《自然》重磅：振奮人心！CAR-T治療實體瘤迎來重大突破，科學家找到了讓T細胞在腫瘤組織中定殖的方法
發布時間：
2018-06-20 11:50
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今年對于癌癥免疫治療領域來說，無疑是非常重要的一年。多個CAR-T療法的相繼獲批上市，為許多之前無藥可治的晚期血液腫瘤患者，帶來了治療甚至治愈的希望。
然而，相比于在血液腫瘤治療鄰域研究過程中的順風順水，CAR-T在實體瘤治療鄰域的研究可謂是舉步維艱，收效甚微（1）。而其中，CAR-T治療實體瘤效果不好很重要的一個原因就是，回輸進患者體內的T細胞很難在腫瘤組織定殖，發揮其強大的免疫功能。
而現在，科學家終于找到了解決的辦法。
近日，來自美國加利福利亞大學圣地亞哥分校的Ananda W. Goldrath教授與來自斯克里普斯的Matthew E. Pipkin教授合作，終于發現了驅動T細胞離開淋巴組織聚集在外周以及腫瘤組織中的關鍵—Runx3蛋白。這種蛋白質會對T細胞的基因進行重編程，促使T細胞內與組織駐留相關基因的大量表達。同時研究人員還在小鼠體內證明，增加這一基因的表達，可以顯著增強過繼性T細胞在實體瘤中的聚集增強治療效果。這一發現發表在全球頂級期刊《自然》雜志上（2）。
大家都知道，在面對感染或是腫瘤生長時，我們機體的T細胞會在脾臟以及淋巴結內迅速繁殖，并獲得殺死病原體以及癌細胞的能力。同時要消滅組織中的癌細胞和病原體，殺傷性T細胞還要遷移并定植到相應組織發揮作用。然而，人們一直以來都沒有弄清楚，長期游走于淋巴血液循環中的殺傷性T細胞如何“學會”離開自己的家園定殖在肺部、腸道、皮膚、或實體瘤組織內的。
不過雖然尋找驅使T細胞離開淋巴系統定殖到感染部位以及實體瘤組織的因子一直被認為是一項艱巨的挑戰。但找到這一因子無疑對于癌癥的免疫治療至關重要。畢竟，不能在腫瘤組織中定殖的T細胞就是一堆咸魚，免疫治療都扶不起來。
正在和癌細胞對抗的T細胞
那么，Goldrath教授是如何找到這一關鍵因子的呢？
此前的研究已經表明，作為機體免疫防御重要部分的記憶性T細胞，主要分為三類，一類稱為循環記憶T細胞主要存在于淋巴血液循環，另一類稱為組織常駐記憶T細胞，主要駐扎在機體外周各個組織內，最后一類在二者之間來回轉換稱為效應記憶T細胞（3）。同時，人們還發現，循環記憶T細胞與定殖在組織中的組織常駐記憶T細胞的基因表達有著顯著的差別（4）。
顯然，驅動組織常駐記憶T細胞一系列基因變化最上游的信號，就是研究人員要找的驅動因子。
為了尋找這一因子，研究人員可謂是煞費苦心。首先，他們采用了之前已經確定的研究組織常駐記憶T細胞的小鼠模型。通過對小鼠脾臟內的殺傷性T細胞用P14基因標記，然后利用淋巴細胞性脈絡叢腦膜炎病毒感染小鼠腸道，并對P14T細胞進行跟蹤。結果不出所料，病毒感染后，這些P14T細胞主要分為兩類，一類會游走于淋巴血液循環之間，而另一類會進入小腸粘膜抗擊病毒，并分化出組織常駐記憶性T細胞留在小腸粘膜內。
隨后通過對小腸粘膜內的P14記憶T細胞和淋巴血液循環中的P14記憶T細胞進行轉錄組分析發現，它們的基因表達都有顯著的差別，表現為，相比于淋巴血液循環中的記憶性T細胞，在組織常駐記憶性T細胞內與組織定殖相關的基因大量表達，例如CD103，CD69。不僅如此，通過對二者的前體細胞進行染色體開放性測序分析發現，二者的前體T細胞也是完全不同的。
同時，研究人員還聯合了由染色體開放性測序分析，轉錄組分析，PageRank算法的電腦篩選以及體內基于小分子干擾RNA的功能喪失篩選兩種方法，來確定組織常駐記憶T細胞中介導組織定殖相關基因表達的上游信號。
通過電腦篩選，研究人員確定了一些目前已知的調節組織常駐記憶T細胞分化的轉錄因子，例如Blimpl，Nr4a1，Eomes，T-bet等等，以及許多之前并不知道在對于組織常駐記憶T細胞分化有什么影響的轉錄因子，例如Nr4a3以及Runx3。而聯合功能篩選后，研究人員最終確定了Runx3是決定組織常駐記憶T細胞命運的關鍵因子。表現為，在小鼠體內，當研究人員使用RNAi抑制組織常駐記憶T細胞Runx3基因的表達可以使定植在小腸粘膜內的T細胞離開組織，回到血液循環。
不僅如此，研究人員之后還對小鼠所有外周組織中的記憶性T細胞（包括皮膚，粘膜，腎臟，肺等）進行轉錄組分析，發現，相比于淋巴血液循環組織中T細胞Runx3的低表達，定殖在這些組織內的記憶性T細胞Runx3表達顯著提高，同時其與組織駐留相關的基因表達也顯著增加。同時，研究人員還確定了Runx3的一部分基因調控網絡。
除此之外，此前的研究還表明，腫瘤組織浸潤殺傷性T細胞與組織駐留記憶T細胞的基因表達有很強的相似性（6）。為此研究人員特地從小鼠黑色素瘤組織以及人體乳腺癌組織中提取了殺傷性T細胞進行轉錄組分析，發現腫瘤浸潤T淋巴細胞的組織駐留相關基因表達也全都是由Runx3驅動的。
最后，在黑色素瘤小鼠模型內，研究人員還證明了，使用過繼性T細胞治療時，抑制Runx3基因的表達可以顯著抑制T細胞在腫瘤組織的聚集，腫瘤生長速度顯著加快，而促進Runx3基因的表達，則可以顯著促進T細胞在腫瘤組織聚集，抑制腫瘤生長。同時，這一過程并沒有影響T細胞向腫瘤組織遷移。這進一步證明Runx3是通過促進T細胞定植，而不是召喚更多的T細胞來發揮作用的。
抑制Runx3基因表達，顯著抑制T細胞在腫瘤組織聚集（左），促進Runx3表達則顯著增加T細胞在腫瘤組織聚集（右）TIL代表腫瘤浸潤T細胞
這一發現，對于免疫治療領域來說無疑是非常重要的。由于CAR-T提取的主要是患者淋巴血液循環中的T細胞，Runx3低表達無法在腫瘤組織聚集，這一發現顯然可以解釋為什么CAR-T對實體瘤效果不好，同時這無疑也意味著Runx3將成為CAR-T治療實體瘤的一個好搭檔。正如本文通訊Pipkin教授表示，“未來我們或將使用Runx3重新編程將要進行過繼性轉移的T細胞，以幫助它們聚集在實體瘤內。”(生物谷Bioon.com）
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