Sino Biological | CAR-免疫療法 細胞因子好助手

Sino Biological | CAR-免疫療法 細胞因子好助手

2022.05.27

CAR-T免疫療法是將患者或捐贈者體內分離的T細胞通過基因工程技術進行改造,使其表達嵌合抗原受體(Chimeric antigen receptor, CAR),進而特異性辨別並殺傷腫瘤細胞。CAR-T是近年來癌症免疫治療領域的重大突破之一,在血液系統惡性腫瘤的治療中具有發展的潛力。

然而CAR-T療法也不是都是可行的,在實體腫瘤方面還需要投入更多的努力。而且不少患者在接受治療後,雖然病情得到控制,但可能會引發細胞因子風暴(cytokine storm),甚至會危及生命。另外更讓人難以接受的是其昂貴的治療費用,限制其普及。

 

CAR結構及其改造

研究人員一直都在尋求解決各種方式,以提高CAR-T細胞的抗腫瘤活性,例如標靶多種抗原,提高T細胞的增殖或持久性,增強腫瘤部位的歸巢(homing)以及提高CAR-T細胞對腫瘤微環境(tumor microenvironment, TME)的適應性。


解決其活性的關鍵可能是對CAR結構進行全新設計或改造,CAR由三個部分組成,分別是位於細胞外的抗原辨識區和結合區、細胞內的訊號結構區以及將兩者連在一起的連接鏈和跨膜結構區(如下圖)

參考文獻:Rafiq, et al.

 

細胞因子在CAR-T中的應用

細胞因子具有多效性,並且種類繁多,透過基因轉染表達的細胞因子或細胞因子受體來增強T細胞活化訊號已成為CAR-T重要策略之一。因為細胞因子不僅能提高CAR-T細胞的增殖和持久性,還能增強它們在免疫抑制性腫瘤微環境中的功能。

細胞因子包括InterleukinTumor necrosis factorInterferonchemokineCSFgrowth factor等,參與各種免疫細胞的活化、增殖、分化和存活。CAR-T細胞能夠調節免疫功能,將其與細胞因子聯合使用可達到協同作用,在癌症治療中具有潛力的應用前景。

 

接下來我們將會統整常見的細胞因子在CAR-T治療中的應用

1.  常見的γ chain細胞因子及其受體

γ chain共同受體家族包括IL-2IL-4IL-7IL-9IL-15IL-21,它們在T細胞分化、增殖和內環境穩定中有著關鍵作用。這些細胞因子的受體包括共同的γ chain (γc)和一個各自單獨的受體,但IL-2IL-15共享IL-2Rβ。它們的下游訊號是活化STAT家族的成員。本文我們主要討論這些細胞因子在CAR-T細胞體外和體內增殖、存活和持久性中的作用

參考文獻:Bell and Gottschalk

 

IL-2常用於體外T細胞增殖,能促進細胞毒性T淋巴細胞的增殖和終端分化作用型T細胞(effector T cell)的發育。IL-2FDA批准的唯一用臨床試驗的γc細胞因子,廣泛用於靜脈或皮下給藥的CAR-T療法聯合治療癌症研究,發現能夠促進體內過繼免疫細胞(Adoptive immunity cell)的增殖,並且適當減少IL-2劑量或間歇給藥可以平衡抗腫瘤作用和全身毒性。

 

其它γc家族的細胞因子也顯示出與T細胞的增殖、分化和持久性有關的重要獨特的功能。IL-7IL-15IL-21促進中樞記憶T細胞和幹細胞記憶T細胞等較年輕的記憶淋巴細胞的產生,這些淋巴細胞在體內持續時間更長,具有持久的抗腫瘤活性。

 

IL-7是非常重要的淋巴細胞存活因子,外源性IL-7可以選擇性地刺激CAR-T細胞增殖。與表達IL-2IL-15CAR-T細胞相比,IL-7的結構性表達提高了CD19-CAR-T細胞的抗腫瘤活性,這可能是持續的細胞殺傷和T細胞擴增的結果。IL-7同樣改善了CD20-mesothelin-CAR T細胞,但與需要CCL19共同表達。目前已有多項研究進入臨床階段,以評估IL-7CCL19表達的CAR-T細胞對淋巴瘤、多發性骨髓瘤和實體瘤的安全性和有效性。

