脑瘤福音!Nature:“改造”T细胞,使其进入大脑、攻击“逃逸”的癌细胞
2018/09/13
CAR-T疗法是癌症免疫疗法的明星方案,目前已在血液肿瘤中表现出喜人的潜力。但是,如何靶向实体瘤?这一直是个难题。近日,《Nature》期刊最新发表一篇文章,揭示了一种治疗脑癌的新免疫疗法,克服了脑癌治疗中的主要障碍——血脑屏障!


图片来源:Pixabay

更新:这篇论文于2019年2月20日被撤回!据悉是因为基础数据有问题

对于胶质母细胞瘤而言,免疫疗法面临着一个特殊挑战——血脑屏障会阻拦T细胞进入大脑,以免发生可能危及生命的脑部炎症。这一“保护措施”在正常情况下是有益的,但是它会阻止T细胞到达胶质母细胞瘤处,从而让免疫疗法无“用武之地”。

9月5日,《Nature》期刊最新发表了一篇题为“A homing system targets therapeutic T cells to brain cancer”的文章,揭示了由贝勒医学院的科学家们领导的一个多机构国际研究团队完成的一项最新解决策略:改造T细胞,使其能够通过血脑屏障,并浸润脑部肿瘤组织,最终有效对抗癌细胞。

贝勒医学院细胞与基因治疗中心儿科副教授Nabil Ahmed表示:“T细胞免疫疗法是一个新兴领域,已经在癌症以及其他疾病领域展现出很大的潜力。然而,治疗性T细胞对靶点的有效定位仍然是一个主要的限制因素,特别是脑瘤。”


https://doi.org/10.1038/s41586-018-0499-y

找到脑瘤的“免疫逃逸”机制

脑炎的发生源于本该排除在脑外的T细胞通过了血脑屏障的阻拦。这一过程是一个复杂而协同的迁移过程,需要在血液中循环的活跃T细胞附着于血管内皮细胞上。这一附着依赖于T细胞表面的配体分子和内皮细胞上的ALCAM、ICAM-1和VCAM-1等细胞黏附分子的结合。

这些细胞黏附分子在脑组织中的表达高于正常水平。ALCAM与T细胞配体CD6的结合会阻断T细胞通过血管的进程,允许ICAM-1和VCAM-1随后结合。一旦T细胞通过与细胞黏附分子结合达到“临界阈值”,T细胞就能够在内皮细胞之间迁移,从而离开血管进入大脑。

然而,在胶质母细胞瘤中,脑血管系统会发生改变——过度表达ALCAM,ICAM-1和VCAM-17表达很少或者不表达。这一“逃逸”改变可能是为了帮助肿瘤逃避T细胞的识别和抓捕。

科学家们推测,如果我们能够增加胶质母细胞瘤患者的T细胞和内皮细胞之间的粘附,类似于脑炎进程,那么就有可能让T细胞进入大脑。

让T细胞“归巢”,进入大脑

埃及儿童癌症医院的首席研究员Heba Samaha及其团队推断,通过改造T细胞,使其能够更牢固地与ALCAM结合,从而增强T细胞在内皮中的锚定作用,最终克服血脑屏障的“僵局”。

为了验证猜想,研究团队试图改造T细胞,给予它们必要的“分子钥匙”,以便克服肿瘤的逃逸机制,从而达到对抗肿瘤的效果。

他们对T细胞上的CD6配体进行改造——合成了“归巢CD6”(homing-system CD6,HS–CD6),促使单个配体之间能够相互作用,从而产生多分子蛋白。

研究人员使用逆转录病毒将合成的配体引入T细胞,他们发现,T细胞表面的HS–CD6会增强T细胞与表达ALCAM的内皮细胞之间的黏附,从而促进迁移的发生。

具体而言,与ALCAM结合后,HS–CD6会激活T细胞上的SLP-76蛋白,后者会促使LFA-1蛋白移动到细胞表面,并与内皮细胞上的少量ICAM-1分子结合,进一步增强T细胞与内皮细胞之间的结合。这些分子变化会激活FAK(一种调控T细胞肌动蛋白网络的蛋白),促使T细胞能够挤进内皮细胞之间,穿过血脑屏障。


Targeting of tumour-specific T cells.

