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免疫突触在预测CAR-T细胞治疗效果上的作用

2020-10-16 11:39

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

原创奇点糕奇点网收录于话题#免疫治疗前沿进展80#众病之王癌症7

2017年，嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）治疗正式进入临床应用阶段。

三年来，很多晚期癌症患者从CAR-T治疗中获益，这也让更多的企业投入到CAR-T疗法的研发之中。目前已经有很多的CAR-T疗法正处于临床试验阶段，可以想象，在未来几年CAR-T疗法必将如免疫检查点抑制剂（ICI）一样炙手可热。

作为一种免疫治疗手段，CAR-T与ICI面临着一个相同的问题：如何预测一种CAR-T对于某个特定患者的疗效。

近年来，罗格斯大学刘东方教授团队在这个领域做了深入的研究，发表了一些重要的研究成果。

前不久，刘东方教授团队系统总结了预测CAR-T疗效预测领域的现状，以及免疫突触（Immunological Synapse，IS）在该领域的应用价值[1]。接下来，我们就一起来了解一下。

预测CAR细胞疗法疗效的常规方法

虽然采用CD19-CAR-T免疫疗法的临床试验结果令人鼓舞，但对于特定的CAR构建的免疫细胞而言，10%-36%的患者没有反应[2，3]。此外，CAR细胞免疫治疗往往与显著的毒性和复发相关[4]。

考虑到接受CAR细胞疗法治疗的患者面临的风险，免疫治疗的高成本等问题[5]，以及越来越多的CAR免疫细胞新疗法正进入临床研究阶段。很多科学家都认为：在精准医学时代，以经济、快速的方式预测哪些CAR细胞对特定的癌症患者最有效就成为当务之急。

实际上，目前已经有一些方法被用于评估CAR疗效，它们检测的指标以及优缺点如下表所示。

从上表不难看出，目前预测CAR免疫细胞疗效的方法，既有体外检测也有体内检测。对于体外检测而言，已经有数据表明它们或许不能反映CAR免疫细胞在体内的效果。例如，传统的基于细胞因子的检测（如IL-2和IL-6）、CD4/CD8和铬51 释放检测不能预测CAR-T的体内功效[6，7]，这可能限制了这些检测的临床实用性。

对于现存的体内检测方法而言，它们是基于小鼠模型，也不能模拟患者体内的真实情况，此外，这类预测方法耗时、成本高、劳动密集。

IS质量作为CAR免疫细胞介导疗法的生物标志物

正是因为上面说到的一些限制和不足，刘东方教授团队另辟蹊径，开发了一套全新的方案，通过量化IS的质量，来预测CAR-T的疗效，并且证明了这一方案是准确可行的。两年前，他们的研究成果发表在《细胞》旗下的《分子治疗》杂志上[6]。当时我们也做了深入的报道。

在本文中，IS质量被定义为免疫细胞和肿瘤细胞之间的交流，可以通过组合参数进行量化[6]。

评价免疫突触治疗的四个指标分别为：F-肌动蛋白在免疫突触的荧光强度、肿瘤抗原的聚集、T细胞裂解颗粒（lytic granules, LGs）的极化，以及重要下游信号分子集中在免疫突触内的平均荧光强度。

与差的IS相比，好的IS质量有以下特点：F-肌动蛋白积累的百分比更高，更强的T细胞裂解颗粒极化，和更强的关键下游信号分子极化。

基于刘东方教授团队构建的体系，研究人员可以在24小时之内完成对CAR免疫细胞（包括CAR-T和CAR-NK细胞，以及其他类型的CAR改造的免疫细胞）的评估。更重要的是，这个仪器系统十分小巧，可以携带，而且用户只需很少的专业知识就可以操作。

对于免疫治疗而言，IS质量应用的场景至少有以下五个：为患者选择最优的CAR产品；为临床前研究或临床试验优化CAR结构和设计；在临床试验中寻找通用CAR的应答者；预测CAR免疫疗法的初始应答者；以及预测复发的可能性。

