高濃度的IL-2是提高TME浸潤(rùn)、逆轉(zhuǎn)腫瘤免疫抑制的重要炎癥細(xì)胞因子。如何在保證IL-2起效的同時(shí)降低IL-2的全身毒性是眾多實(shí)體瘤免疫療法開(kāi)發(fā)的重要研究方向。

2022年12月加州大學(xué)舊金山分校的研究團(tuán)隊(duì)在Science上展示了他們的方案。該臨床前試驗(yàn)選擇通過(guò)在T細(xì)胞上搭載合成細(xì)胞因子的通路，在體內(nèi)驅(qū)動(dòng)，使細(xì)胞自主產(chǎn)生IL-2，盡可能使IL-2僅在目標(biāo)腫瘤TME中產(chǎn)生作用，降低全身毒性。

局部合成IL-2的機(jī)制與效果

為了讓IL-2不在全身擴(kuò)散，自主合成細(xì)胞因子回路需要在腫瘤TME的免疫抑制環(huán)境中依然能夠被活化。抑制性腫瘤微環(huán)境既可以減少I(mǎi)L-2的產(chǎn)生，也可以競(jìng)爭(zhēng)性地消耗IL-2。因此，這種回路需要獨(dú)立于TCR/CAR激活。

Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624.

該研究團(tuán)隊(duì)采用抗CD19的合成Notch受體(synNotch)來(lái)誘導(dǎo)IL-2轉(zhuǎn)基因的轉(zhuǎn)錄。該受體正是2016年由該實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的。

SynNotch受體能夠使用細(xì)胞外識(shí)別域來(lái)識(shí)別靶抗原。與CAR不同，這種靶抗原的結(jié)合不會(huì)觸發(fā)T細(xì)胞活化。相反，抗原結(jié)合誘導(dǎo)膜內(nèi)受體切割，釋放轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)域進(jìn)入細(xì)胞核，促進(jìn)目標(biāo)轉(zhuǎn)基因的表達(dá)。 Cell. 2016 Feb 11;164(4):770-9.

旁分泌：

SynNotch→IL-2回路能夠通過(guò)旁分泌方式，與T細(xì)胞殺傷協(xié)同驅(qū)動(dòng)局部T細(xì)胞增殖。

• 體外模型顯示，刺激synNotch受體能誘導(dǎo)工程T細(xì)胞群的強(qiáng)烈增殖。同時(shí)也能驅(qū)動(dòng)共同培養(yǎng)的非工程T細(xì)胞和NK細(xì)胞進(jìn)行增殖。
• 免疫分析顯示，CAR - T細(xì)胞僅在腫瘤內(nèi)擴(kuò)增，激活標(biāo)記物增加，衰竭標(biāo)記物減少。合成IL-2的產(chǎn)生可能使浸潤(rùn)的T細(xì)胞存活并啟動(dòng)持續(xù)的car介導(dǎo)的激活、擴(kuò)增和腫瘤殺傷。
• 其增殖程度取決于γ-細(xì)胞因子負(fù)載的類型。

  Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624.

自分泌：

在多種免疫抑制的腫瘤模型中，合成IL-2回路能通過(guò)自分泌方式顯著增強(qiáng)T細(xì)胞的細(xì)胞靶向毒性，并提高其浸潤(rùn)性。

通過(guò)這種回路，免疫療法中的治療性T細(xì)胞可視為一種新型邏輯門(mén)T細(xì)胞(“與”門(mén))，在觸發(fā)其完整的細(xì)胞毒性反應(yīng)之前需要兩種抗原：T細(xì)胞激活所需的TCR抗原和誘導(dǎo)IL-2產(chǎn)生所需的synNotch抗原，從而表現(xiàn)出增強(qiáng)的特異性。

NY-ESO-1+黑素瘤雙側(cè)腫瘤模型中：

• 缺乏合成IL-2電路的抗NY-ESO-1 TCR+ T細(xì)胞在控制單(NY-ESO+)和雙(NY-ESO+/GFP+)抗原腫瘤的生長(zhǎng)方面基本無(wú)效；
• 用同時(shí)表達(dá)反NY-ESO-1 TCR和抗GFP synNotch→sIL-2電路的T細(xì)胞治療小鼠時(shí)，雙靶點(diǎn)NY-ESO+/GFP+腫瘤則顯著減小。

  Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624.

