《科學(xué)》重磅!讓Z貴癌癥免疫療法CAR-T更安全的創(chuàng)新技術(shù)誕生

一期期刊《科學(xué)》雜志發(fā)表一篇來(lái)自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的重磅文章，研究者們開(kāi)發(fā)出一種利用突變IL2（orthoIL-2）以及相應(yīng)的IL2突變受體β（orthoIL-2Rβ）來(lái)特異性地在體內(nèi)擴(kuò)增包括CAR-T在內(nèi)的過(guò)繼性T細(xì)胞的方法，能夠有效地避免直接注射IL-2引起的巨大副作用。

白介素2（Interleukin-2，IL-2）對(duì)于T細(xì)胞的增殖、維持以及功能具有關(guān)鍵作用，其對(duì)于包括CAR-T在內(nèi)的過(guò)繼性T細(xì)胞*也具有重要作用。

如今，過(guò)繼性T細(xì)胞（adoptive T cell transfer，ACT）療法在*方面已經(jīng)取得里程碑式進(jìn)展，尤其是嵌合抗原受體T細(xì)胞（chimeric antigen receptor T cell，CAR-T）療法，目前已經(jīng)有目前已經(jīng)有諾華的Kymriah以及Kite公司（現(xiàn)已被吉列德公司收購(gòu)）的Yescarta上市。

▲上市的CAR-T產(chǎn)品，諾華公司的Kymriah（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

然而，過(guò)繼性T細(xì)胞移植（ACT）療法廣泛應(yīng)用于治療癌癥有幾個(gè)局限性，包括產(chǎn)生足夠量的輸注細(xì)胞以及輸入的過(guò)繼性T細(xì)胞未能持續(xù)并在體內(nèi)保持功能。

由于白介素2（Interleukin-2，IL-2）對(duì)于T細(xì)胞的增殖、維持以及功能具有關(guān)鍵作用，因此，在臨床中，T細(xì)胞生長(zhǎng)因子白細(xì)胞介素-2（IL-2）的伴隨給藥改善了移植的T細(xì)胞的存活，功能和抗腫瘤活性【1，2】。

▲白介素-2具有廣泛的作用（圖片來(lái)自Nature）

然而，IL-2的作用非常廣泛，除了上面說(shuō)的維持活化的T細(xì)胞增殖以外，其誘導(dǎo)CTL、NK和LAK等多種殺傷細(xì)胞的分化和效應(yīng)功能，并誘導(dǎo)殺傷細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ、TNF-α等細(xì)胞因子，以及直接作用于B細(xì)胞，促進(jìn)其增殖、分化和Ig分泌等等。

這樣一來(lái)，使用IL-2來(lái)增強(qiáng)包括CAR-T在內(nèi)的過(guò)繼性T細(xì)胞移植就具有潛在的嚴(yán)重毒性【3】。

這種IL-2的毒副作用是由于IL-2與IL-2受體（IL-2R）之間的相互作用決定【4】。IL-2受體（IL-2R）由α，β和γ這三個(gè)亞基組成，而IL-2R的β鏈（IL-2Rβ）和普通γ鏈（IL-2Rγ）一起形成信號(hào)二聚體并以中等親和力與IL-2結(jié)合，而IL-2Rα（CD25）不發(fā)出信號(hào)但增加IL-2與IL-2Rβγ的親和力，從而使T細(xì)胞對(duì)低濃度IL-2敏感。

因此，有沒(méi)有辦法來(lái)改進(jìn)呢？

▲研究者們?cè)?/span>《科學(xué)》雜志上面發(fā)表的文章（圖片來(lái)自Science）

一期期刊《科學(xué)》雜志發(fā)表一篇來(lái)自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的重磅文章，研究者們開(kāi)發(fā)出一種利用突變IL2（orthoIL-2）以及相應(yīng)的IL2突變受體β（orthoIL-2Rβ）來(lái)特異性地在體內(nèi)擴(kuò)增包括CAR-T在內(nèi)的過(guò)繼性T細(xì)胞的方法，能夠有效地避免直接注射IL-2引起的巨大副作用【5,6】。

?鎖和鑰匙?

既然IL-2對(duì)于細(xì)胞免疫療法如此重要，可以說(shuō)不用IL-2就不行，然而用了IL-2又會(huì)有巨大的副作用，那怎么辦呢？

這正是這篇由斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院發(fā)表的《科學(xué)》文章要解決的事情。

這篇文章具體是怎么回事呢？

▲可以把過(guò)繼性T細(xì)胞（或者CAR-T細(xì)胞）比喻成門(mén)，而在其表面的IL-2R（α、β以及γ亞基）可以比喻成鎖，IL-2可以比喻成鑰匙；因此，一把鑰匙配一把鎖，野生型的IL-2只能結(jié)合野生型的IL-2R；而突變型的IL-2就只能夠結(jié)合相應(yīng)的突變型的IL-2R（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

既然這種IL-2的毒副作用是由于IL-2與IL-2受體（IL-2R）之間的相互作用決定的，因此，研究者們就在這IL-2以及IL-2R上面來(lái)下功夫。

先來(lái)打個(gè)不是特別恰當(dāng)?shù)谋扔鳎梢园堰^(guò)繼性T細(xì)胞（或者CAR-T細(xì)胞）比喻成門(mén)，而在其表面的IL-2R（α、β以及γ亞基）可以比喻成鎖，IL-2可以比喻成鑰匙；因此，一把鑰匙配一把鎖，野生型的IL-2只能結(jié)合野生型的IL-2R；而突變型的IL-2（在文章中以orthoIL-2表示）就只能夠結(jié)合相應(yīng)的突變型的IL-2R（在文章中以orthoIL-2Rβ表示）。

