NEJM I 涡轮增压T细胞，提高T细胞抗癌能力

近日，NEJM发表了一篇评论，题目为Turbocharging the T Cell to Fight Cancer，这是要为T细胞涡轮增压，提高T细胞抗击肿瘤的能力。看看作者Andrea 博士是怎么说的。

人类肿瘤表达抗原，在肿瘤患者中检测到针对这些抗原的T细胞。然而，在肿瘤中发现的肿瘤反应性T细胞（tumor reactive T cell）通常是无功能的或无效的，因为尽管它们存在，但肿瘤经常进展并最终导致死亡。

建立有效的抗肿瘤免疫的一种方法是过继性T细胞输注：就是向肿瘤患者输注体外制备、功能强大的百万数量级别的肿瘤反应性T细胞。Andrea 博士提出了一个概念 肿瘤反应性T细胞（tumor reactive T cells）

肿瘤反应性T细胞可以从患者自身的肿瘤中分离出来，在体外进行刺激和扩增，然后注入患者体内。或者，通过引入编码肿瘤抗原特异性受体的基因（T细胞受体[TCR]或嵌合抗原受体[CAR]），可以在体外将自体T细胞改造成肿瘤反应性细胞。即所谓的TCR-T细胞和CAR-T细胞。

尽管在肿瘤患者亚组和各种肿瘤类型中观察到过继性T细胞输注取得了令人印象深刻的成功，但大多数患者，尤其是实体瘤患者，仍然没有长期反应。为什么？

当T细胞进入肿瘤时，它们暴露于免疫抑制性肿瘤微环境和持久性肿瘤抗原中。微环境信号、持续的抗原遭遇和慢性TCR刺激使T细胞进入低反应状态，也称为T细胞衰竭或功能缺失。

然后，T细胞停止增殖，失去产生效应细胞因子（肿瘤坏死因子α、干扰素γ和白细胞介素-2）和细胞毒性分子（颗粒酶和穿孔素）的能力，这些成分是有效攻击和消除肿瘤细胞所必需的（图1 A T细胞功能缺失）。

T细胞能否被工程化以抵抗功能缺失？Legut最近的一项研究表明他们可以做的这一点。包括全基因组微扰筛选在内的技术进步，使我们能够精确剖析调节肿瘤诱导T细胞功能障碍的分子机制。然而，此类筛查在很大程度上仅限于针对负性调节器的功能缺失筛查；更具挑战性的是功能获得筛查，以识别T细胞功能的正调节因子。Legut等人在原代人类T细胞中进行了基因组规模的功能增强筛查，发现了促进T细胞增殖、效应细胞因子产生和体外肿瘤杀伤的基因和途径（图1 B 功能增强筛选以促进T细胞的增殖）。

图1：对T细胞进行重新编程以提高治疗效果

（图1 A）进展性肿瘤中的肿瘤反应性T细胞由于持续的肿瘤抗原遭遇和肿瘤微环境中的慢性T细胞受体（TCR）或嵌合抗原受体（CAR）信号和免疫抑制因子而变得功能障碍。功能失调的T细胞不能增殖并产生效应细胞因子或细胞毒性分子，它们表达多种抑制性受体（例如程序性死亡1[PD-1]和细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4[CTLA4]）。

（图1 B）T细胞功能的正调节因子可通过基因组级功能增益筛选平台进行鉴定。Legut等在原代人类T细胞中表达了12000多个基因（每个细胞1个基因）。他们选择具有最高增殖潜能的T细胞，然后确定这些T细胞中转导基因的特性。其中热门基因LTBR（编码淋巴毒素β受体的基因）促进了T细胞的增殖，驱动了新的转录基因回路和表观遗传学程序，并激活了体外对T细胞细胞毒性功能重要的途径。

作者用一个包含12000个条形码基因的慢病毒文库，从健康的捐赠者那里导入原代人类T细胞，以确定每个基因对T细胞增殖的影响。（基因的条形码包括有目的地包含一个独特的短DNA序列，该序列可以被认为是伴随它的基因的标记。它很容易“读取”，因此类似于商店使用条形码。）通过对增殖最快的T细胞中的条形码进行测序，研究人员能够识别和排列驱动T细胞增殖的候选基因。一些排名靠前的基因编码已知的T细胞增殖调节器，但令人惊讶的是，作用最强的基因是LTBR，它编码蛋白淋巴毒素-β受体（LTBR）。该受体是TNF受体家族的一员，通常在上皮细胞和髓系细胞表面表达，但在T细胞上不表达。

接下来，他们探讨这些基因是否也会改善T细胞功能的其他方面，包括细胞毒性和白细胞介素-2和干扰素-γ的分泌。的确，他们做到了，并且再次观察到表达LTBR的T细胞的最强效果。在随后的一系列实验中，作者评估了LTBR如何在T细胞中发挥作用。他们开发了一种称为Oversite-seq的测序技术，该技术允许识别过度表达的基因，并以单细胞分辨率同时捕获颗粒遗传和分子数据。结合表观遗传学和功能研究，Oversite-seq揭示LTBR可诱导广泛的基因组转录和表观遗传学重组，激活核因子κB途径，并驱动几个关键转录因子的激活，其中包括一个已知对T细胞自我更新和寿命至关重要的转录因子。

然后，研究人员测试了顶级基因的过度表达是否可以增加CAR T细胞的抗肿瘤效应功能。他们在健康捐赠者的T细胞和弥漫性大B细胞淋巴瘤患者的T细胞中表达LTBR和CD19靶向CAR（FDA批准的）。LTBR表达的CD19靶向健康供体和患者的CAR T细胞在体外对表达CD19的肿瘤细胞显示出更高的功能性和更强的细胞毒性。这些无疑是令人兴奋的发现。仍然存在的一个问题是，LTBR等基因是否也能够在体内、临床前模型中，以及更重要的是，在癌症患者中，使T细胞暴露在肿瘤抗原和微环境免疫抑制下数周甚至数月，从而使T细胞增压。此外，鉴于这些基因驱动细胞增殖，是否会增加诱发T细胞恶性转化的风险？尽管如此，Legut等人的研究，除了最近发表的其他关于功能获得筛查的研究外，4,5强调了大规模筛查平台在识别新基因以改进下一代细胞治疗（包括治疗实体瘤）方面的威力，对于实体瘤而言，涉及过继细胞转移的有效治疗仍然是一个挑战。

参考文献：

1. Philip M, Schietinger A. CD8+ T cell differentiation and dysfunction in cancer. Nat Rev Immunol 2022;22:209-23.

2. Legut M, Gajic Z, Guarino M, et al. A genome-scale screen for synthetic drivers of T cell proliferation. Nature 2022;603:728- 35.

3. Shifrut E, Carnevale J, Tobin V, et al. Genome-wide CRISPR screens in primary human T cells reveal key regulators of im[1]mune function. Cell 2018;175(7):1958-1971.e15.

4. Schmidt R, Steinhart Z, Layeghi M, et al. CRISPR activation and interference screens decode stimulation responses in pri[1]mary human T cells. Science 2022;375(6580):eabj4008. 5. Ye L, Park JJ, Peng L, et al. A genome-scale gain-of-function CRISPR screen in CD8 T cells identifies proline metabolism as a means to enhance CAR-T therapy. Cell Metab 2022;34(4):595- 614.e14

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