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科研进展

 

生命科学联合中心彭敏团队报道治愈哮喘的细胞疗法


  常见慢性疾病是人类健康的主要威胁,这些疾病涉及人体所有器官系统,发病率高、不可避免且无法治愈,导致沉重的疾病、经济和社会负担。哮喘是呼吸系统最常见的疾病,全球有超过3亿哮喘患者,每年约有25万人死于重症哮喘[1]。与其他常见慢性疾病一样,哮喘是一种不可治愈的终身疾病,患者需要终生服药。

  2型炎症因子(如IL-4、IL-5和IL-13等)在哮喘中发挥关键致病作用[1]。目前,使用蛋白质药物(如抗体)阻断2型炎症因子对哮喘具有一定疗效,并降低了糖皮质激素的使用量。然而,蛋白质药物和传统的小分子药物一样,需要长期甚至终生输注,长期使用后会出现副作用,患者也会产生针对这些蛋白质的抗体,导致疗效下降。因此,蛋白质药物对哮喘的疗效有限,也无法根治哮喘。

  与传统的小分子和蛋白质药物需要终生给药不同,嵌合抗原受体T(CAR-T)细胞作为活体药物,其在体内的持久性赋予了其治愈慢性疾病的潜力。目前,CAR-T细胞对一部分B细胞白血病患者达到了临床治愈[2],但CAR-T细胞是否可以治愈非肿瘤慢性疾病尚无先例。

图1 《自然-免疫学》论文首页

  2024年5月27日,生命中心彭敏团队在Nature Immunology(自然-免疫学)杂志发表了题为“A single infusion of engineered long-lived and multifunctional T cells confers durable remission of asthma in mice(单次输入长寿命多功能T细胞在小鼠模型中长期缓解哮喘)的研究论文[3]。该研究报道了一种基于长寿命CAR-T细胞的哮喘治愈性疗法,仅需单次输入经过基因编辑和改造的长效多功能CAR-T细胞,即可在动物模型中实现对哮喘的长期疗效,达到治愈效果。该研究首次实现了CAR-T细胞对哮喘这一常见疾病在动物模型中的治愈,开启了细胞疗法治愈常见非肿瘤疾病的新篇章。

  目前,CAR-T细胞治疗非肿瘤慢性疾病面临三大障碍。首先,大部分常见慢性疾病的病因复杂且不可移除(如环境、衰老等),病情反复,持续终生。这要求用于治疗的CAR-T细胞具备终生持久性,即输入一次,终生存在,终生有效。其次,目前CAR-T细胞治疗需要对患者进行基于化疗的预处理(即“清淋”),但这对于非肿瘤患者而言是不可接受的,因为化疗会带来严重副作用。第三,与肿瘤不同,慢性疾病累及的细胞(如心、肝、肺、肾、脑等)不能简单地通过CAR-T细胞清除,因为这些组织器官具有不可或缺的生理功能。因此,选择合适的CAR-T靶点尤为重要。

  为了解决CAR-T细胞疗效持久性和化疗预处理问题,彭敏团队首先以临床上最常用的CD19 CAR-T细胞为模型,通过全基因CRISPR筛选发现了基因组中一个特殊的基因组合,即BCOR和ZC3H12A。敲除这两个基因使得CAR-T细胞进入一种全新的状态,被命名为“类永生化功能性”T细胞(Immortal-like and Functional T cells,简称TIF)。CARTIF细胞具备类似于诱导多功能干细胞(iPSCs)的无限自我更新能力,可在体内终生存在。然而,与iPSCs不同的是,CARTIF细胞不会因为获得干性而失去谱系特征和功能,而是完整保留了成熟T细胞的特性和生理功能。因此,TIF代表了一种新的哺乳动物细胞存在形式,即干性(stemness)和功能性(functionality)共存于同一细胞。CARTIF细胞在肿瘤模型中表现出了优异的疗效。彭敏团队的这一发现于2024年5月6日发表于 J Exp Med [4],题为“Induction of immortal-like and functional CAR T cells by defined factors”,并得到了CAR-T细胞领域专家的高度评价[5]。更为重要的是,CARTIF细胞在体内的扩增和维持不需要对宿主进行任何预处理,非常适合用于治疗非肿瘤疾病。

