Treg的未来:CAR-Treg

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Treg的未来:CAR-Treg
Treg的未来:CAR-Treg


— 前言 —

调节性T细胞(Treg)是免疫细胞的一小部分,专门用于抑制过度免疫激活和维持免疫稳态。


在过去二十年中,嵌合抗原受体(CAR)的开发和基因组编辑的进展促进了T细胞治疗的优化, 这些技术现在被用于增强Treg细胞的特异性和功能性, 以Treg细胞为基础的自身免疫和移植治疗正得到快速的发展。

Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献2 



Treg的未来:CAR-Treg
Treg来源及机制



调节性T细胞是T细胞的一个子集,具有维持体内平衡和预防自身免疫的功能。

Tregs占CD4+T细胞总数的5-10%,其特征是CD4、CD25、FOXP3和低水平CD127的共同表达。高水平的FOXP3和特异性去甲基化区域(TSDR)的去甲基化是Treg的显著特征,TSDR是FOXP3基因中的一个保守区域。

Tregs分为胸腺来源的Tregs(tTregs)和外周来源的Tregs(pTregs)。在T细胞发育过程中,接受中间TCR信号的原始CD4+T细胞被驱动分化成Treg细胞,这种信号强度的大小差异决定原始T细胞分化为常规T细胞还是调节性T细胞。

此外, FOXP3-的常规T细胞在接受对非自身抗原的反复刺激或暴露于IL-10和TGF-β时,也会转变为Treg细胞。

Treg通过不同的机制抑制免疫系统,包括接触依赖性机制,例如通过CTLA-4,以及非接触依赖性机制,例如释放细胞因子,如IL-35或IL-10。鉴于Tregs在预防自身免疫性疾病方面的作用,Tregs在促进免疫耐受方面具有明显的潜力和很好的应用前景。



Treg的未来:CAR-Treg

过继性Treg-从多克隆到抗原特异性



最初过继性Treg的临床试验主要使用多克隆或体外扩增的Tregs。虽然多克隆Tregs获得了一定程度令人鼓舞的效果,但是输注所需的细胞数量相当大,此外,还有非特异性免疫抑制的风险,事实上,多克隆Tregs输注后的病毒再激活已有报道。

这些缺点可以通过使用抗原特异性Treg来克服,与多克隆Treg相比,抗原特异性Treg只需要较少的细胞就可以实施更多的局部和靶向抑制。此外,许多研究已经证明,在动物模型中,特异于所需抗原的Treg在功能上优于多克隆或未修饰的Treg。

传统的产生抗原特异性Treg的方法主要依赖于用APCs和特异性抗原扩增,或用T细胞受体(TCRs)工程化的Treg。然而,用APCs扩增Treg效率低下,而用TCR构建的Tregs(TCR-Tregs)仍然受到MHC的限制,限制了针对不同患者的模块化应用。


Treg的未来:CAR-Treg

工程化CAR-Treg



另一种赋予Tregs特异性的方法是用嵌合抗原受体(CAR)转导这些细胞。与TCR-Treg相比,CAR具有一些独特的优势:这些表达CARs的T细胞激活时绕过HLA限制,通过共受体信号的激活增加了特异性,以及CARs的靶向灵活性(任何可溶性或表面多价抗原都可以作为靶点)。

2009年,进行了第一项利用CAR来重新定向人类Treg细胞的研究,在免疫缺陷小鼠模型中,观察到了人CEA-CAR-Treg细胞介导的抑制作用。

CAR-Treg细胞最直接的应用是GvHD和器官移植排斥反应。与大多数自身免疫性疾病不同,移植中有非常明确的靶点,即HLA分子。

2016年,首次报道了HLA-A2 CAR Treg细胞,研究证明,HLA-A2-CAR-Treg细胞抑制Teff细胞增殖,并在免疫缺陷NSG小鼠模型中阻止了HLA-A2+PBMC介导的GvHD。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献3 


CAR-Treg细胞的新应用仍在出现,B细胞靶向抗体受体(BAR)Treg细胞是近年来研究的热点。

人VIII因子(FVIII)注射液用于治疗A型血友病患者,而随着时间的推移,抗FVIII中和抗体的发展会导致发病率和死亡率上升。含有FVIII免疫显性结构域(A2或C2)作为胞外结构域的BAR被设计成靶向FVIII特异性B细胞, 细胞内信号结构域仍为CD28-CD3ζ。引人注目的是,在体外,展示A2结构域或C2结构域的人BAR-Treg细胞抑制了用重组FVIII免疫的小鼠产生抗FVIII抗体。


