發了兩種互補的成像工具，一個(gè)是脂質雙分子層（lipid bilayer）免疫熒光顯微技(jì)術(shù)，另一個(gè)是垂直細胞配對系統（vertical cell pairing，VCP)。前者可(kě)以幫助人(rén)們觀測到CAR-T細胞形成的免疫突觸的完整結構，并對免疫突觸的四個(gè)指标，F-肌動蛋白在免疫突觸的熒光強度，腫瘤抗原的聚集，T細胞裂解顆粒（lytic granules, LGs）的極化以及重要下遊信号分子的平均熒光強度進行(xíng)量化。
而後者，可(kě)以清晰的觀察到CAR-T細胞與靶細胞之間(jiān)形成的免疫突觸，同時(shí)，這一系統可(kě)以一次檢測3000個(gè)免疫突觸，顯著提高(gāo)了負載效率。
随後，劉教授便選擇了人(rén)們常用的兩種CAR-T(CD19-CAR 和(hé) kappa-CAR)，以及針對這兩種CAR-T分别設計(jì)的包含不同共刺激因子的CAR-T（4-1BB-CAR T和(hé)CD28-CAR T）進行(xíng)分析。結果發現，4-1BB-CAR T形成的免疫突觸無論是在F-肌動蛋白的熒光強度，腫瘤抗原的聚集程度還(hái)是腫瘤裂解顆粒的極化比例上(shàng)，都要優于CD28-CAR T。也就是說，4-1BB-CAR T的免疫突觸質量優于CD28-CAR T。
而此前的研究表明(míng)，T細胞的免疫功能依賴于免疫突觸的質量[6]。因此，劉教授認為(wèi)，4-1BB-CAR T對腫瘤細胞的殺傷力優于CD28-CAR T。
為(wèi)此，劉教授首先采用了臨床上(shàng)檢測CAR-T療效的黃金标準，4小(xiǎo)時(shí)鉻51 釋放實驗以及細胞因子分泌對兩種不同類型的CAR-T進行(xíng)分析。結果發現，無論是常規的4小(xiǎo)時(shí)鉻51 釋放實驗還(hái)是細胞因子分泌方法，都顯示這兩種CAR-T的抗腫瘤活性沒有(yǒu)顯著性區(qū)别。也就是說，臨床常規檢測方法并不能準确預測CAR-T療效。
然而，當劉教授通(tōng)過長期殺傷實驗來(lái)評估這兩種CAR-T的有(yǒu)效性和(hé)持續性時(shí)卻發現，對于同一種癌細胞來(lái)說，4-1BB-CAR T對癌細胞的殺傷力更大(dà)，可(kě)以更迅速的消滅癌細胞。同時(shí)，通(tōng)過長期殺傷性實驗數(shù)據分析發現，4-1BB-CAR T的增殖能力相比于CD28 CAR-T更強。也就是說，事實上(shàng)，相比于CD28 CAR-T，4-1BB-CAR T的體(tǐ)外抗癌活性更強。
4-1BB CAR-T的殺傷性（左圖）和(hé)增值能力（右圖）明(míng)顯優于CD28 CAR-T
随後，劉教授還(hái)通(tōng)過對其他不同類型的CAR-T的免疫突觸質量和(hé)抗癌活性進行(xíng)了相關性分析，進一步證明(míng)了，免疫突觸的質量可(kě)以有(yǒu)效預測CAR-T的殺傷活性以及增殖能力。
最後，劉教授還(hái)分别在淋巴瘤和(hé)實體(tǐ)瘤小(xiǎo)鼠模型中證明(míng)了，免疫突觸質量與CAR修飾的免疫細胞對癌細胞的殺傷力成正相關。即免疫突觸質量越高(gāo)，對癌細胞的殺傷力也越強。顯然，這也為(wèi)癌症的精準醫(yī)療提供了一個(gè)有(yǒu)利的方法。
下一步，劉教授還(hái)将通(tōng)過驗證已上(shàng)市或者已經正在進行(xíng)臨床試驗的CAR-T類産品，進行(xíng)免疫突觸功能測定試驗，推進臨床試驗。
參考資料： 1.Xiong W, Chen Y, Kang X, et al. Immunological Synapse Predicts Effectiveness of Chimeric Antigen Receptor Cells[J]. Molecular Therapy, 2018, 26(4).