肿瘤免疫疗法是一种强有力的肿瘤治疗手段,目前主要包括两大类,一是免疫检查点阻断疗法,通过释放免疫系统的刹车器来提高自身对肿瘤的杀伤力;另一种嵌合抗原受体(chimeric antigen receptors,CAR)T细胞疗法,通过改造T细胞提高其对肿瘤细胞的抗原识别和杀伤能力。同时还有一种免疫疗法也值得关注,双特异性抗体(bispecific T-cell engager, BiTE)治疗,BiTE抗体分子由两种单克隆抗体的单链可变结构域(single-chain fragment variables; scFvs)组成,分别可特异性识别靶细胞表面的抗原和T细胞表面的CD3分子,BiTE在结合靶细胞表面抗原和T细胞的CD3之后,可激活多克隆的细胞毒性T细胞的增殖,发挥细胞毒性作用进而杀伤靶细胞,且这种细胞毒性作用只依赖于靶细胞的存在与否,而不依赖TCR的特异性,共刺激分子或者抗原提呈的存在与否。BiTE也是肿瘤免疫治疗的有效手段之一,但和CART疗法类似,两者在血液系统肿瘤方面治疗比较有效,但对实体肿瘤的作用有限,如何提高CART或BiTE在实体瘤中的疗法是值得研究的问题。
2019年7月22日,来自美国哈佛大学医学院麻省总医院的Marcela V. Maus团队在Nature Biotechnology上发表题为CAR-T cells secreting BiTEs circumvent antigen escape without detectable toxicity的文章,从胶质母细胞瘤 (glioblastoma, GBM) 模型入手,通过对CAR-T细胞的基因改造发现,由CAR-T细胞分泌的BiTEs能产生强有力的特异性抗肿瘤效应。
胶质母细胞瘤(Glioblastoma , GBM) 是最常见的脑部恶性肿瘤,同时也是致死率最高的。目前对胶质母细胞瘤的治疗有手术、放疗和化疗,但这些都只产生了部分疗效,且具有较强的毒副作用。一些针对GBM的CART免疫治疗试验正在进行,但由于GBM肿瘤抗原的异质性效果并不稳定。Marcela V. Maus团队前期也以表皮生长因子致癌突变EGFRvIII为靶点设计CAR-T细胞,在临床试验中,研究团队发现外周血回输CART-EGFRvIII可导致病人表达EGFRvIII肿瘤胶质母细胞的减少,但是表达野生型EGFR的肿瘤细胞依然存在。
为解决肿瘤抗原异质性问题,提高机体对GBM的抗肿瘤效应,Marcela V. Maus团队在CART-EGFRvIII中引入抗野生型EGFR的BiTE(CART.BiTE)。研究团队以第二代CART-EGFRvIII为骨架,设计了两种CART.BiTE,两种BiTEs分别抗野生型EGFR或CD19,其中后者作为阴性对照,研究团队在体外证实设计改造CART分泌的BiTEs能结合相应靶标抗原上。
之后研究人员在NSG免疫缺陷小鼠脑中注入EGFRvIII阳性和野生型 U87胶质瘤细胞,构建EGFR抗原异质性GBM肿瘤模型。与对照组相比,小鼠脑室内注射CART-EGFRvIII.BiTE-EGFR细胞实验组中,肿瘤细胞的生长明显降低。随后研究团队通过一系列的体外和小鼠模型试验,机制水平上发现CAR-T细胞分泌的BiTEs可以招募到旁观T细胞(未转导CART.BiTEs 的T细胞),并促进其发挥抗肿瘤功能。同时,BiTEs和CARs的共同刺激可使转导CART.BiTEs的T细胞更多向Tcm发育,且表达更低水平的衰竭分子如PD-1,TIM-3和LAG-3,CARs和BiTEs起到协同抗肿瘤作用。同时利用人皮肤异体移植试验,研究人员发现与CART-EGFR相比,CART-EGFRvIII.BiTE-EGFR组T细胞在组织中的浸润更少,展示了CART-EGFRvIII.BiTE-EGFR一定的安全性。
与传统的CAR-EGFRvIII只识别EGFRvIII阳性肿瘤相比,CART-EGFRvIII.BiTE-EGFR不仅可以识别EGFRvIII阳性肿瘤还可以识别野生型EGFR阳性肿瘤细胞,同时也可招募旁观T细胞进一步发挥抗肿瘤效应。