 

IL-15介導的CAR-T細胞減少了mTORC1的活化,而mTORC1在腫瘤微環境中具有更多的生存優勢。活化的T細胞不能產生IL-15,因此研究人員通過產生IL-15CAR-T細胞治療腫瘤。此類細胞可以降低PD-1的表達,增殖量提高3-15倍。

 

與其他γc細胞因子活化STAT5相比,IL-21更傾向於活化STAT3,同時也通過PI3KMAPK路徑誘導增殖。與表達IL-2IL-7IL-15CAR-T細胞相比,表達IL-21CAR-T細胞的總存活率最高,然而IL-21所驅動的STAT3訊號在CAR-T細胞免疫治療中的療效仍在研究中。

 

IL-4IL-9在過繼性細胞治療中的作用目前尚不清楚。IL-4雖然也有抗癌特性,但更多發揮的是免疫抑製作用;IL-9在改善CAR-T方面的文獻較少,並且在抗腫瘤反應中存在相互矛盾的研究結果,需要更多的研究來進行評估。

 

2. IL-12家族細胞因子及其受體

IL-12細胞因子家族包括IL-12IL-23IL-27IL-35,它們在先天性和後天性免疫反應中具有不同的作用,其中IL-12IL-23具有發炎作用,IL-27具有發炎和抗發炎作用,IL-35具有抗發炎作用。由於IL-27IL-35主要是抗發炎作用,在過繼性細胞治療中,只有IL-12IL-23有所研究。

參考文獻:Bell and Gottschalk

 

IL-12透過至少三種機制促進腫瘤消退,包括延長CAR-T細胞的存活和持久性,將抑制性或慢性發炎的腫瘤微環境轉化為適合免疫的急性發炎,增加並活化先天免疫細胞,進而引發第二波抗腫瘤反應。

 

IL-23CAR-T聯合治療研究較少,近期研究表示IL-23可能是改善實體瘤中CAR-T細胞功能的一種選擇。IL-23誘導STAT3活化,與慢性淋巴細胞白血病患者的反應相關。目前STAT3訊號的調節已用於改善其他臨床前模型中的CAR-T細胞。

 

3. IL-1家族細胞因子

IL-1家族細胞因子包括IL-1αIL-1βIL-33IL-1RaIL-18IL-37IL-36RaIL-36αIL-36βIL-36γIL-38,在先天性和後天性免疫中有著重要作用。但在臨床前和臨床試驗中,這些細胞因子中只有一部分被認為能夠誘導抗腫瘤免疫反應。

參考文獻:Bell and Gottschalk

 

IL-18屬於發炎細胞因子,具有許多與IL-12相近的功能。結合IL-18CAR-T療法可以減少低含量IFN-γTNF-α所造成的水腫毒性,並透過減少巨噬細胞聚集增加腫瘤浸潤淋巴細胞(Tumor infiltrating lymphocyte, TIL),進而產生更安全、更高的抗腫瘤活性。將人類和小鼠的CAR-T細胞中表達IL-18,可以改善CAR/TCR介導的增殖、細胞因子的產生和抗腫瘤活性。

 

IL-36在臨床前研究中顯示出強大的抗腫瘤活性,IL-36包括IL-36αIL-36βIL-36γ,共享由IL-36RIL-1RAcP組成的受體,通過MyD88NF-kB活化下游訊號。研究證實改造後的CAR-T細胞表達IL-36γ與未修飾的CAR-T細胞相比,提高增殖和持久性,進而提高抗腫瘤活性。

 

4. 趨化因子和趨化因子受體

免疫細胞定位到腫瘤部位能發揮更好的細胞毒性作用,並且高密度的腫瘤浸潤淋巴細胞與大多數腫瘤的預後具有密切關係。在腫瘤微環境TME中,腫瘤分泌的趨化因子與T細胞表達的內源性趨化因子受體沒辦法配對,是造成腫瘤定位的主要障礙。因此在CAR-T細胞上共表達合適的趨化因子受體並調節腫瘤分泌的趨化因子,可促進過繼免疫細胞向腫瘤床的運輸和滲透,進而增強抗腫瘤作用。

參考文獻:Jin Jin, et al.

