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测序周报 · 科研篇:Nature最新综述CAR-T疗法的10个方面

Nature最新综述CAR-T疗法的10个方面

导语:作为癌症免疫疗法的重要组成部分,CAR-T“这辆小车”开的并没有PD-1/PD-L1抗体顺利。今天,小编为大家推荐Nature杂志最新发表的一篇关于CAR-T疗法的综述文章。作者们从10大方向讲述了如何让这类疗法变得“更好”,造福更多患者。

T细胞过继转移是一项关键的抗癌技术。想要这类疗法真正用于患者疾病治疗,需要在靶点鉴定、受体设计、T细胞分化、基因工程、细胞生产、政策监管等多个方面取得进展。这类免疫疗法是免疫学、遗传学、合成生物学、干细胞生物学和一系列生产技术的融合。

日前,来自纪念斯隆-凯特琳癌症中心和Fred Hutchinson 癌症研究中心的3位科学家在Nature杂志上发表了题为“Therapeutic T cell engineering”的癌症T细胞免疫疗法综述文章。作者们在摘要中表示,基因工程T细胞是一种强大的新型疗法,为癌症患者带来了希望。其中,靶向CD19的CAR-T疗法被证明对治疗B细胞恶性肿瘤具有显著的功效。

按原理来说,工程T细胞疗法适用于多种癌症,但这种更广泛的应用需要进一步的研究来鉴定合适的靶抗原,克服免疫抑制肿瘤微环境,降低毒性以及防止抗原逃逸(antigen escape)。近期,T细胞筛选、基因工程以及细胞生产等方面的研究进展为扩大T细胞疗法的应用范畴奠定了基础。

综述正文部分,作者们分多个模块探讨了T细胞特异性“重定向”、CAR-疗法应用方向、新靶点鉴定、克服肿瘤免疫微环境、工程T细胞生产等方面问题。以下小编摘编其中部分内容供大家参考:

1. Redirecting the specificity of T cells

第一部分内容主要介绍了重定向T细胞特异性的两种方法:改造T细胞受体(T cell receptor,TCR)(图1a)和设计人工受体(如嵌合抗原受体,即CAR)。

图1(图片来源:Nature)

2. Building up the potency of engineered T cells

第二部分内容主要介绍了第二代CAR的设计和应用(图1b)。同时,该部分内容指出,对T细胞的遗传改造不仅仅局限于通过表达CAR或者TCR重塑其特异性,还可以通过引入其它基因塑造工程T细胞的靶向性和功能性。用于与CARs联合,从而增强T细胞有效性和安全性的分子包括一系列的合成受体,如嵌合共刺激受体、Notch-based受体、抗原特异性抑制受体等(图1c)。

3. Clinical proof-of-concept: the CD19 paradigm

第三部分内容汇总了靶向CD19的CAR-T疗法的部分临床进展(表1),同时强调需要进一步研究如何应对这类疗法的毒性。

相关消息:今年,诺华和Kite Pharma均有一款靶向CD19的CAR-T疗法获FDA颁发的优先审批资格。这让CAR-T疗法离上市又近了一步。具体来说,诺华的CTL-019获得优先审批的适应症是儿童和年轻成人复发和难治性B细胞急性淋巴性白血病;Kite的axicabtagene ciloleucel (KTE-C19) 获得优先审批的适应症是复发或难治性侵袭性非霍奇金淋巴瘤。

表格来源:Nature

4. Where to apply CAR therapy

第四部分内容介绍称,CAR-T疗法是细胞治疗领域的一个里程碑,也是革命性癌症免疫治疗领域的两大重要治疗手段之一(另一个是靶向PD-1等检查点分子的抑制剂)。研究证实,肿瘤携带低突变负荷的患者往往对检查点阻断疗法响应较低。而在一种这类疾病中(急性淋巴细胞白血病),CAR-T疗法证明了它的功效(图2)。作者们称,CAR-T疗法可能对治疗低突变癌症和检查点阻断疗法治疗无效的癌症特别有价值。