工程化CAR-Treg的优化


目前,临床前疾病模型的研究大多集中在单特异性CAR-Treg,增加CAR-Treg的特异性可以提高其治疗效果,同时通过旁观者抑制间接发挥Treg的功能优势。

第一种选择是CAR-Treg的联合,这种方法已经在CAR-T上得到测试,包括CD19和CD123的联合用于B-ALL,以及HER2与IL-13Rα2联合用于胶质母细胞瘤。然而,这在逻辑上是有挑战性的,因为针对不同靶抗原的自体CAT-Treg的扩展将受到可用自体Treg数量和高表达靶向抗原数量的限制。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献1 


因此,利用转染两种不同特异性抗原和信号域的CAR-T细胞,开发了双CAR-T细胞。双CAR-T细胞比CAR-T细胞联合更有效地防止抗原的逸出,并显示出抗肿瘤作用的提高。另外,也可以使用针对两种不同抗原的双特异性CAR。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献1 


开发模块化或通用型CAR(UniCAR)则是另一种策略。这种策略可以对Treg活动进行定制控制,因为通用型CAR-Tregs的激活严格依赖于目标模块,而通用CAR对目标模块是开放的。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献1 


Treg的未来:CAR-Treg

下一代工程化Treg


合成生物学


开发Treg细胞作为治疗自身免疫性疾病的药物并不仅局限于TCRs和CARs的应用,合成免疫学已经产生了许多人工受体和系统,正在Treg细胞中进行测试。


这些系统包括通过连接的单链抗体将内源性TCR复合物招募到非MHC靶点的T细胞抗原偶联剂,可以被可溶性配体结合并激活的CARs,以及可分开的、通用和可编程的CAR(SUPRA)。


利用细胞因子


毫无疑问,细胞因子在免疫反应中起着关键作用。Treg细胞组成性地表达IL-2受体的高亲和链CD25,有效地剥夺Teff细胞的IL-2。此外,通过工程化CAR-Treg细胞的改造,可以将促炎细胞因子信号转化为IL-2或IL-10信号以增加对炎症的抑制。


基因编辑


一些利用CRISPR–Cas9编辑人类T细胞基因的临床前研究已有发表,这些包括敲除CD4+T细胞中CCR5的基因,产生抗HIV感染的T细胞;敲除CD7-CAR T细胞中CD7的基因,因为T细胞本身表达CD7,从而防止自相残杀;以及敲除CD19-CAR T细胞中PD1的基因,从而提高人源化小鼠模型的肿瘤清除率。


提升递送系统


目前,CAR T细胞的制造使用逆转录病毒和慢病毒转导将遗传物质传递并整合到T细胞中。然而这些方法费时、昂贵且有安全问题的困扰。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献3 


一些非病毒的递送方法正在开发中,例如CRISPR-RNPs共电转,可以将超过1 kb的DNA敲入人T细胞的特定基因组位点,这种方法简单,安全,双链DNA模板没有毒性。利用该方法纠正了单基因自身免疫性疾病患者细胞中的致病性CD25突变,证明了其潜在的应用价值,但是这种方法也受到插入片段大小的限制。


设计Treg细胞


Treg细胞治疗面临的一个障碍是确保细胞在输注后的存活,利用基因编辑敲除Treg细胞中JNK1基因可使其抗凋亡,JNK1缺陷的Treg细胞分泌更高水平的IL-10和TGFβ ,可以保护移植胰岛不受排斥反应的影响比对照延长100天。

此外,Treg细胞在炎症环境中也可能变得不稳定,并转化为致病性TH17细胞。通过敲除PRKCQ基因,可以降低了Treg细胞向TH17细胞分化的倾向,同时保持了Treg细胞的抑制功能。

最后,通过基因编辑获得最新一代低免疫原性人多能干细胞,再加上不断的努力将干细胞分化为Treg细胞,这可能会彻底改变工程化Treg细胞治疗的手段。


小结

目前,利用Treg细胞设计治疗自身免疫疾病正方兴未艾,工程化CAR-Treg在这方面表现出独特的优势,具有极大的潜力。然而,在Treg细胞生物学和Treg细胞治疗领域仍存在许多问题。


在接下来的十年中,随着这些悬而未决的问题的解决,期待看到Treg细胞制造的持续改进,以及与合成生物学和基因编辑的广泛应用,将使Treg细胞疗法发挥出越来越重要的作用。

 

参考文献


1. The Future ofRegulatory T Cell Therapy: Promises and Challenges of Implementing CARTechnology. Front Immunol. 2020; 11: 1608.

2. Chimeric AntigenReceptor (CAR) Treg: A Promising Approach to Inducing Immunological Tolerance.Front Immunol. 2018 Oct 12;9:2359.