 

不同的惡性腫瘤具有明顯不同的趨化因子,帶有CXCR1CXCR2的改造CAR-T細胞明顯增強腫瘤浸潤,在肝癌中產生更強的抗腫瘤反應。加入CCR4CD30 CAR-T細胞可以增強向Hodgkin’s lymphoma細胞的遷移,發揮強大的抗腫瘤作用。在NeuroblastomaMesothelioma中,加入CCR2bCAR-T細胞也使腫瘤浸潤淋巴細胞TIL明顯增加12.5倍,細胞毒性活性增強。CXCL10CXCL11是調節內源性淋巴細胞遷移的重要趨化因子對,增加CXCL11的分泌,能改善內源性淋巴細胞和CAR-T細胞的浸潤,增強肺癌患者的抗腫瘤反應。

 

結論

細胞因子不僅能增強CAR-T細胞的抗腫瘤活性,而且能調節腫瘤微環境TME內的其他細胞,並能誘導或增加內源性腫瘤特異性免疫反應。然而增強CAR-T細胞功能的繼發性基因修飾可能加重細胞激素釋放症候群(cytokine release syndrome, CRS),因此改善CAR-T細胞擴增的方法必須與劑量限制性毒性的風險取得一個平衡點,識別合適的細胞因子仍然是一個挑戰。

 

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批次間高度一致性、高純度、低內毒素

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可用於細胞誘導和胚胎幹細胞的培養

VEGF165 Protein

Cat: 11066-HNAH

TGF beta 1 Protein

Cat: 10804-H08H

 

嚴格控管造就更優質的細胞活性

IL21 Protein

Cat:10584-HNAE

Measured by its
ability to induce Interferon-gamma secretion by human natural killer lymphoma
NK-92 cells. The ED50 for this effect is typically 0.5-3 ng/ml.

 

批次間高度一致性、高純度、低內毒素

TNF-alpha Protein

Cat: 10602-HNAE

Batch-to-batch Consistency

 

 

相關細胞因子

IL-2

IL-4

IL-7

IL-9

IL-12

IL-15

IL-18

IL-23

IL-36

CXCR1

CXCR2

CCR2b

CCR4

CXCL10

CXCL11

 

 

細胞因子ELISA檢測試劑盒

貨號

分子

檢測範圍(pg/ml)

檢測樣品

KIT11848

IL-2

18.75-1200

血清、血漿、

細胞上清液

KIT11846

IL-4

10.94-700

細胞上清液

KIT15673

IL-5

4.69-300

細胞上清液

KIT10395A

IL-6

5.47-350

血清、

細胞上清液

KIT10098

IL-8

2.5-160

細胞上清液

KIT10947A

IL-10

18.75-1200

細胞上清液

KIT12047

IL-17A

1.88-120

細胞上清液

KIT10119

IL-18

46.88-3000

血清

KIT10602

TNF-α

31.25-2000

細胞上清液

參考文獻

1. Bell and Gottschalk, Engineered Cytokine Signaling to Improve CAR T Cell Effector Function. Frontiers in Immunology.

2. Rafiq, et al. Engineering strategies to overcome the current roadblocks in CAR T cell therapy. Clinical Oncology.

3. Harrison, et al. Enhancing co-stimulation of CAR T cells to improve treatment outcomes in solid cancers. Immunotherapy Advances.

4. Glover, et al. How Can We Engineer CAR T Cells to Overcome Resistance? Dovepress.

5. Jin Jin, et al. Fueling chimeric antigen receptor T cells with cytokines. Am J Cancer Res.

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