重磅！纳米医学登上2022年首期Science封面！

奇物论

2022-01-08

由活化的心脏成纤维细胞过度细胞外基质蛋白沉积引起的纤维化是心脏病的标志，在疾病进展成为心力衰竭中起着关键作用。然而，针对这种心脏纤维化的疗法仍然有限。

宾夕法尼亚大学Jonathan A. Epstein、Hamideh Parhiz、Drew Weissman和Haig Aghajanian等人描述了一种利用工程化 T 细胞来消除活化成纤维细胞的新方法。携带编码嵌合抗原受体 (CAR) 的信使 RNA (mRNA) 的脂质纳米粒子 (LNP) 用于在小鼠体内生成 CAR T 细胞，从而产生能够消融致病性激活的成纤维细胞并减轻心脏纤维化的治疗性 T 细胞群。成果发表在2022年Science期刊的首期封面上（CAR T之父Carl H. June院士作为作者之一）。

一些背景

CAR是合成受体，允许免疫细胞（通常是T细胞）识别目标抗原并启动抗原特异性免疫反应。在传统的 CAR T 细胞疗法中，T 细胞是从患者或健康供体的血液中分离出来的，经过基因改造以表达靶向疾病相关抗原（例如，在肿瘤细胞上发现的表面蛋白）的 CAR，并在输注前离体扩增进入病人。CAR T 细胞疗法已显示出针对各种血液系统恶性肿瘤的显著临床疗效，成为第一个获得美国食品和药物管理局批准的转基因细胞疗法。在取得这些成功之后，正在努力将 CAR T 细胞疗法扩展到其他适应症，例如传染性和自身免疫性疾病。

此前，在高血压心脏损伤小鼠模型中，靶向成纤维细胞活化蛋白 (FAP) 的 CAR T 细胞显示出特异性靶向活化的成纤维细胞并显着减少心脏纤维化。在先前的工作中，T 细胞通过逆转录病毒转导与 CAR 编码转基因在体外稳定整合，导致长期 CAR 表达。在癌症治疗方面的广泛临床经验表明，自体 CAR T 细胞在过继转移到患者体内后可以持续数月或数年，这种长期持续性在治疗效果和反应持久性方面起着重要作用。然而，与癌症相比，心脏损伤具有不同的时间特征。尽管 FAP 在健康组织中的表达水平通常较低，但在正常的伤口愈合过程中，它会被上调，这涉及成纤维细胞的活化。因此，如果患者在治疗后受伤，FAP 靶向 CAR T 细胞的长期存在可能会带来安全风险。

整体思路

鉴于此，为了平衡对致病性成纤维细胞的强大 CAR T 细胞活性的需求，同时最大限度地降低长期安全风险，该课题组开发了一种在体内产生瞬时CAR T细胞的方法，绕过了体外细胞制造的需要。在这种方法中，化学修饰稳定性并编码FAPCAR的mRNA被包裹到用CD5靶向抗体修饰的LNP中，以促进T细胞的选择性摄取。在LNP摄取后，mRNA 被翻译以产生 CAR T 细胞。鉴于mRNA的固有不稳定性，CAR表达是短暂的，并且没有任何 T 细胞会按照设计持续保持 CAR⁺。

图|CD5 靶向 LNP 在体外产生功能性、基于 mRNA 的 FAPCAR T 细胞

权衡持续性和治疗效果

实验结果证实了LNP注射后24小时小鼠中出现抗FAPCAR T细胞，以及这些CAR T细胞在7天内下降至不可检测的水平。使用高血压性心脏损伤和纤维化的小鼠模型，作者证明，通过超声心动图评估，瞬时FAP CAR T细胞显著减少心室纤维化并改善各种心脏功能。这些发现为使用瞬时CAR T细胞提供了理论基础，并证明了CAR T细胞疗法在肿瘤学应用之外的适用性。

图|表达 FAPCAR 的 T 细胞从活化的成纤维细胞中胞啃(trogocytosis)FAP 

图|体内产生瞬时 FAPCAR T 细胞可改善损伤后的心脏功能

技术的优势所在

心脏病仍然是全球主要的死亡原因，需要能够以合理成本大规模生产的疗法。COVID-19 mRNA-LNP 疫苗的成功表明，基于 LNP 的 mRNA 递送可能是开发可扩展免疫疗法的可行途径，为需要广泛基础设施和高成本的试剂的离体 CAR T 细胞制造传统方法提供更经济的替代方案。之前曾报道过使用腺相关病毒代替mRNA-LNP 产生体内 CAR T 细胞。mRNA-LNP 平台的一个潜在优势是能够灵活地用抗体修饰 LNP 以提高目标特异性，以及更容易生产临床级试剂。

此外，与传统的体外 CAR T 细胞制造方法相比，该课题组详细介绍的无病毒体内 CAR T 细胞制造方法。消除了由慢病毒或逆转录病毒整合介导的意外宿主基因组改变的风险，以及在过继转移之前进行淋巴清除化疗的需要，从而消除了通常与 CAR T 细胞疗法相关的相当大的毒性来源。

临床前仍需考虑的点

之前对靶向 FAP 的 CAR T 细胞进行了评估，一些小组报告了最小的副作用，而其他小组报告了由于与骨髓干细胞的相互作用而导致的小鼠致命的骨毒性和恶病质（肌肉萎缩）。该研究的实验结果没有观察到明显的毒性，并且 LNP 介导的抗 FAP CAR 表达主要限于脾脏。尽管如此，在转化为临床之前必须仔细评估这些毒性差异，并且需要更深入地表征 FAPCAR T 细胞与纤维化组织内活化的成纤维细胞之间的相互作用，以证明抗原特异性CAR T 细胞在病灶部位。

此外，虽然作者证明了 mRNA-LNP 治疗大大减少了间质纤维化，需注意的是，由于存在不表达 FAP 的活化成纤维细胞，血管周围纤维化持续会超过治疗持续时间。血管周围纤维化和相关炎症会减少邻近心脏组织与血管的接触面积，并减少氧气和营养物质的可用性，这可能会加剧病理性心脏重塑。进一步研究血管周围纤维化的生物学可能会发现其他治疗靶点。

展望

该工作为将免疫疗法扩大到需求未得到满足的疾病领域提供了强有力的理由，并且 FAPCAR T 细胞已经在癌症的背景下进行了评估。其他纤维化疾病或相关疾病，例如FAP⁺成纤维细胞的慢性炎症性疾病，也可能受益于这种方法。这项工作代表了将个性化免疫疗法转化为可获得且价格合理的“现成”免疫疗法的激动人心的一步。

参考文献：

1.J. G. Rurik et al., CAR T cells produced in vivo to treat cardiac injury. Science 375, 91 (2022).

DOI:10.1126/science.abm0594

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0594

2.Torahito A. Gao, et al., T cells to fix a broken heart. Science (2022).

DOI:10.1126/science.abn0851

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn0851