3. Next-generationregulatory T cell therapy. Nat Rev Drug Discov. 2019 October ; 18(10): 749–769.

 



Treg的未来:CAR-Treg
END

版权声明/免责声明
本文为授权转载作品,不代表药时代立场
仅供感兴趣的个人谨慎参考,非商用,非医用、非投资用。
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调节性T细胞(Treg)是免疫细胞的一小部分,专门用于抑制过度免疫激活和维持免疫稳态。


在过去二十年中,嵌合抗原受体(CAR)的开发和基因组编辑的进展促进了T细胞治疗的优化, 这些技术现在被用于增强Treg细胞的特异性和功能性, 以Treg细胞为基础的自身免疫和移植治疗正得到快速的发展。

Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献2 



Treg的未来:CAR-Treg
Treg来源及机制



调节性T细胞是T细胞的一个子集,具有维持体内平衡和预防自身免疫的功能。

Tregs占CD4+T细胞总数的5-10%,其特征是CD4、CD25、FOXP3和低水平CD127的共同表达。高水平的FOXP3和特异性去甲基化区域(TSDR)的去甲基化是Treg的显著特征,TSDR是FOXP3基因中的一个保守区域。

Tregs分为胸腺来源的Tregs(tTregs)和外周来源的Tregs(pTregs)。在T细胞发育过程中,接受中间TCR信号的原始CD4+T细胞被驱动分化成Treg细胞,这种信号强度的大小差异决定原始T细胞分化为常规T细胞还是调节性T细胞。

此外, FOXP3-的常规T细胞在接受对非自身抗原的反复刺激或暴露于IL-10和TGF-β时,也会转变为Treg细胞。

Treg通过不同的机制抑制免疫系统,包括接触依赖性机制,例如通过CTLA-4,以及非接触依赖性机制,例如释放细胞因子,如IL-35或IL-10。鉴于Tregs在预防自身免疫性疾病方面的作用,Tregs在促进免疫耐受方面具有明显的潜力和很好的应用前景。



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过继性Treg-从多克隆到抗原特异性



最初过继性Treg的临床试验主要使用多克隆或体外扩增的Tregs。虽然多克隆Tregs获得了一定程度令人鼓舞的效果,但是输注所需的细胞数量相当大,此外,还有非特异性免疫抑制的风险,事实上,多克隆Tregs输注后的病毒再激活已有报道。

这些缺点可以通过使用抗原特异性Treg来克服,与多克隆Treg相比,抗原特异性Treg只需要较少的细胞就可以实施更多的局部和靶向抑制。此外,许多研究已经证明,在动物模型中,特异于所需抗原的Treg在功能上优于多克隆或未修饰的Treg。

传统的产生抗原特异性Treg的方法主要依赖于用APCs和特异性抗原扩增,或用T细胞受体(TCRs)工程化的Treg。然而,用APCs扩增Treg效率低下,而用TCR构建的Tregs(TCR-Tregs)仍然受到MHC的限制,限制了针对不同患者的模块化应用。


Treg的未来:CAR-Treg

工程化CAR-Treg



另一种赋予Tregs特异性的方法是用嵌合抗原受体(CAR)转导这些细胞。与TCR-Treg相比,CAR具有一些独特的优势:这些表达CARs的T细胞激活时绕过HLA限制,通过共受体信号的激活增加了特异性,以及CARs的靶向灵活性(任何可溶性或表面多价抗原都可以作为靶点)。

2009年,进行了第一项利用CAR来重新定向人类Treg细胞的研究,在免疫缺陷小鼠模型中,观察到了人CEA-CAR-Treg细胞介导的抑制作用。

CAR-Treg细胞最直接的应用是GvHD和器官移植排斥反应。与大多数自身免疫性疾病不同,移植中有非常明确的靶点,即HLA分子。

2016年,首次报道了HLA-A2 CAR Treg细胞,研究证明,HLA-A2-CAR-Treg细胞抑制Teff细胞增殖,并在免疫缺陷NSG小鼠模型中阻止了HLA-A2+PBMC介导的GvHD。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献3 


CAR-Treg细胞的新应用仍在出现,B细胞靶向抗体受体(BAR)Treg细胞是近年来研究的热点。

人VIII因子(FVIII)注射液用于治疗A型血友病患者,而随着时间的推移,抗FVIII中和抗体的发展会导致发病率和死亡率上升。含有FVIII免疫显性结构域(A2或C2)作为胞外结构域的BAR被设计成靶向FVIII特异性B细胞, 细胞内信号结构域仍为CD28-CD3ζ。引人注目的是,在体外,展示A2结构域或C2结构域的人BAR-Treg细胞抑制了用重组FVIII免疫的小鼠产生抗FVIII抗体。


