清华大学彭敏Nature Immunology：开发哮喘新疗法，利用长效CAR T细胞靶向IL-5和阻断IL-4/IL-13信号

哮喘是一种最常见的呼吸系统疾病，影响全球超过3亿人，每年导致超过25万人死亡。哮喘的发病机制复杂，涉及多种炎症细胞和介质，其中以2型高哮喘尤为显著。

2型高哮喘的特点是由白介素-5（IL-5）驱动的嗜酸性粒细胞增多症，并伴随着由白介素-4（IL-4）和白介素-13（IL-13）引起的气道炎症和重塑。尽管目前已有多种治疗方法用于控制哮喘症状，但对于严重和难治性哮喘患者，现有治疗手段往往效果有限且需要长期使用，存在显著的副作用。

嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法作为一种新兴的免疫疗法，已经在血液系统恶性肿瘤的治疗中取得了显著进展。CAR T细胞通过将患者自身的T细胞改造为能够识别并攻击特定靶标的细胞，从而实现精准治疗。这种方法的成功引发了在其他疾病领域应用的广泛兴趣，包括自体免疫疾病和慢性炎症性疾病。

2024年5月27日，清华大学医学院副教授彭敏团队在Nature Immunology期刊上发表了一篇名为：A single infusion of engineered long-lived and multIFunctional T cells confers durable remission of asthma in mice的论文。该论文共同第一作者是清华大学的Gang Jin, Yanyan Liu。

研究人员利用IL-5作为靶向领域，开发了一种可以消灭嗜酸性粒细胞的长寿命嵌合抗原受体（CAR）T细胞，这些细胞被称为5TIF细胞。这些5TIF细胞被改造为能够分泌一种阻断IL-4和IL-13信号的IL-4突变体，称为5T_IF4细胞。在哮喘模型中，无需任何预处理方案，只需单次注射5T_IF4细胞到完全免疫健全的小鼠体内，就能够持续抑制肺部炎症并缓解哮喘症状。

新型CAR T细胞疗法

首先，研究发现5T细胞（表达IL-5 CAR的T细胞）能够在体外消灭嗜酸性粒细胞，但在未进行化疗预处理的情况下，这些细胞在体内无法扩展，也无法消除嗜酸性粒细胞。化疗预处理通常在CAR T细胞疗法中用于帮助这些细胞扩展和发挥作用，但对于治疗非癌症疾病而言，化疗预处理的风险可能超过其治疗收益。

为了克服这一问题，研究团队参考了之前的CAR19TIF研究，通过去除BCOR和ZC3H12A基因来增强5T细胞的扩展能力。结果表明，同时敲除Bcor和Zc3h12a基因显著促进了5T细胞的扩展，形成了称为5TIF的细胞，这些细胞能够在体内持续存在至少一年，并持续消除嗜酸性粒细胞。

尽管在部分小鼠中，5TIF输注一个月后嗜酸性粒细胞重新出现，但其比例仍低于对照组。这些残留的嗜酸性粒细胞表达低至阴性的IL-5Rα，这表明抗原下调或丧失。然而，这并不影响5TIF细胞在疾病环境中对病理性嗜酸性粒细胞的消除。

图1：在IL-5 CAR T细胞中去除BCOR和ZC3H12A生成5TIF细胞。

移植一个月后，5TIF细胞在脾脏中表现出中心记忆样的特征，并且具有效应T细胞和前体耗竭T细胞的混合特征。三个月后，携带5TIF细胞的小鼠与对照组相比没有显著差异，免疫细胞状况正常，且没有出现T细胞活化的迹象，表明5TIF细胞是安全的。

图2：5T_IF细胞表型。

5T_IF4细胞通过阻断IL-4/IL-13信号并减轻2型炎症的能力

除了IL-5驱动的嗜酸性粒细胞增多外，IL-4和IL-13在2型高哮喘中也起着至关重要的作用。研究团队工程化了5T_IF细胞，使其稳定表达阻断IL-4/IL-13信号的小鼠版本IL-4突变体，被称为5T_IF4。5T_IF4细胞通过分泌IL-4突变体抑制了IL-4和IL-13的产生，从而有效地抑制了2型炎症。在实验中，5T_IF4细胞比5T_IF细胞在抑制类型2炎症方面表现出更强的效果。

此外，研究还发现5T_IF4细胞能够抑制记忆型2型辅助T细胞（TH2细胞），这些细胞在维持哮喘中的2型炎症中起着关键作用。

对5T_IF和5T_IF4细胞的表型研究显示，它们在扩增和消除嗜酸性粒细胞方面表现相似，并且表现出类似的中心记忆型表型。此外，这些细胞还显示出组织驻留性，长期观察表明它们在小鼠体内的长期安全性良好，不引起明显的毒性反应或免疫失调。

图3：分泌IL-4突变体的5T_IF4细胞在体内减轻2型炎症。

5T_IF4细胞在治疗2型高哮喘方面的长期疗效

研究中通过多种模型评估了5TIF和5TIF4对哮喘的疗效，包括急性和慢性哮喘模型，以及不同诱发因素引起的哮喘模型。实验结果表明，单次静脉输注5T_IF4细胞能够在多种哮喘模型中提供长期保护，抑制肺部炎症、减少免疫细胞浸润、降低IL-13和IgE水平，并有效抑制已建立的2型炎症，表现出比5T_IF细胞更强的效果。这些发现暗示了5T_IF4细胞作为一种潜在的长期治疗策略，能够有效地控制和预防2型高哮喘的复发和恶化。

图4：5T_IF4细胞在已建立的OVA诱导的2型高哮喘中的治疗效果。

图5：5T_IF4细胞提供OVA诱导的2型高哮喘的长期缓解。

图6：5T_IF4细胞在已建立的HDM诱导的2型高哮喘中的治疗效果。

图7：5T_IF4细胞提供对HDM诱导哮喘复发的长期保护。

诱导人类5T_IF4细胞

通过利用mIL-5作为抗原结合部分，设计了人类IL-5受体α（hIL-5Rα）的抗原结合构建体，以验证IL-5 CAR在人类T细胞上的表达。经过编辑BCOR和ZC3H12A基因后，将IL-4 mutein导入人类5T细胞，最终产生了h5T_IF4细胞。研究表明，h5T_IF4细胞在体内扩增、杀灭嗜酸性粒细胞、持久存在并分泌IL-4 mutein。h5T_IF4细胞在小鼠模型中表现出与其小鼠对应物相似的特性，展现了其在体内的诱导和维持能力，以及对嗜酸性粒细胞的消灭和IL-4 mutein的分泌。

图8：人类5TIF4细胞的诱导和表征。

小结

通过工程设计的长寿命多功能T细胞（5T_IF4细胞）可以实现对慢性疾病哮喘的长期缓解。5T_IF4细胞能同时、强力和持久地靶向IL-4、IL-5和IL-13，从而为一次性治疗提供长期缓解，标志着治疗常见慢性疾病的管理方式可能发生转变。

5T_IF4细胞在哮喘治疗中的优势包括长期疗效、免疫细胞工程的发展前景以及改善IL-4 mutein等蛋白药物的生物学特性。当然，5T细胞在治疗上也有限制，包括其无法在免疫正常的小鼠中扩增或消灭嗜酸性粒细胞，在真实世界中可能无法使用。

最后，作者提到了对5T_IF和5T_IF4潜在副作用的担忧，如寄生虫感染的风险、慢性疾病后的免疫变化等，但也指出了它们在小鼠模型中的长期安全性。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41590-024-01834-9