图2(图片来源:Nature)

5. Identification of new targets for engineered T cells

第五部分内容介绍了一些新靶点相关的研究进展,包括CD22、BCMA、EGFRvIII、carbonic anhydrase IX、carcinoembryonic antigen、IL13Rα-2等。同时,该部分内容强调了“组合抗原识别”策略(图1c)。此外,作者们表示,想要找到合适的CAR-T疗法目标抗原需要对肿瘤和所有正常组织的抗原表达进行深入分析,并在相关的模型系统中进行测试,以确定其疗效和肿瘤选择性。

6.Adapting CARs to overcome tumour microenvironments

实体瘤的微环境由多种细胞组成,具有免疫抑制作用,是所有免疫疗法的障碍。在该部分内容中,作者们汇总了一些新研究提出的用于帮助工程T细胞克服微环境障碍的途径(图3),包括联合治疗,以及设计更有效的T细胞来应对这种免疫抑制。

图3(图片来源:Nature)

7. What T cells to engineer

工程T细胞的抗肿瘤效应是基于它们转移到肿瘤部位、增殖以及调节效应器功能的能力。事实上,除了对T细胞进行遗传修饰,使其具有识别肿瘤抗原的特异性,增加其安全性和有效性,T细胞的表型也能影响其抗肿瘤效应。研究表明,T细胞免疫力受naive T细胞(naive T cells,TN)分化成不同表型T细胞子集的影响(图4a),包括T记忆干细胞(T memory stem cells ,TSCM)、中央记忆T细胞(central memory T cells ,TCM)、效应记忆T细胞(effector memory T cells,TEM)、组织定居记忆T细胞(tissue resident memory T cells,TRM)以及高度分化的效应T细胞(effector T cells,TE)。

图4(图片来源:Nature)

8. Alternative (non-autologous) T cell sources

到目前为止,成功的TCR-T疗法和CAR-T疗法是使用自体T细胞。该部分内容介绍称,在体外利用多能干细胞来产生CAR-T细胞将成为一种替代途径(图4b)。干细胞重编程为产生治疗性T淋巴细胞无限的资源提供了潜在途径,并为增加T细胞治疗潜能进行额外“改造”提供了极好的平台。

9. How to engineer and manufacture better T cells

第九部分内容首先简单介绍了改造T细胞的技术,包括使用重组逆转录病毒载体、信使RNA转染以及基因编辑;随后对T细胞的生产进行了详细的讨论。作者们表示,T细胞的基因工程改造、筛选、扩增和分化必须被整合到满足生物学和监管需求的生产平台上(图3)。T细胞生产是一门复杂的科学。它必须结合包括有效性、安全性、可重复性和可追溯性在内的生物学最佳条件以及监管和经济需求。

10. Engineered T cells to fight infection and autoimmunity

最后一部分内容中,作者们称,工程T细胞的应用潜能远不只在癌症领域。另一些有待进一步调查的领域包括严重的感染性疾病、自身免疫性疾病和移植耐受。

The success of CD19 CAR therapy and therising proficiency of therapeutic T cell engineering is empowering all celltherapies, from immunotherapies to regenerative medicines.

11总结

近年来,关于T细胞工程的研究证明了这类疗法能够在难治性癌症患者中产生非常有意义的响应。靶向CD19的CAR-T疗法是最显著的例子。这一进展主要得益于细胞工程以及生产科学的进步。不过,这类新疗法还没有被科学家们完全掌握,仍需进一步优化。

一方面,虽然利用这类疗法治疗的B细胞恶性肿瘤患者获得完全缓解的比率很高,但多达一半的患者可能出现复发。另一方面,虽然毒性管理也取得了一些进展,但由这类疗法所引发的严重细胞因子释放综合症和神经毒性背后的机制仍知之甚少,妨碍了对这些毒副作用的有效预防。因此,对CAR-T疗法的进一步“升级改造”是非常必要的。