重新设计的CD6分子类似于一个‘归巢系统’,它会增强内皮上的T细胞与ALCAM结合,增强T细胞对与癌症相关的血管中ICAM1水平降低的敏感性。因此,T细胞-癌症内皮细胞相互作用介导了循环T细胞的捕获,使其能够穿过内皮,从而有效地浸润脑瘤。” Nabil Ahmed解释道。

安装“小车”,精准靶向脑瘤

如何确保进入大脑的T细胞能够靶向肿瘤组织?为此,研究人员给T细胞安装了“小车”——嵌合抗原受体(CAR),负责引导T细胞对抗特定癌细胞。

首先,他们将这一抗原受体被设计成能够与人类表皮生长因子受体2(HER2,胶质母细胞瘤细胞产生的抗原)结合;随后,他们以携带人胶质母细胞瘤的小鼠问为模型,将改造的T细胞(携带HS–CD6+ CAR)注入小鼠大脑中,并监测小鼠的生存情况。

结果让人兴奋:在所有接受治疗的小鼠中,这一组合策略可以显著减少肿瘤体积。同时表达HS–CD6和HER2特异性抗原受体的T细胞能够浸润胶质母细胞瘤,最终多数小鼠的病情得到明显缓解,且长期存活。

相反,缺乏归巢系统的T细胞对肿瘤的定位效果很差,因此只能短暂地减慢肿瘤的生长。更重要的是,改造后的T细胞可以严格靶向肿瘤区域,因而并不会影响其他正常的大脑以及身体组织。

转化临床,依然有很多难关

下一步,研究团队将试图在临床试验中验证这一“归巢”系统,同时寻找下一代归巢分子,用于靶向诊断或者治疗其他疾病。他们强调,真正实现临床,依然面临很多调整:

首先,多种细胞类型都表达ALCAM,包括骨髓细胞,所以需要更多的研究评估这些非内皮细胞的功能是否会受治疗影响。

其次,如果T细胞在大脑内会直接或者间接损害健康的脑组织,则可能会引发毒性问题。科学家们设想可以利用基因“关闭”开关来限制T细胞的活性和寿命,从而规避副作用。研究人员还需要确定HER2靶向的T细胞在体内的持久性和活性,并验证这一策略对于胶质母细胞瘤之外的脑部肿瘤的可行性。

最后,将T细胞靶向脑部肿瘤只是启动针对胶质母细胞瘤的有效免疫反应的第一步。进入脑瘤的T细胞还会面临低氧、低PH以及免疫抑制分子造成的恶劣的肿瘤微环境。虽然动物试验表明进入小鼠胶质母细胞瘤的T细胞并没有受到影响,但是这些小鼠并不能真正还原人类脑瘤的许多关键特征。

研究人员总结,一个成功的胶质母细胞瘤免疫治疗策略最终将是一种组合疗法——允许足够多的特异性T细胞进入肿瘤组织,并在肿瘤微环境中存活。

责编:风铃

参考资料:

T cells engineered to home in on brain cancer

A 'homing system' targets therapeutic T-cells to brain cancer

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  • A homing system targets therapeutic T cells to brain cancer

    Successful T cell immunotherapy for brain cancer requires that the T cells can access tumour tissues, but this has been difficult to achieve. Here we show that, in contrast to inflammatory brain diseases such as multiple sclerosis, where endothelial cells upregulate ICAM1 and VCAM1 to guide the extravasation of pro-inflammatory cells, cancer endothelium downregulates these molecules to evade immune recognition. By contrast, we found that cancer endothelium upregulates activated leukocyte cell adhesion molecule (ALCAM), which allowed us to overcome this immune-evasion mechanism by creating an ALCAM-restricted homing system (HS). We re-engineered the natural ligand of ALCAM, CD6, in a manner that triggers initial anchorage of T cells to ALCAM and conditionally mediates a secondary wave of adhesion by sensitizing T cells to low-level ICAM1 on the cancer endothelium, thereby creating the adhesion forces necessary to capture T cells from the bloodstream. Cytotoxic HS T cells robustly infiltrated brain cancers after intravenous injection and exhibited potent antitumour activity. We have therefore developed a molecule that targets the delivery of T cells to brain cancer.

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