▲一把鑰匙配一把鎖，研究者們先把IL-2R（鎖）進(jìn)行突變，獲得突變的IL-2R（用ortho表示）（圖片來(lái)自Science）

因此，研究者們首先改造IL-2R，也就是門(mén)上面的“鎖”，將IL-2R進(jìn)行突變，使之不能夠結(jié)合正常的（野生型）的IL-2。

這就好比把門(mén)上的“鎖”先換掉，然后再根據(jù)這個(gè)新鎖來(lái)配新的鑰匙。

因此，得到新鎖之后，研究者們就來(lái)配相應(yīng)的鑰匙了。所以，研究者們通過(guò)酵母展示技術(shù)來(lái)篩選與突變的IL-2R（用orthoIL-2Rβ表示，主要是突變β鏈）相應(yīng)的突變型IL-2（用orthoIL-2表示）。

▲研究者們先把IL-2R（鎖）進(jìn)行突變，獲得突變的IL-2Rβ（用ortho表示），然后使用酵母展示技術(shù)來(lái)篩選與突變IL-2Rβ（orthoIL-2Rβ）相應(yīng)的突變IL-2（orthoIL-2）（圖片來(lái)自Science）

?安裝?

有了新的鑰匙和鎖之后，接下來(lái)就是如同搬新家一樣，把新的鎖安裝到門(mén)上，然后用新的鑰匙開(kāi)門(mén)就行了。

怎么做呢？

很簡(jiǎn)單，先將orthoIL-2Rβ在過(guò)繼性T細(xì)胞療法比如CAR-T細(xì)胞中表達(dá)，這樣一來(lái)，T細(xì)胞表面的orthoIL-2R（其胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)域仍然保留）只能夠與orthoIL-2結(jié)合而不能與正常的IL-2結(jié)合，從而刺激T細(xì)胞中的STAT5的磷酸化，從而促進(jìn)T細(xì)胞增殖及維持其活性。

▲《科學(xué)》雜志同期評(píng)論文章的示意圖，將orthoIL-2Rβ在過(guò)繼性T細(xì)胞療法比如CAR-T細(xì)胞中表達(dá)，這樣一來(lái)，T細(xì)胞表面的orthoIL-2R（其胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)域仍然保留）只能夠與orthoIL-2結(jié)合而不能與正常的IL-2結(jié)合，從而刺激T細(xì)胞中的STAT5的磷酸化，從而促進(jìn)T細(xì)胞增殖及維持其活性（圖片來(lái)自Science）

換了新的鎖和鑰匙之后，這意義就比較大了。以前，向患者體內(nèi)輸入了CAR-T之后治療腫瘤，然后再注射一針I(yè)L-2來(lái)維持CAR-T細(xì)胞在體內(nèi)的較長(zhǎng)時(shí)間停留（此處未必嚴(yán)謹(jǐn)），然而，這會(huì)造成強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)和副作用，因此，IL-2不能亂用。而這里，在移植了過(guò)表達(dá)orthoIL-2R的CAR-T細(xì)胞之后，只需要再注射orthoIL-2來(lái)維持CAR-T細(xì)胞在體內(nèi)的較長(zhǎng)時(shí)間存在就可以了，也不用擔(dān)心副作用了，因?yàn)?/span>orthoIL-2是突變的IL-2，不能夠刺激其他免疫細(xì)胞的反應(yīng)。

?效果如何?

事實(shí)也是如此，一些免疫反應(yīng)指標(biāo)在使用了orthoIL-2之后均未增加。

注射orthoIL-2（ortho1G12以及ortho3A10兩個(gè)突變體）之后，與注射PBS差不多，脾臟重量也未增加（D），CD8 MP（E）、CD4 Treg（F）以及NK細(xì)胞（G）均未增加，而正常的IL-2則能夠促使上述指標(biāo)均大幅增加。這表明orthoIL-2不會(huì)引起強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。

▲注射orthoIL-2（ortho1G12以及ortho3A10兩個(gè)突變體）之后，與注射PBS差不多，脾臟重量也未增加（D），CD8 MP（E）、CD4 Treg（F）以及NK細(xì)胞（G）均未增加，而正常的IL-2則能夠促使上述指標(biāo)均大幅增加（圖片來(lái)自Science）

當(dāng)然，說(shuō)的這么好，關(guān)鍵是這個(gè)新方法對(duì)于腫瘤的治療效果如何呢？

可以說(shuō)，治療效果還是不錯(cuò)的。

能夠有效地控制腫瘤的大小，而且，能夠現(xiàn)住地提高荷瘤小鼠的生存率。

▲新方法能夠控制腫瘤的大小（E）以及提高荷瘤小鼠的生存率（F）；紅色組表示新方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖片來(lái)自Science）

“這些結(jié)果為使用基因工程表達(dá)orthoIL-2Rb的腫瘤特異性T細(xì)胞檢測(cè)過(guò)繼性細(xì)胞療法鋪平了道路。”斯坦福大學(xué)腫瘤中心的腫瘤學(xué)家Crystal L. Mackall在《科學(xué)》雜志上評(píng)論說(shuō)。

她進(jìn)一步指出：“這些結(jié)果具有廣泛的臨床應(yīng)用潛力，因?yàn)樗鼈兲峁┝肆钊诵欧淖C據(jù)表明這套細(xì)胞因子系統(tǒng)可以有效地用于癌癥*。”