• T細(xì)胞僅在合成IL-2通路靶向的腫瘤中發(fā)生瘤內(nèi)擴(kuò)增；
• 合成的IL-2電路僅在靶向的雙抗原陽(yáng)性腫瘤中被激活；
• 在該靶向腫瘤中T細(xì)胞激活標(biāo)志物顯著增加。
• 但同時(shí)，合成的IL-2回路T細(xì)胞沒(méi)有同時(shí)傳遞腫瘤反應(yīng)性細(xì)胞毒性T細(xì)胞群，不能產(chǎn)生腫瘤控制。

  Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624.

抗間皮素CAR-T細(xì)胞治療的腫瘤中：腫瘤核心內(nèi)的T細(xì)胞浸潤(rùn)非常有限，大多數(shù)T細(xì)胞聚集在腫瘤周?chē)�。相比之下，用含有合成自分泌IL-2電路的CAR - T細(xì)胞治療的腫瘤顯示整個(gè)腫瘤核心的T細(xì)胞浸潤(rùn)顯著增加。 Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624.

在免疫正常的小鼠模型中，旁分泌IL-2回路不再具有腫瘤殺傷能力。只有通過(guò)合成IL-2回路的自分泌通路，才能觀察到CAR-T細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤改善，即細(xì)胞毒性受體(CAR)和synNotch→IL-2回路必須在同一個(gè)細(xì)胞內(nèi)共同表達(dá)。 Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624.

其原因可能是在免疫正常模型中存在與細(xì)胞毒性T細(xì)胞存在競(jìng)爭(zhēng)的IL-2消耗細(xì)胞(例如旁觀T細(xì)胞和Treg細(xì)胞)，從而導(dǎo)致了自分泌和旁分泌回路之間的主要差異，使旁分泌回路可能對(duì)這種IL-2消耗性細(xì)胞更敏感。 Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624.

小結(jié)

這種利用細(xì)胞因子自主合成回路的方式在臨床前模型中的確能夠在顯著降低全身毒性的情況下促進(jìn)CAR-T對(duì)免疫抑制性實(shí)體瘤的浸潤(rùn)和殺傷。

IL-2產(chǎn)生的時(shí)間和方式對(duì)其在實(shí)體瘤中的作用結(jié)果至關(guān)重要。人體本身分泌的構(gòu)成性(constitutive)IL-2的量不足以支持體外T細(xì)胞增殖。

同時(shí)，IL-2對(duì)T細(xì)胞活性具有雙重作用。IL-2會(huì)促進(jìn)活化誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，同時(shí)也影響T細(xì)胞分化。這種負(fù)面影響會(huì)因構(gòu)成性IL-2的產(chǎn)生而加劇。誘導(dǎo)性(inducible)IL-2則可相對(duì)避免此影響。 Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624.

 

研究人員也觀察到幼稚T細(xì)胞同樣在這種方式中進(jìn)行增殖，也意味著腫瘤中的宿主常規(guī)T細(xì)胞也可以大量消耗IL-2。因此，如果下一步能夠順利進(jìn)入臨床，誘導(dǎo)性IL-2的抑瘤效果是否能夠抵消人體內(nèi)其他多種非殺傷性T細(xì)胞的消耗，將成為其成藥價(jià)值的重點(diǎn)。
 

參考文獻(xiàn)：

1.Allen GM, Frankel NW. Synthetic cytokine circuits that drive T cells into immune-excluded tumors. Science. 2022 Dec 16;378(6625):eaba1624. doi: 10.1126/science.aba1624. Epub 2022 Dec 16. PMID: 36520915.

2.Roybal KT, Rupp LJ, Morsut L, Walker WJ, McNally KA, Park JS, Lim WA. Precision Tumor Recognition by T Cells With Combinatorial Antigen-Sensing Circuits. Cell. 2016 Feb 11;164(4):770-9. doi: 10.1016/j.cell.2016.01.011. Epub 2016 Jan 28. PMID: 26830879; PMCID: PMC4752902.