撰文 | 大大卷
责编 | 翊竑
嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR-T）大家并不陌生，经过25年的发展，自2017年被批准进入临床使用并诞生了首款被FDA批准的基因疗法Kymriah后，从此开始了波澜壮阔的细胞治疗时代（图1）。
图1 CAR-T治疗研究进展中的关键里程碑【1】
CAR-T在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治疗上有着显著的疗效，这全都得益于血液瘤的肿瘤细胞有着祖传的靶点——CD19，在治疗中可以依靠此靶点带领CAR-T细胞找到并消灭癌细胞。CD19靶向性CAR-T疗法也成为其中最成功的治疗方式，一项系统性回顾分析1160项临床试验的研究表明，CD19-CAR-T针对复发或难治性B细胞急性淋巴细胞白血病的完全缓解率为80%【2】。CD19-CAR-T逐渐成为大家认可的复发或难治性淋巴瘤治疗手段之一。
然而，患者在CAR-T治疗后的长期生存并不乐观。仅有20%的患者在CAR-T治疗后总生存期达到5年，超过60%的弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL，非霍奇金淋巴瘤最常见类型）患者没有达到持久的完全反应【3,4】。除了反应不佳之外，考虑到疾病种类和肿瘤负荷，临床多推荐较高的CAR-T剂量，因而多达1/3的患者会出现细胞因子释放综合征（CRS）【2,5】。如果能实现CAR-T细胞的可控激活，就有望改善患者的长期生存，减少并发症的出现。
IL-2细胞因子通常用于刺激并增强CAR-T细胞的存活和扩增，但天然的IL-2还会引起NK细胞的无限制激活和T细胞的无差别激活，这都会增加CAR-T治疗的副作用【6,7】。因此，科学家们对IL-2进行改造，期望能够特异性调控CAR-T细胞的激活。
2021年12月22日，Science Translational Medicine上背靠背发表两篇题为An orthogonal IL-2 and IL-2Rβ system drives persistence and activation of CAR T cells and clearance of bulky lymphoma和A human orthogonal IL-2 and IL-2Rβ system enhances CAR T cell expansion and antitumor activity in a murine model of leukemia的研究论文，第一个工作由美国Synthekine公司的Martin Oft团队发表，第二个工作由宾夕法尼亚大学Michael C. Milone团队和斯坦福大学K. Christopher Garcia团队合作发表。
这两篇背靠背研究都基于K. Christopher Garcia团队2018年发表在Science的工作，Garcia团队对小鼠源IL-2/IL-2Rβ进行改造，设计了正交的IL-2/IL-2Rβ细胞因子-受体对，改造后的IL2可以仅刺激表达正交IL-2受体的T细胞，表达正交IL-2受体的T细胞也仅能由正交的IL-2激活，能够避免旁观者激活。在这两个工作中，研究人员对正交的IL-2/IL-2Rβ进行人源化，正交的IL-2能在体内选择性激活和扩增表达IL-2Rβ的CAR-T细胞，在复发或难治性淋巴瘤临床前模型中，都能实现对肿瘤持久的完全反应，并且可以避免或限制CAR-T细胞诱导的CRS副作用。
Martin Oft团队在天然人源IL-2Rβ的受体结合界面上突变两个氨基酸位点（His133Asp 和Tyr134Phe），得到正交的hIL-2Rβ（hoRb）。同时，突变天然人源IL-2的α-螺旋上六个氨基酸，并在IL-2的N端进行了PEG修饰以延长半衰期，最终改造的IL-2命名为STK-009（图2）。这一系列改造使STK-009仅能激活hoRb，对天然的IL-2Rβ没有功能，并且hoRb也仅能识别STK-009。
图2 Martin Oft团队工作中正交IL-2/L-2Rβ的改造策略
接着，Martin Oft团队构建了表达hoRb的CAR-T细胞，在易复发和难治性淋巴瘤模型中分别测试了抗肿瘤疗效。研究人员采用的是一个名为Raji的CD19+ B细胞淋巴瘤模型，该肿瘤在经传统的第二代CAR - T细胞治疗后经常复发。结果发现，在不加STK-009时，表达hoRb的CAR-T细胞对50%患有Raji瘤的小鼠有完全反应，其余小鼠会很快复发。而当注射STK -009后，STK-009使CAR-T细胞迅速激活扩增100倍以上，对肿瘤实现100%的完全反应率。同时，小鼠出现更多的长期记忆T细胞，且无一例小鼠肿瘤复发。在皮下种Raji瘤以模拟难治性淋巴瘤模型中，STK-009同样使得表达hoRb的CAR-T细胞快速扩增，并且使肿瘤很快收缩并延长小鼠生存期。
