Cell子刊：华人科学家将造血干细胞变身iNKT细胞工厂，有效抑制多发性骨髓瘤和黑色素瘤小鼠的肿瘤生长丨医麦黑科技
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2019年9月28日/医麦客 eMedClub/--NKT(自然杀伤T)细胞是一种异质的先天性T淋巴细胞群，与T细胞和自然杀伤(NK)细胞拥有部分相同的标记，大约只占外周血T细胞的0.1%。最常见的NKT细胞(iNKT细胞/1型NKT细胞)会表达一种恒定T细胞受体(TCR)α链，在小鼠和人类中均高度保守。尽管它们在人体内的数量相对较少，但是具有比许多其他免疫细胞都强大的功能，使其在癌症免疫疗法的开发中极具吸引力。
◆ iNKT细胞与癌症有很强的相关性。令人信服的证据表明，iNKT细胞在小鼠肿瘤监测中发挥着重要作用。另外，实体瘤(包括黑色素瘤、结肠癌、肺癌、乳腺癌、头颈部癌症)和血液恶性肿瘤(包括白血病、多发性骨髓瘤和骨髓增生异常综合征)人类患者的iNKT细胞数量减少，而iNKT细胞数量的增加与更好的预后相关。
◆ iNKT细胞不受肿瘤抗原和主要组织相容性复合体(MHC)限制，具有靶向多种类型癌症的能力。iNKT细胞能够识别非多态性CD1d所表达的糖脂抗原，这使得它们不受MHC的限制。许多肿瘤组织表达可被iNKT细胞识别的保守的糖脂抗原，尽管这些糖脂的性质仍有待鉴定。
◆ iNKT细胞具有多种攻击肿瘤细胞的机制，包括直接杀伤CD1d+肿瘤，以及免疫辅助作用，包括激活NK细胞、激活树突状细胞(DCs)从而刺激细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)、抑制肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)等。
临床试验遇阻
鉴于iNKT细胞强大而广泛的抗癌功能，研究人员开展了一系列临床试验，以利用iNKT细胞治疗各种癌症，包括实体肿瘤和血液恶性肿瘤。
这些临床试验已经测试了单独使用α-半乳糖神经酰胺(αGC，一种合成的糖脂配体，专门刺激iNKT细胞)，或单独使用αGC致敏的DCs，或与体外扩增的患者iNKT细胞联合使用，数据表明这些治疗的安全性和耐受性良好。几项试验报告显示，基于iNKT细胞的免疫治疗在黑色素瘤、非小细胞肺癌和头颈部鳞状细胞癌患者中促使令人鼓舞的抗肿瘤免疫应答。
然而，大多数其他试验的结果并不令人满意。总的来说，这些试验都是通过直接刺激或体外扩增患者的内源性iNKT细胞来进行的，因此，只有少数患者获得了短期的、有限的临床益处。
癌症患者中iNKT细胞的极低比例(血液中约0.001%-0.1%)以及这些细胞在刺激后的快速耗竭，被认为是限制这些试验成功的主要因素。
为了充分发挥iNKT细胞在癌症免疫治疗方面的潜力，仍有待开发创新疗法来克服这些限制。
HSC提供强大的细胞来源
近日，加州大学洛杉矶分校的研究人员取得了一项新进展，他们使用基因工程的人类造血干细胞来产生可用于癌症治疗的iNKT细胞，有望克服上述限制。由于造血干细胞寿命长并且可以自我更新，因此，这种将iNKT TCR基因工程造血干细胞(HSCs)过继转移到癌症患者体内的策略，有潜力为患者终生提供治疗水平的iNKT细胞。
该项研究于9月5日发表在权威期刊Cell Stem Cell上。加州大学洛杉矶分校的助理教授Lili Yang博士是本文的通讯作者，Yang实验室的主要研究重点正是改造造血干细胞以用于产生各种血液和免疫细胞，包括iNKT细胞。
在最新研究中，研究人员构建了三种能有效转导各种供体的人CD34+造血干细胞的慢病毒载体，以在不同的使用环境中递送iNKT TCR基因：
(1) Lenti/iNKT载体：编码iNKT TCR基因，用于最终的临床使用；
(2) Lenti/EGFP载体：该载体与EGFP报告基因一起编码肿瘤坏死因子受体基因，为流式细胞术方便地跟踪载体工程化的HSC及其子代细胞奠定了基础，具有临床前研究的价值;
(3) Lenti/iNKT-sr39TK载体：包含iNKT TCR基因以及sr39TK自杀基因和正电子发射断层扫描(PET)成像报告基因，允许使用PET成像来监测载体工程化的HSC及其子代细胞，并且在副作用的情况下通过更昔洛韦(GCV)给药来耗尽工程化的细胞，因此对于早期临床发展是有价值的。