目前,靶向CD19的CAR-T疗法在一些白血病和淋巴瘤中取得了成功。这为该疗法用于其它血液学恶性肿瘤的治疗带来了“好兆头”。在CAR-T治疗实体瘤方面,科学家们还需要鉴定合适的靶点,明确用于过继转移的最佳T细胞类型,克服免疫抑制肿瘤微环境。此外,在产业化方面,业界需要新的设备和工艺来降低细胞生产的成本。

参考资料:

1. Therapeutic T cell engineering

2. Novartis announces first CAR-T cell therapy BLA for pediatric and young adult patientswith r/r B-cell ALL granted FDA Priority Review

3. Kite Receives U.S. Food and Drug Administration Priority Review for AxicabtageneCiloleucel

来源:生物探索

本周科研进展

1. 日前,安德森癌症中心的Raghu Kalluri教授又有了新的研究进展:对于外泌体的遗传操作,可能为胰腺癌提供一种新的治疗方法。相关文章于6月7日在Nature在线发表。Raghu Kalluri教授之前的研究确定了外泌体可以用来诊断胰腺癌,但这些最新的发现是让基因工程修饰的外泌体获得新的功能——直接和特异性靶向突变的KRAS基因,这个基因通常和胰腺癌相关。

2. 6月8日,清华大学结构生物学高精尖创新中心颜宁教授领导的团队在Cell杂志上发表了题为“Structure of the Human Lipid Exporter ABCA1”的论文,首次获得了人源ABCA1近原子分辨率的结构,并从分子水平揭示了ABCA1的功能及其作用机理,为将来以ABCA1为靶点开发治疗心血管病的药物奠定了坚实的基础。该论文第一作者为博士生钱洪武,通讯作者为颜宁教授和龚欣博士。

3. 近日,一项发表在国际杂志Scientific Reports上的研究报告中,来自中佛罗里达大学的研究人员通过研究利用突破性的基因编辑技术开发出了一种帕金森疾病的新型筛查工具。帕金森疾病是一种严重的神经系统疾病,这种技术能够帮助科学家们在实验室中对名为α-突触核蛋白的大脑蛋白进行实时监测,这种蛋白和帕金森疾病发病直接相关。

4. 近日,复旦大学生命科学学院研究员郑丙莲课题组发现植物的 Dicer 复合物受到磷酸酶 PP4/SMEK1 介导的去磷酸化的调控,而且这种调控与植物面临干旱类似的胁迫有关。6 月 5 日,该研究成果发表于《细胞》(Cell) 子刊生物类综合期刊《发育细胞》(Developmental Cell)。

5. 6月8日,Cell Research期刊上在线刊登了一篇来自中国科学院神经科学研究所杨辉博士团队的最新论文。利用CRISPR基因编辑技术,研究人员能够通过简单的“一步反应”,彻底敲除小鼠或是猴子体内的特定基因。这一工具对于基础科研中动物模型的建立能起到提速的作用,意义重大。此外,这篇论文中利用全基因组测序来评估CRISPR潜在脱靶效应的数据,也从侧面表明在严格的控制下,这一技术的脱靶效应也许并不如《Nature Methods》的论文所提的那样严重。

6. 日前,福建省林业科学研究院副院长、省木麻黄工程技术研究中心主任叶功富教授级高工带领的科研团队,在国际上首次完成了木麻黄的全基因组测序。研究人员测得该物种基因组大小约为300Mb,通过基因注释和比较基因组分析,从木麻黄基因组中预测到了29,827个蛋白编码基因。通过和已经破译物种的基因组进行比较进化分析,发现木麻黄和胡桃亲缘关系最近,二者在分化之后,胡桃发生了近期的全基因组复制事件,而木麻黄没有发生近期的复制事件。

