Nat Immunol丨嵌合抗原受体共刺激结构域对非对称T细胞分裂介导命运诱导的调控作用

撰文 | 林无隅

嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法在血液恶性肿瘤和难治性自身免疫性疾病的治疗中取得了显著疗效，但由于患者体内的长期疾病控制效果存在差异，肿瘤复发仍是一个普遍问题。这种持久的疗效在很大程度上依赖于CAR T细胞在体内的长期存活，这由具有持续免疫监视能力的成熟长寿记忆T细胞的形成所维持【1】。在传统的T细胞中，非对称细胞分裂（ACD）已被证实是介导效应T细胞与记忆T细胞命运分化的核心机制，亲代细胞分裂后会产生一个靠近靶标、具有糖酵解和效应特征的近端子细胞（Proximal Daughter Cell），以及一个处于静息状态、兼具氧化代谢和记忆特征的远端子细胞 （Distal Daughter Cell）。尽管目前所有经FDA批准的CAR T细胞产品都融入了4-1BB（BBζ）或CD28（28ζ）共刺激结构域，且它们在临床上表现出截然不同的表型特征（如4-1BB促进长期存活，而CD28促使快速扩增和细胞毒性） ，但是这些不同的临床相关共刺激结构域在早期如何影响CAR T细胞的命运抉择，以及它们如何调控非对称分裂过程，在很大程度上仍未被阐明。

为了阐明共刺激结构域对早期CAR T细胞命运的控制机制，2026年6月22日，来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院皮肤病学系以及细胞免疫治疗中心、病理学及实验医学系的Christoph T. Ellebrecht团队在NatureImmunology杂志上发表了题为Fate induction through asymmetric T celldivision is modulated by chimeric antigenreceptor costimulatory domains的文章，作者将一种改良的靶标诱导分子邻近标记方法（LIPSTIC技术，一种利用酶促标记测定分子邻近接触的技术）与多维、正交的多组学单细胞分析技术相结合，系统比对并分析了BBζ和28ζ CAR T细胞在首次分裂后的分化轨迹。通过整合表面蛋白质组学、转录组学、代谢组学以及染色质可及性分析，研究表明共刺激结构域能够精确调控非对称细胞分裂的性质，从而塑造后代细胞的命运。研究发现，CD28和4-1BB在子细胞之间驱动了截然不同的分子分化：28ζ虽具有较高的表面蛋白质非对称性，但其子细胞间的转录、表观遗传和代谢差异却较为平淡，导致长期存活率降低 ；相反，BBζ通过产生更为强烈的转录和表观遗传非对称性，成功分化出具备长期持久存活能力的远端记忆倾向子细胞 。这一成果揭示了共刺激信号控制CAR T细胞命运的底层机制，为优化下一代细胞免疫疗法奠定了坚实的理论基础 。

作者首先利用LIPSTIC技术精确追踪和分离了CAR T细胞首次分裂产生的两类子细胞：继承了免疫突触荧光标记的近端子细胞和未标记的远端子细胞 。流式细胞术和单细胞表面蛋白质组学（CITE-seq）分析表明，尽管28ζ CAR T细胞具有更高且更均一的表面受体表达，并在首次分裂后展现出更强的表面蛋白质组空间极化 ，但在深入分析后，28ζ近端与远端子细胞之间的基因表达差异极小 。相比之下，基于Parse Biosciences平台的单细胞转录组测序清晰显示出BBζ的子细胞在转录图谱上实现了更宽、更彻底的空间两极分化，其远端子细胞显著富集了与干细胞特性及静息状态相关的关键基因（如LEF1、IL7R和KLF2） 。

在表观遗传和代谢层面，作者运用了10x Genomics单细胞多组学（ATAC + 基因表达）和液相色谱-质谱（LC-MS）代谢组学技术进行深度剖析 。主成分分析（PCA）表明，BBζ近端和远端子细胞在整体代谢物分布上沿第一主成分拉开了显著的差异，而28ζ子细胞则紧密聚集，显示其代谢非对称性非常微弱 。具体数据显示，BBζ远端子细胞中具有更高水平的谷氨酰胺（提示其更倾向于氧化磷酸化代谢模式），而近端子细胞的乳酸和AMP（与糖酵解及高ATP周转相关）则大幅上升，且这种代谢分化的空间幅度在BBζ中远超28ζ 。同时，单细胞ATAC-seq层面的差异可及染色质区域（DARs）定量也证实，4-1BB信号在首次分裂时诱导了远多于CD28的表观遗传非对称重塑，赋予了远端子细胞独特的染色质开放状态。

为了验证上述分子差异对实际抗肿瘤功能的影响，作者通过体外杀伤试验和NSG小鼠免疫缺陷模型进行了长期的功能评估 。体外功能测试显示，两类的近端子细胞都表现出更快的细胞增殖以及更高的CD25效应标记物表达 ，而远端子细胞则维持相对静息，但在面对IL-2或IL-15等稳态细胞因子时表现出极强的二次扩增潜力 。更关键的体内长期存活与“压力测试”肿瘤模型数据显示，在注射30天后，只有回输了BBζ远端记忆倾向子细胞的小鼠外周血中保留了最高的T细胞计数，且在面临Nalm6白血病细胞再次回输挑战时，仅有BBζ远端子细胞组展现出了持久且彻底的肿瘤负荷控制能力 。

综上所述，该研究通过整合LIPSTIC细胞追踪系统和单细胞多组学、高分辨代谢组学方法，深刻揭示了4-1BB与CD28共刺激结构域在调控CAR T细胞早期非对称分裂中的核心差异 。实验表明，受体表面的强极化并不必然等同于其内部下游分子命运的持久分化，4-1BB结构域独特的信号传导机制是在早期催化并稳定转化出转录、表观遗传和代谢极性，进而催生出高存活潜能记忆后代的关键 。这一发现成功在细胞和分子水平上阐明了临床上4-1BB比CD28 CAR T产品更具长期持久性的底层生物学机制 。该研究所确立的分子机制和调控规律，不仅打破了以往对CAR T细胞早期分化的粗犷认知，也为未来通过精准工程化改造设计“持久型”新一代细胞免疫治疗产品提供了关键的设计蓝图和理论依据 。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10542-3

制版人： 十一

参考文献

Cappell, K. M. & Kochenderfer, J. N. Long-term outcomes following CAR T cell therapy: what we know so far.Nat. Rev. Clin. Oncol.20, 359–371 (2023).

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