工程化CAR-Treg的优化


目前,临床前疾病模型的研究大多集中在单特异性CAR-Treg,增加CAR-Treg的特异性可以提高其治疗效果,同时通过旁观者抑制间接发挥Treg的功能优势。

第一种选择是CAR-Treg的联合,这种方法已经在CAR-T上得到测试,包括CD19和CD123的联合用于B-ALL,以及HER2与IL-13Rα2联合用于胶质母细胞瘤。然而,这在逻辑上是有挑战性的,因为针对不同靶抗原的自体CAT-Treg的扩展将受到可用自体Treg数量和高表达靶向抗原数量的限制。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献1 


因此,利用转染两种不同特异性抗原和信号域的CAR-T细胞,开发了双CAR-T细胞。双CAR-T细胞比CAR-T细胞联合更有效地防止抗原的逸出,并显示出抗肿瘤作用的提高。另外,也可以使用针对两种不同抗原的双特异性CAR。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献1 


开发模块化或通用型CAR(UniCAR)则是另一种策略。这种策略可以对Treg活动进行定制控制,因为通用型CAR-Tregs的激活严格依赖于目标模块,而通用CAR对目标模块是开放的。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献1 


Treg的未来:CAR-Treg

下一代工程化Treg


合成生物学


开发Treg细胞作为治疗自身免疫性疾病的药物并不仅局限于TCRs和CARs的应用,合成免疫学已经产生了许多人工受体和系统,正在Treg细胞中进行测试。


这些系统包括通过连接的单链抗体将内源性TCR复合物招募到非MHC靶点的T细胞抗原偶联剂,可以被可溶性配体结合并激活的CARs,以及可分开的、通用和可编程的CAR(SUPRA)。


利用细胞因子


毫无疑问,细胞因子在免疫反应中起着关键作用。Treg细胞组成性地表达IL-2受体的高亲和链CD25,有效地剥夺Teff细胞的IL-2。此外,通过工程化CAR-Treg细胞的改造,可以将促炎细胞因子信号转化为IL-2或IL-10信号以增加对炎症的抑制。


基因编辑


一些利用CRISPR–Cas9编辑人类T细胞基因的临床前研究已有发表,这些包括敲除CD4+T细胞中CCR5的基因,产生抗HIV感染的T细胞;敲除CD7-CAR T细胞中CD7的基因,因为T细胞本身表达CD7,从而防止自相残杀;以及敲除CD19-CAR T细胞中PD1的基因,从而提高人源化小鼠模型的肿瘤清除率。


提升递送系统


目前,CAR T细胞的制造使用逆转录病毒和慢病毒转导将遗传物质传递并整合到T细胞中。然而这些方法费时、昂贵且有安全问题的困扰。


Treg的未来:CAR-Treg

来源参考文献3 


一些非病毒的递送方法正在开发中,例如CRISPR-RNPs共电转,可以将超过1 kb的DNA敲入人T细胞的特定基因组位点,这种方法简单,安全,双链DNA模板没有毒性。利用该方法纠正了单基因自身免疫性疾病患者细胞中的致病性CD25突变,证明了其潜在的应用价值,但是这种方法也受到插入片段大小的限制。


设计Treg细胞


Treg细胞治疗面临的一个障碍是确保细胞在输注后的存活,利用基因编辑敲除Treg细胞中JNK1基因可使其抗凋亡,JNK1缺陷的Treg细胞分泌更高水平的IL-10和TGFβ ,可以保护移植胰岛不受排斥反应的影响比对照延长100天。

此外,Treg细胞在炎症环境中也可能变得不稳定,并转化为致病性TH17细胞。通过敲除PRKCQ基因,可以降低了Treg细胞向TH17细胞分化的倾向,同时保持了Treg细胞的抑制功能。

最后,通过基因编辑获得最新一代低免疫原性人多能干细胞,再加上不断的努力将干细胞分化为Treg细胞,这可能会彻底改变工程化Treg细胞治疗的手段。


小结

目前,利用Treg细胞设计治疗自身免疫疾病正方兴未艾,工程化CAR-Treg在这方面表现出独特的优势,具有极大的潜力。然而,在Treg细胞生物学和Treg细胞治疗领域仍存在许多问题。


在接下来的十年中,随着这些悬而未决的问题的解决,期待看到Treg细胞制造的持续改进,以及与合成生物学和基因编辑的广泛应用,将使Treg细胞疗法发挥出越来越重要的作用。

 

参考文献


1. The Future ofRegulatory T Cell Therapy: Promises and Challenges of Implementing CARTechnology. Front Immunol. 2020; 11: 1608.

2. Chimeric AntigenReceptor (CAR) Treg: A Promising Approach to Inducing Immunological Tolerance.Front Immunol. 2018 Oct 12;9:2359.

3. Next-generationregulatory T cell therapy. Nat Rev Drug Discov. 2019 October ; 18(10): 749–769.

 



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END

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本文为授权转载作品,不代表药时代立场
仅供感兴趣的个人谨慎参考,非商用,非医用、非投资用。
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