在这五大应用的场景中，当下最重要的应该是如何帮助临床医生或临床试验医药公司在临床试验中寻找CAR的应答者，如下图所示：

图注: 选择对 CAR修饰细胞或特定CAR产品治疗有反应的患者。

为了选择针对特定CAR治疗的反应者，可以从每位患者的8 ml外周血中分离肿瘤细胞或血浆。可以通过脂质双层和VCP装置评估CAR细胞的IS质量。简而言之，将血液收集到带有抗凝剂的10 ml管中，作为常规的标本采集程序。该管可以直接发送到突触测试实验室，而无需转移到辅助管。PBMC，血浆和肿瘤细胞可以富集。通过将患者的血浆添加到脂质双层系统和VCP系统上的成像系统中，血浆可稍后用于模拟肿瘤微环境。同时，将富集的PBMCs进行培养并扩增。加入含有通用CAR构建体（例如CD19-CAR）的病毒载体以生成CAR产物。这些通用CAR产品都经过IS质量测试。脂质双层芯片和VCP装置均可用于评估通用CAR产品对从每个患者中分离出的肿瘤细胞的反应的IS质量。可以将IS质量排名报告提供给医师，医师将根据每个患者中CAR细胞的IS质量决定开哪种CAR产品的使用。这样，知情的医生可以为特定的CAR治疗或临床试验选择特定的患者（响应者）。同时，对于无反应者，IS测试可以确定另一种合适的CAR疗法。医药公司会通过适当的质量控制发布测试和质量保证审查为该患者生成规定的CAR。将最终产品冷冻保存并输送到输注部位，在输注部位注入CAR T药物。

将IS质量作为预测CAR细胞免疫疗法疗效的预测手段虽然便捷、快速，但是由于它还处于早期研究阶段，目前也面临一些挑战。例如，给患者输注CAR细胞后，IS在外周器官的分布和定位情况如何？肿瘤细胞释放的外泌体对CAR细胞形成的IS质量有什么影响？肿瘤内异质性是否会影响CAR免疫细胞IS质量等等问题，目前仍需要进一步的探索。

不过，从目前来看，IS质量应该是第一个系统且具体，能给患者提供个性化CAR免疫细胞疗效评估的方法。

当然，IS质量不能作为 "一刀切 "的方法来决定CAR免疫细胞的疗效；然而，它可以作为一个关键参数，与其他常规参数一起，成为一个复合的临床预测指标。

下一步，刘教授团队将利用AI 将CAR免疫细胞IS质量与临床数据结合起来，为癌症患者量身定制CAR细胞免疫疗法。

在不久的将来，希望刘教授团队开发的新方法能帮助癌症患者量身定制CAR细胞免疫疗法。

刘东方教授团队简介：

刘东方是罗格斯大学免疫和病理系副教授, 免疫实验开发项目主任。先后主持多项美国国立卫生院、Celgene等多项科研项目，在Nature Immunology, Nature communications, Nature Genetics, Immunity, JACI, PNAS等期刊发表论文多篇。刘东方博士现从事免疫细胞治疗方面的研究工作，在基础免疫和临床免疫研究方面取得了一系列研究成果。

参考文献：

[1].Liu D, Badeti S, Dotti G, et al. The Role of Immunological Synapse in Predicting the Efficacy of Chimeric Antigen Receptor (CAR) Immunotherapy. Cell Commun Signal. 2020;18(1):134. Published 2020 Aug 25. doi:10.1186/s12964-020-00617-7.

[2].Neelapu SS, Locke FL, Bartlett NL, et al. Axicabtagene Ciloleucel CAR T-Cell Therapy in Refractory Large B-Cell Lymphoma. N Engl J Med. 2017 Dec 28;377(26):2531-2544. doi: 10.1056/NEJMoa1707447.

[3].Ramos CA, Ballard B, Zhang H, et al. Clinical and immunological responses after CD30-specific chimeric antigen receptor-redirected lymphocytes. J Clin Invest. 2017 Sep 1;127(9):3462-3471. doi: 10.1172/JCI94306.

[4].Bonifant CL, Jackson HJ, Brentjens RJ, et al. Toxicity and management in CAR T-cell therapy. Mol Ther Oncolytics. 2016 Apr 20;3:16011. doi: 10.1038/mto.2016.11.

[5].Prasad V. Immunotherapy: Tisagenlecleucel - the first approved CAR-T-cell therapy: implications for payers and policy makers. Nat Rev Clin Oncol. 2018;15(1):11-12. doi:10.1038/nrclinonc.2017.156.

[6].Xiong W, Chen Y, Kang X, et al. Immunological Synapse Predicts Effectiveness of Chimeric Antigen Receptor Cells. Mol Ther. 2018;26(4):963-975. doi:10.1016/j.ymthe.2018.01.020.

[7].Kochenderfer JN, Somerville RPT, Lu T, et al. Lymphoma Remissions Caused by Anti-CD19 Chimeric Antigen Receptor T Cells Are Associated With High Serum Interleukin-15 Levels. J Clin Oncol. 2017;35(16):1803-1813. doi:10.1200/JCO.2016.71.3024.