图2. 类永生化功能性T细胞(TIF)的诱导机制及专家点评

  解决了CAR-T细胞的持久性和化疗预处理问题后,彭敏团队将CARTIF这一全新概念和技术平台应用于呼吸系统最常见的疾病,哮喘。IL-5介导的嗜酸性粒细胞浸润是2型哮喘的重要病理特征,临床上使用嗜酸性粒细胞的清除抗体对2型哮喘具有一定疗效[1]。彭敏团队以IL-5为CAR的抗原结合域,构建了识别并杀伤嗜酸性粒细胞(高表达IL-5受体)的IL-5 CAR-T细胞。虽然IL-5 CAR-T细胞在体外可特异性识别和杀伤嗜酸性粒细胞,但无法在体内扩增。彭敏团队通过基因编辑将上述TIF程序植入IL-5 CAR-T细胞,使得该细胞可以在无需任何预处理的条件下在免疫健全小鼠中增殖并清除嗜酸性粒细胞,且终生存在。该细胞被命名为5TIF细胞。鉴于IL-4和IL-13在2型哮喘中的关键致病作用,5TIF细胞被进一步改造用于长期分泌一种可以同时抑制IL-4和IL-13的IL-4突变体,并将其命名为5TIF4细胞。在多种哮喘模型中,单次输入5TIF4细胞即可实现对嗜酸性粒细胞的长期清除和对IL-4和IL-13的持续性抑制,显著缓解肺部炎症,消除哮喘症状,达到治愈效果。该研究还在NSG小鼠中验证了人5TIF4细胞的可行性,为将来的临床试验打下基础。

图3. 哮喘领域著名专家对5TIF4细胞的点评

  Nature Immunology邀请了哮喘领域的国际著名学者Hamida Hammad教授等就该研究发表了题为“CAR T cells put the brakes on asthma”的评述文章[6] 。Hamida Hammad教授认为5TIF4细胞很好地解决了目前CAR-T细胞治疗非肿瘤疾病存在的各种问题,是一种开创性的疗法,具备治愈哮喘的可能性。同时,Hamida Hammad教授也指出了5TIF4细胞可能存在的副作用,如何选择患者,以及进一步降低CAR-T细胞制造成本对于推广该疗法的重要性。

  综上所述,该研究首次报道了针对哮喘的单次输入治愈性细胞疗法,为呼吸系统这一常见疾病的根治提供了新思路和临床前产品。未来,这一研究有望为数以亿计的哮喘患者(尤其是重症哮喘患者)带来“一劳永逸”的疗法,改写慢性疾病不可治愈的历史。

  生命科学联合中心PI、清华大学基础医学院彭敏为该论文的通讯作者,团队成员金刚(博士后,彭敏实验室2017级博士生)和刘岩岩(博士生)为该论文的共同第一作者。彭敏实验室致力于T细胞基础和应用研究,长期目标是通过细胞疗法治愈人类常见疾病。欢迎有志向的博士生和博士后加入我们!有意者请联系pengmin@tsinghua.edu.cn。

 

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41590-024-01834-9

https://www.nature.com/articles/s41590-024-01851-8

https://doi.org/10.1084/jem.20232368

https://doi.org/10.1084/jem.20240258

 

参考文献:

1. Hammad, H. and B.N. Lambrecht, The basic immunology of asthma. Cell, 2021. 184(9): p. 2521-2522.

2. Kochenderfer, J.N., et al., Eradication of B-lineage cells and regression of lymphoma in a patient treated with autologous T cells genetically engineered to recognize CD19. Blood, 2010. 116(20): p. 4099-102.

3. Gang Jin, et al., A single infusion of engineered long-lived and multifunctional T cells confers durable remission of asthma in mice. Nature Immunology, 2024.

4. Wang, L., et al., Induction of immortal-like and functional CAR T cells by defined factors. J Exp Med, 2024. 221(5).

5. Restifo, N.P. and L. Gattinoni, Synthetic soldiers: Turning T cells into immortal warriors. J Exp Med, 2024. 221(5).

6. Bart N. Lambrecht & Hamida Hammad. CAR T cells put the brakes on asthma. Nature Immunology, 2024.

 

 




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