随后，他们采用人源化的骨髓-肝-胸腺(BLT)小鼠模型，研究了HSC-iNKT细胞的体内生成。在BLT-iNKT小鼠体内，人的iNKT细胞数量显著增加；这些iNKT细胞在移植后2个月左右开始出现在BLT-iNKT小鼠外周血中，然后在3个月左右达到高峰并趋于稳定，这说明它们来自iNKT TCR基因工程化的HSCs。组织分布分析显示，除了在血液循环，HSC-iNKT细胞分布在骨髓和脾脏等淋巴器官，以及其他周边器官如肝脏。HSC-iNKT细胞的存活稳定且持续时间较长，主要表现在：HSC初始转移后，BLT-iNKT小鼠体内的高水平iNKT细胞持续存在超过5个月。
这些结果表明，iNKT TCR基因工程HSC能够保持其寿命和自我更新能力，并能够在较长时间内产生iNKT细胞，这突出了HSC-iNKT细胞疗法的长期治疗潜力；并且，人源化BLT-iNKT小鼠模型可以作为一种功能强大、功能多样的工具，用于临床前开发HSC-iNKT细胞治疗，以及研究人类iNKT细胞生物学和其他基于iNKT细胞的免疫治疗。
虽然正常小鼠体内的iNKT细胞水平几乎无法检测，但在BLT-iNKT小鼠体内，iNKT细胞占免疫系统T细胞总数的5%到60%以上不等。此外，研究人员发现，他们可以通过改造原始HSC来控制这些数字。
重要的是，表型和功能研究显示，这些HSC-iNKT细胞与内源性人iNKT细胞非常相似，可以部署多种机制来攻击肿瘤细胞。
治疗安全且有效
在应用于肿瘤治疗之前，Yang和她的团队评估了这些HSC-iNKT细胞的安全性。她们发现，与对照组相比，BLT-iNKT小鼠的组织炎症、造血肿瘤或非造血肿瘤均未增加，并且对移植物抗宿主病(GvHD)有明显的保护作用。这些结果证明了HSC-iNKT细胞治疗在BLT-iNKT临床前动物模型中的安全性。
最后，研究小组发现，在多发性骨髓瘤(MM)和黑色素瘤异种移植小鼠中，HSC-iNKT细胞均能有效抑制肿瘤生长。
◆ HSC-iNKT细胞对人MM异种移植小鼠的肿瘤有明显抑制作用，生物荧光活体动物成像(BLI)检测到的全身发光量显著降低。GFP+肿瘤细胞在多种组织中显著减少，尤其是在骨髓和肝脏。相应的，流式细胞术分析检测到各种肿瘤组织中存在HSC-iNKT细胞。特别是，大量的HSC-iNKT细胞定位于MM受累区域，包括骨髓和肝脏，这些HSC-iNKT细胞表现出与其抗肿瘤功能相关的激活表型。这些数据证实了HSC-iNKT细胞的抗肿瘤活性，并支持其对血液恶性肿瘤的治疗潜力。
◆ HSC-iNKT细胞对人黑色素瘤异种移植小鼠的肿瘤生长同样有明显抑制作用。分析显示，HSC-iNKT细胞高效浸润实体瘤，而在其他检查过的所有组织(血液、脾脏和肝脏)中检测到的HSC-iNKT细胞数量要少得多，这可能是由于HSC-iNKT细胞上炎症位点归巢标记的表达。此外，从肿瘤中分离的HSC-iNKT细胞与从肝脏等非肿瘤组织中分离的HSC-iNKT细胞相比，表现出高度激活的表型，并与其抗肿瘤活性相匹配。
总之，这些结果证明了所提出的HSC-iNKT细胞疗法的可行性、安全性和癌症治疗潜力，并为将来的临床开发奠定了基础。
Yang说：“这种方法的一个优点是，它是一次性的细胞治疗，可以为患者提供终生的iNKT细胞供应。”
结语与展望
HSC移植(HSCT)已有半个多世纪的历史，已被作为各种恶性和非恶性造血疾病的常规治疗手段。在过去的十年中，基因工程HSCT得到了快速的发展，在治疗单基因相关免疫缺陷等疾病方面显示出了巨大的前景。科学家开发出安全高效的基因递送载体，建立了稳健的HSC基因修饰实验方案。2016年，首个基因工程HSCT治疗产品Glybera获得欧洲药物管理局(EMA)的上市许可，标志着一个重要的里程碑，并为这类新的细胞治疗药物铺平了道路。
因此，该篇论文的作者表示，无论是技术还是临床平台，都已准备好HSC-iNKT细胞治疗的临床转化。
未来，HSC-iNKT细胞治疗还有望与其他治疗方式相结合。例如，将αGC致敏的DC细胞过继转移到癌症患者体内已被证明是安全的，并能有效刺激体内的人iNKT细胞；因此，我们有理由认为，将造血干细胞-iNKT细胞疗法与αGC致敏的DC疫苗相结合，将最大限度地发挥工程化HSC-iNKT细胞的治疗潜力。
另一方面，癌症患者的iNKT细胞表达T细胞耗竭标志物PD-1。因此，可以想象，HSC-iNKT细胞治疗联合PD-1/PD-L1阻断治疗也可能产生协同治疗效果。
此外，最近的研究表明嵌合抗原受体(CAR)工程iNKT细胞具有良好的肿瘤治疗潜力，因此，进一步对HSC-iNKT细胞进行工程改造以增强其靶向肿瘤的有效性，可能是另一种有吸引力的方法。
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