1970-01-01
近日,《血液》(Blood)杂志发表了美国梅奥医学中心的一项突破性研究成果:通过Lenzilumab中和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)可有效预防靶向CD19的CAR-T(CAR-T19)输注后细胞因子释放综合征及神经毒性的发生。并且,无论是中和GM-CSF或CAR-T细胞中直接敲除GM-CSF,CAR-T细胞的抗肿瘤活性也得到增强。
背景
嵌合抗原受体T细胞治疗(CAR-T)在癌症治疗史上具有里程碑式的意义,但其治疗相关毒性一定程度上限制其广泛应用,主要包括细胞因子释放综合征(CRS)和神经毒性。
美国FDA已批准IL-6R单抗托珠单抗治疗靶向CD19的CAR-T(CAR-T19)治疗相关CRS,但神经毒性方面目前尚无确切有效的药物。既往研究显示,CAR-T治疗后CRS和神经毒性的发生与体内T细胞扩增及T细胞效应细胞因子如IL-6和GM-CSF过度产生有关。最新研究表明,对于CAR-T19治疗后发生3~4级神经毒性的患者,脑脊液中的CD14单核细胞明显升高。患者血清中GM-CSF水平与神经毒性发生相关。另有临床前实验显示,参与CRS发生的一种重要细胞因子IL-6主要由单核细胞和巨噬细胞产生,而非CAR-T细胞。这些结果提示髓系细胞及GM-CSF可能在CAR-T 治疗后CRS和神经毒性的发生中扮演重要角色。因此,研究者展开此项研究以明确GM-CSF作为治疗靶点在预防CAR-T治疗后CRS和神经毒性方面的疗效。
研究方法及结果
体外中和GM-CSF不影响CAR-T19细胞数量和功能
研究者在CAR-T19细胞和CD19+NALM6共培养体系中加入Lenzilumab或同型对照免疫球蛋白G(IgG)。结果发现,与同型对照IgG相比,Lenzilumab可中和CAR-T19细胞产生的GM-CSF,但并不影响CAR-T细胞的增殖和细胞毒作用,具体结果见图1。
图1 体外中和GM-CSF不影响CAR-T细胞数量和功能
体内中和GM-CSF增强CAR-T19的抗肿瘤活性
研究者将CD19+荧光素酶+ NAML6细胞静脉注射NSG小鼠,构建了可快速出现高肿瘤负荷表型的小鼠模型,予CAR-T19+Lenzilumab或CAR-T19+同型对照IgG治疗,结果发现与同型对照IgG相比,Lenzilumab中和了体内CAR-T19细胞产生的GM-CSF,但并未降低CAR-T19细胞缩小肿瘤体积的作用。随后,研究者将急性淋巴细胞白血病(ALL)患者肿瘤细胞静脉注射给NSG小鼠,构建异种移植模型进一步研究Lenzilumab体内对CAR-T细胞抗肿瘤活性的影响。结果显示,相对于CAR-T19+同型对照IgG组,CAR-T19 +Lenzilumab能更持续地控制肿瘤负荷,具体结果见图2。
图2 体内中和GM-CSF提高CAR-T细胞抗肿瘤活性
GM-CSF基因敲除直接增强CAR-T抗肿瘤功能
研究者利用CRISPR Cas9(一种基因治疗法)在CAR-T细胞将GM-CSF基因敲除。体外实验结果发现,与野生型CAR-T19细胞相比,CRISPR Cas9 GM-CSF k/o CAR-T19细胞GM-CSF产生减少,但其他细胞因子的产生和去颗粒作用不受影响。体内实验结果显示,GM-CSF k/o CAR-T细胞治疗后血清中GM-CSF含量更低,小鼠的生存时间更长,具体结果见图3。
图3 CRISPR Cas9敲除后CAR-T细胞抗肿瘤活性提高
人源性肿瘤异种移植模型CAR-T治疗出现CRS和神经炎症
研究者将ALL患者外周血原代肿瘤细胞通过尾静脉注射给马法兰预处理的NSG小鼠,构建人源性肿瘤异种移植模型,CAR-T19治疗后小鼠脑MRI示T1增强,提示血脑屏障破坏和可能存在水肿,脑组织病理示存在人CD3细胞浸润,RNA-seq示细胞因子/趋化因子等信号高表达。
体内中和GM-CSF减轻CAR-T治疗后CRS和神经毒性
将上述人源性肿瘤异种移植模型小鼠分为CAR-T19+Lenzilumab和CAR-T19+同型对照IgG组。结果发现,两组在控制CD19+ALL肿瘤负荷方面等效,但前者可中和GM-CSF,有效预防CRS导致的体重减轻。而且,CAR-T19+Lenzilumab治疗后多种细胞因子/趋化因子表达下降,脑组织炎症、血脑屏障破坏和水肿减轻;脑组织中CD3 T细胞及CD11b阳性巨噬细胞表达下降。
图4 人源性肿瘤异种移植模型中CAR-T19+Lenzilumab治疗后脑组织炎症、血脑屏障破坏和水肿减轻,CD3 T细胞和CD11b阳性巨噬细胞表达下降
结论及讨论
本研究利用人源性肿瘤异种移植模型首次证实了通过Lenzilumab中和GM-CSF可减轻CAR-T细胞治疗后CRS和中枢神经毒性,并增强CAR-T细胞抗肿瘤疗效。基于本研究结果,中和GM-CSF有望纳入临床实践以更好地控制CAR-T治疗相关不良反应。
Rosalie MS, Reona S, Michelle JC, et al. GM-CSF inhibition reduces cytokine release syndrome and neuroinflammation but enhances CAR-T cell function in xenografts [J]. Blood, 133:697-709.
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