黄波教授团队揭示CAR-T疗法引起炎症因子风暴的机理
如何特异高效地杀死肿瘤细胞而不影响正常细胞的功能一直以来是人类医学领域的研究热点。而嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法作为通过改造病人自身免疫系统而实现特异性杀死癌症细胞的一种免疫疗法，为人类战胜癌症带来胜利曙光。2017年，美国食品药品监督管理局（FDA）已经批准了用于治疗白血病和淋巴瘤的CAR-T疗法，从而拯救了那些传统疗法无法治愈的癌症患者。然而，研究人员发现在CAR-T的临床的应用中，会伴有明显副作用——炎症因子风暴 (Cytokine release syndrome，CRS) 。而且CAR-T杀伤肿瘤细胞的效果越明显，炎症因子风暴（CRS）也越强烈，过强的炎症反应反而会引起病人的死亡【1】。2019年，估计有37％～93％的淋巴瘤患者和77％～93％的白血病患者患有CRS。虽然已经有研究报道显示，在CAR-T的治疗中巨噬细胞是炎症因子风暴的重要来源【2】，但是CAR-T疗法是如何导致的炎症因子风暴仍然不清楚，因而，也就缺少有效的干预手段。
2020年1月17日，中国医学科学院基础医学研究所的黄波教授团队在Science Immunology发表了最新研究成果Gasdermin E–mediated target cell pyroptosis by CAR T cells triggers cytokine release syndrome。研究展示了CAR-T细胞激活靶细胞Capase-3并活化gasdermin E GSDME诱导癌症靶细胞发生细胞焦亡（pyroptosis）；进而同时释出ATP、HMGB1等因子，这些因子激活巨噬细胞内的caspase-1-GSDMD和MAPK-NF B炎症通路，进而引起炎症因子风暴。
细胞凋亡（apotosis）和细胞坏死（necrosis）是两种完全不同的细胞死亡方式。细胞凋亡是一种程序的死亡，死亡过程平和而相对干净不会引起炎症反应，而细胞坏死则发生的比较快，细胞裂解而死的同时还会释放出炎症因子，诱导产生炎症反应。在本研究中，黄波教授团队成员发现当CD19-CAR-T与白血病病人的癌细胞细胞共培养时，在显微镜下大部分癌细胞细胞变得肿大，并快速裂解，通过流式细胞技术检测发现死亡的癌细胞呈现annexinV+/PI+双阳性，这是典型的细胞坏死（necrosis）表型。
而细胞坏死（necrosis）包括MLKL介导的坏死性凋亡 (necroptosis) 和GSDMD或GSDME介导的细胞焦亡（pyroptosis）。下一步他们将CAR-T细胞和淋巴癌细胞进行共培养，实验发现CD19-CAR-T细胞能够有效地杀死Raji和NALM-6这两种淋巴癌细胞，并且随着作用时间的延长和CAR-T细胞数量的增加，癌细胞释放的lactate dehydrogenase LDH也随之增加，显示癌细胞焦亡的增加。研究人员通过本团队原先开发的基于AFM的成像技术，可以观察到与CAR-T细胞接触后的癌细胞的细胞膜上形成明显的孔状结构。随后研究人员发现，来自病人的淋巴癌症B细胞与CD19-CAR-T细胞共培养后，活化的c-Caspase3和活化的N-GSDME明显增加。而敲除癌细胞Raji和NALM-6内的GSDME能够抵御CAR-T细胞的杀伤作用。这些实验结果证明CAR-T细胞能够激活癌症靶细胞内的caspase-3，切割GSDMD，诱导靶细胞发生细胞焦亡（pyroptosis）。
随后的机制分析，研究人员发现抑制CAR-T细胞内的颗粒酶 B（granzyme B）合成和抑制负责其释放的穿孔素的形成均能够阻断CD19-CAR-T细胞对Raji和NALM-6癌细胞的杀伤，证明颗粒酶B (granzme B) 对于CAR-T细胞引起的细胞焦亡发挥着重要作用。进一步实验发现CD19-CAR-T能够引起与其有高亲和力的CD19-B16癌细胞内颗粒酶B的增加和癌细胞的焦亡，而不能引起与其有低亲和力的vec-B16、HER2-B16癌细胞发生焦亡，从而证明CAR-T细胞与靶向癌细胞直接特异的高亲和力对于CAR-T引发癌细胞的焦亡至关重要。
那CAR-T细胞诱导的靶细胞焦亡又是如何导致炎症因子风暴的呢？研究成员通过一系列的实验发现癌症靶细胞焦亡时能够释放出大量的ATP、HMGB1等因子到周围环境中，而这些因子作用到巨噬细胞并引起巨噬细胞内的caspase1-GSDMD和MAPK-NF B激活，进而释放IL-1β、IL-6等炎症分子，引起炎症因子风暴。最后，研究人员通过小鼠模型证明抑制肿瘤细胞内的GSDMD或利用阻断肿瘤细胞到巨噬细胞的ATP都能够缓解CAR-T疗法引起的体重减轻，持续发烧等炎症因子风暴的症状并明显延长小鼠的存活周期。
总结来说，这项研究通过CAR-T细胞与癌症靶细胞的共培养等系列实验，揭示了CAR-T疗法激活癌细胞焦亡而激发细胞因子风暴的具体机理。这项研究为解决CAR-T疗法的副作用提供了潜在的方法，为优化设计新一代更加安全高效的治疗癌症的CAR-T提供思路。