而Milone团队和Garcia团队的工作中，IL-2Rβ的改造位点与Martin Oft团队工作一致，IL-2则仅改造了两个氨基酸位点（Q22K，Q23A），并且没有其他修饰。同样，正交IL-2（hoIL2）能够特异性地激活表达正交IL-2Rβ的CAR-T细胞，而野生型IL-2没有这样的功能（图3）。
图3 Milone团队和Garcia团队的工作：正交IL2（hoIL2）可以特异性激活表达正交IL-2Rβ的细胞
该工作也展现了正交IL-2/IL-2Rβ优异的治疗效果。在CD19+ Nalm6白血病小鼠模型中，将表达正交IL-2Rβ的CAR-T细胞过继培养后注射hoIL2，两周内CAR-T细胞即扩增1000倍以上，并且所有小鼠的肿瘤负荷都大幅下降。此外，研究者们也在刻意延迟白血病的治疗，直至复发时才施用这套正交的CAR-T疗法，也可以实现对白血病的完全抑制（图4）。更为重要的是，hoIL2对CAR-T细胞的激活和促进扩增是浓度依赖的，可以同时调整hoIL2的剂量和CAR-T细胞过继的数目，以保证疗效的同时最大化降低副作用。
图4 白血病延迟治疗导致复发后，正交IL2/IL-2Rβ系统的引入仍可增强CAR-T细胞治疗的疗效，导致白血病的完全消退
总而言之，这两个工作利用正交的IL-2/IL-2Rβ系统，能够实现对CAR-T细胞的激活和扩增进行调控，并且都在复发或难治性淋巴瘤临床前模型中，验证了该正交系统能够实现对持久的完全反应。CAR-T细胞治疗中引入正交的IL-2/IL-2Rβ系统，既可以保持CAR-T的疗效，又能将CAR-T细胞数目保持在诱导CRS等副作用发生的阈值以下。
原文链接：
1. https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abg6986
2. https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abg7565
制版人：十一
参考文献
1. Sadelain, M. CD19 CAR T Cells. Cell 171, 1471 (2017).
2. Anagnostou, T., Riaz, I. B., Hashmi, S. K., Murad, M. H. & Kenderian, S. S. Anti-CD19 chimeric antigen receptor T-cell therapy in acute lymphocytic leukaemia: a systematic review and meta-analysisB-cell depletion and remissions of malignancy along with cytokine-associated toxicity in a clinical trial of anti-CD19 chimeric-antigen. Lancet Haematol. 7, e816–e826 (2020).
3. Bishop, M. R. et al. Tisagenlecleucel in relapsed/refractory diffuse large B-cell lymphoma patients without measurable disease at infusion. Blood Adv. 3, 2230–2236 (2019).
4. June, C. H., O’Connor, R. S., Kawalekar, O. U., Ghassemi, S. & Milone, M. C. CAR T cell immunotherapy for human cancer. Science. 359, 1361–1365 (2018).
5. Kochenderfer, J. N. et al. B-cell depletion and remissions of malignancy along with cytokine-associated toxicity in a clinical trial of anti-CD19 chimeric-antigen-receptor–transduced T cells. Blood 119, 2709–2720 (2012).
6. Dhupkar, P. & Gordon, N. Interleukin-2: Old and New Approaches to Enhance Immune-Therapeutic Efficacy. in Advances in Experimental Medicine and Biology 33–51 (2017).
7. Sockolosky, J. T. et al. Selective targeting of engineered T cells using orthogonal IL-2 cytokine-receptor complexes. Science . 359, 1037–1042 (2018).
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