7. 癫痫是一种神经系统疾病,最新发表在《国家科技学术学报》的研究发现,其原因可能在于一个微小基因的存在状态。耶路撒冷希伯来大学 Hermona 教授开展该研究起源于假设,健康的大脑暴露于闪光及其他刺激时,由于该段 RNA 的存在,并没有发作,而并不是所谓的快速诱导微小 RNA。微小 RNA 指的是一类 RNA 的总称,亦即是其中之一的大分子需要所有形式的生命,联合 DNA 及蛋白,这些因子的共同作用以抑制某种蛋白基因的表达。

8. 日前,昆士兰大学的免疫学研究表明,可以一次性使哮喘等严重过敏患者获得终生免疫成为可能。由 UQ Diamantina 研究所副研究员 Ray Steptoe 领导的小组已经能够“关闭”导致动物过敏反应的免疫反应。研究人员表示,现在已经能够通过基因治疗‘消灭’动物中的这些 T 细胞的记忆,使免疫系统失敏,使其能够耐受蛋白质。研究结果将进行进一步的临床前调查,下一步是使用人体细胞在实验室中复制结果。

新发表文章

【新技术】

1. Mendel,MD: A user-friendly open-source web tool for analyzing WES and WGS in the diagnosis of patients with Mendelian disorders.G C C L Cardenas R et al.PLoS Comput Biol. 2017 Jun 8

2. Unicycler: Resolving bacterial genome assemblies from short and long sequencing reads.Wick RR et al.PLoS Comput Biol. 2017 Jun 8

3. mRNA quantification using single-molecule FISH in Drosophila embryos.Trcek T et al.Nat Protoc. 2017 Jul

4. CE: Health and the Human Microbiome: A Primer for Nurses.McElroy KG et al.Am J Nurs. 2017 Jun 7.

5. FASTmiR: an RNA-based sensor for in vitro quantification and live-cell localization of small RNAs.Huang K et al.Nucleic Acids Res. 2017 Jun 6.

6. lncRNA-screen: an interactive platform for computationally screening long non-coding RNAs in large genomics datasets.Gong Y et al.BMC Genomics. 2017 Jun 5

【动物】

1. mTFkb: a knowledgebase for fundamental annotation of mouse transcription factors.Sun K et al.Sci Rep. 2017 Jun 8

【植物】

1. Analysis of EF-Hand Proteins in Soybean Genome Suggests Their Potential Roles in Environmental and Nutritional Stress Signaling.Zeng H et al.Front Plant Sci. 2017 May 24

2. Molecular Link between Leaf Coloration and Gene Expression of Flavonoid and Carotenoid Biosynthesis in Camellia sinensis Cultivar 'Huangjinya'.Song L et al.Front Plant Sci. 2017 May 24

【微生物】

1. Methanogenic Community Was Stable in Two Contrasting Freshwater Marshes Exposed to Elevated Atmospheric CO2.Lin Y et al.Front Microbiol. 2017 May 24

2. BSocial: Deciphering Social Behaviors within Mixed Microbial Populations.Purswani J et al.Front Microbiol. 2017 May 24

【肿瘤】

1. Mex3a expression and survival analysis of bladder urothelial carcinoma.Shi JW et al.Oncotarget. 2017 Jun 7.

2. Systematic genomic and translational efficiency studies of uveal melanoma.Johnson CP et al.PLoS One. 2017 Jun 8

3. Overexpression of LINC00152 correlates with poor patient survival and knockdown impairs cell proliferation in lung cancer.Feng S et al.Sci Rep. 2017 Jun 7

【其他】

1. The Circular RNA Landscape of Periodontal Ligament Stem Cells During Osteogenesis.Zheng Y et al.J Periodontol. 2017 Jun 9:1-17.

2. Single-cell RNA-sequencing of the brain.Cuevas-Diaz Duran R et al.Clin Transl Med. 2017 Dec

3. MitoSuite: a graphical tool for human mitochondrial genome profiling in massive parallel sequencing.Ishiya K et al.PeerJ. 2017 May 30

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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