Science子刊首次深度分析CAR-T细胞信号 改进T细胞免疫治疗
对免疫细胞进行重编程使得它们抵抗癌症的CAR-T细胞疗法已在一些对其他治疗没有作出反应的血癌患者中显示出巨大的希望。但是到目前为止，人们仍然没有彻底研究能够导致抗癌反应产生的生物学通路。
了解这些通路对设计未来几代的CAR-T细胞疗法是非常重要的，包括减少副作用、阻止治疗后复发，以及让它有效地抵抗更为常见的癌症，如实体瘤。
在一项新的研究中，来自美国弗雷德-哈金森癌症研究中心（Fred Hutch）的研究人员比较了两种不同的CAR（chimeric antigen receptor, 嵌合抗原受体）设计中的T细胞信号模式。这是首次比较临床试验中使用的两种常见的CAR设计。相关研究结果发表在2018年8月21日的Science Signaling期刊上，论文标题为“Phosphoproteomic analysis of chimeric antigen receptor signaling reveals kinetic and quantitative differences that affect cell function”。
论文通信作者、Fred Hutch免疫治疗综合研究中心科学主任Stanley Riddell博士说，“作为癌症治疗的一种新支柱，免疫疗法领域在过去几年中引起了人们的巨大兴趣，而且继续在临床试验中测试CAR-T细胞疗法。”
Riddell说，“当我们在2014年开始这项研究时，我们试图了解CAR-T细胞疗法的生物学机制。鉴于我们更好地了解它是如何起作用的，我们对如何改进这种新的疗法有了新的见解，而且随着这个领域想要为更多的癌症类型（包括实体瘤）开发CAR-T疗法，这一点尤其至关重要。”
CAR是合成受体，可经过基因改造后被导入到一种被称为T细胞的免疫细胞中。从T细胞表面上延伸出来的CAR的一部分区域识别与健康细胞掺杂在一起的癌细胞。位于T细胞内的CAR的另一部区域具有不同的组分。在这些组分中，有一种被称作共刺激结构域（costimulatory domain）的T细胞信号转导单位，它也是这项研究中让这些研究人员感兴趣的地方。
在这项研究中，这些研究人员研究了利用两种最常用的共刺激结构域构建出的CAR之间的差异。具体而言，他们研究了这两种CAR设计---CD28和4-1BB---如何给它们的T细胞发送信号以便动员它们抵抗癌症，以及它们在实验室培养皿中和在小鼠体内如何影响T细胞的行为和它们抵抗人类癌细胞的有效性。
论文第一作者、弗雷德-哈金森癌症研究中心博士生Alex Salter说，“人们对将T细胞靶向癌症充满大量的兴趣，但是很少有人知道CAR给T细胞发送的指令。我想研究CAR如何向T细胞传递指令。”
这些研究人员发现这两种类型的CAR都引发了相同的信号转导通路激活，但是在信号的时间选择和强度方存在着差异：CD28 CAR设计显示出更快更强的活化，而4-1BB CAR显示出更慢更温和的激活。在淋巴瘤小鼠模型中的进一步测试结果表明4-1BB CAR在清除癌细胞方面更有效。
这些研究人员还发现：（1）一种被称作Lck的信号蛋白调节着CD28 CAR引发的T细胞反应的强度，而且他们能够对它加以操纵来微调CD28 CAR引发的T细胞反应；（2）4-1BB CAR-T细胞显示出更高的与T细胞记忆相关的基因表达，这提示着4-1BB CAR信号转导可能产生能够存活更长时间并且维持抗癌作用的T细胞。
Salter说，“我们的研究结果提示着不同的CAR设计如何用于不同的目的。CD28 CAR引发T细胞作出的更快更强的反应可能对某些癌症是有益的，而较慢的持续更长时间的4-1BB CAR可能对其他癌症是有益的。”
利用一种称为质谱的方法就使得对参与T细胞信号转导的蛋白进行全面分析成为可能。这项研究是首次利用质谱测量临床相关的T细胞中的数千种蛋白是如何受到激活的，以便执行T细胞的功能。
Paulovich说，“我们希望通过开发一系列参与T细胞信号转导的磷酸化蛋白（phosphoprotein）的靶向测试方法，我们就能够在为患者开发出更加有效的CAR-T细胞疗法方面协助促进免疫治疗领域取得进展。”
这些研究人员提醒道，他们的研究结果并不意味着一种CAR在治疗上要比另一种CAR更好，但是这些结果确实支持在临床上观察CAR如何在患者中发挥作用，并针对为何一些患者在接受CAR-T细胞疗法治疗后出现更强的副作用和为何一些患者在接受治疗后会复发提供一些新的见解。
这些研究人员如今正在探究如何设计下一代CAR。就这一点而言，这些研究人员正在利用由Paulovich开发的另一种被称作多反应监测质谱（multiple reaction monitoring mass spectrometry）的技术，以便更快地研究下一代CAR设计。这种技术将会补充她的实验室开发出的其他测定方法，以便定量确定影响肿瘤中免疫系统功能的蛋白。
参考资料：
Alexander I. Salter1,2, Richard G. Ivey2, Jacob J. Kennedy et al. Phosphoproteomic analysis of chimeric antigen receptor signaling reveals kinetic and quantitative differences that affect cell function. Science Signaling, 21 Aug 2018, 11(544):eaat6753, doi:10.1126/scisignal.aat6753.
