Science封面丨mRNA指导体内编程“瞬时”CAR-T，省钱省力又省心
2022年1月11日/医麦客新闻 eMedClub News/--随着辉瑞生物(Pfizer-BioNTech)和Moderna公司COVID-19 疫苗的成功，mRNA技术正在掀起热潮。CAR-T 细胞疗法是一种通过改造患者自身细胞，再回输至患者体内，激发患者免疫系统对抗疾病的免疫疗法，现如今，CAR-T疗法在血癌治疗中大放光彩，一度被认为是“抗癌神药”，给无数深渊中的病人带去了希望。
而宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)佩雷尔曼（Perelman）医学院的科学家们将这两种技术结合，开发了一种创新性的针对心脏病的mRNA疗法。该疗法使用一次性注射mRNA的给药方式，在心衰小鼠体内实现了制造CAR-T细胞进行治疗，并成功对心衰小鼠完成心脏修复。
宾夕法尼亚大学研究团队所设计的这种mRNA，可以将体内的常规T细胞转化为具有治疗能力的CAR-T细胞，以治疗心肌纤维化。心肌纤维化是多种病理因素导致的心肌细胞及心肌间质的改变，可造成心脏收缩和舒张功能障碍，引起心肌功能、代谢等异常，是常见心血管疾病发生发展到某一阶段的主要病理表现。
在心力衰竭的小鼠模型中，注射该mRNA能够去除被称为活化成纤维细胞的细胞，从而减少纤维化并改善心脏功能。研究人员将这一结果发表在了Science杂志上。
这篇论文的通讯作者之一Jonathan A. Epstein教授在谈及文章的创新之处时表示，“这项研究最引人瞩目的突破点在于，为不同的临床需求设计特定的T细胞，而且不必将T细胞从体内取出。”
现有的CAR-T疗法，都需要从患者体内抽取血液，用以在体外对T细胞进行改造。而这种新的mRNA疗法可以暂时将人体本身变成一个制造嵌合抗原受体（CAR）的工厂，对T细胞进行基因编程，使其成为有功能的CAR-T细胞。CAR-T细胞被赋予了特异性，可以靶向成纤维细胞活化蛋白(FAP)，攻击活化成纤维细胞。
▲ 在生物体内编码T细胞，用于攻击成纤维细胞的示意图（图片来源：参考资料2）
这一mRNA疗法省略了“取出T细胞”的过程，仅需一次注射，就能直接在体内完成CAR-T细胞疗法，省事又省钱。
“瞬时”CAR-T解决安全风险
早在2019年，该研究团队就已在Nature发表了一项题为“Targeting cardiac fibrosis with engineered T cells”的研究，研究结果表明，在小鼠模型中，标准化CAR-T细胞疗法达到了治疗心脏衰竭的目的，当CAT-T细胞被改造成为靶向成纤维细胞表面表达的成纤维细胞活化蛋白时，可以减少心脏纤维化，并恢复心衰小鼠模型的心脏功能。
该研究的共同通讯作者Haig Aghajanian博士说：“尽管CAR-T细胞疗法的疗效强大，但是存在一个安全隐患——T 细胞通过逆转录病毒载体在体外与 CAR 编码基因整合，导致患者体内具有长期的CAR表达。根据对CAR-T疗法的临床治疗观察中发现，CAR-T细胞在一些患者体内持续存在了数年。”
成纤维细胞是人体内非常重要的一类细胞，参与伤口愈合过程。经过基因重编译的T细胞，会一直攻击成纤维细胞，并在人体内存活数月甚至数年。
在癌症治疗中，T细胞能够长期存在，这是一种持久性的优势，因为它能够提供更稳定持久的疗效。然而这一优势在治疗心肌纤维化时，反而是一种安全隐患。也就是说，CAR-T细胞的“持久性”使它持续发挥“抗纤维化”的作用，虽然改善了心脏功能，但也会影响伤口愈合。
➤ mRNA突破“持久性”难题
为了解决这个问题，Aghajanian 及其同事将目光投向了mRNA，这一次是为了获得更可控的 CAR-T 疗法。他们将脂质纳米颗粒（LNPs）设计为靶向T细胞的“直通车”，并将mRNA包装在内，LNP包裹着mRNA将其运往特定的T淋巴细胞。当LNP进入T细胞后，会释放出mRNA，对T细胞进行基因编程，使其成为为FAP靶向的CAR-T细胞。
通过使用LNP，研究人员将mRNA完全限制在细胞质内，使其无法进行基因组整合。同时，由于mRNA并未被整合到T细胞的DNA上，而是留存在胞质中，由于mRNA分子本身不稳定性，所以在细胞分裂的过程中，mRNA会被不断稀释，CAR-T细胞并不会持续存在。这也就解决了“持久性”的问题。
研究人员在注射两天后观察到患者体内出现抗FAP CAR-T细胞，而大约在一周后，这种CAR-T细胞的数量就已降低到无法检测到的水平。
在疗效方面，mRNA疗法去除了心力衰竭小鼠体内的大量纤维化细胞。这些动物还在射血分数和心脏重量等多个指标上表现出更好的心脏功能，这与 2019 年使用体外修饰的 CAR T 细胞的研究中观察到的结果一致。
▲ 图片来源：参考资料2
这意味着不必担心长期存在的CAR-T细胞抑制成纤维细胞带来的安全风险，也代表着研究人员克服了CAR-T细胞的“持久性”，完成瞬时抗纤维化，这也催化了“体内CAR-T疗法”的产生。
➤ mRNA疗法更具优势
传统 CAR-T 疗法需要大规模的制造基础设施和高成本的试剂。加利福尼亚大学洛杉矶分校的两位科学家在一篇社论中写道，无需将 T 细胞扩展到体外，基于纳米颗粒的 mRNA 疗法可以提供更具可扩展性、更经济的替代方案。
Aghajanian 说：“在目前的研究中，宾夕法尼亚大学的研究团队观察到治疗后，小鼠脾脏中几乎20%的T细胞呈FAP CAR阳性。如果人类的情况也是如此，即使在过继转移的CAR-T细胞完全扩增后，每次mRNA LNP治疗也将转化为一个或多个数量级的 CAR-T 细胞。”
两位加州大学洛杉矶分校的研究人员指出，更重要的是，mRNA转化的CAR疗法无需在过继转移之前进行毒性淋巴清除化疗。此外，LNP的使用允许人们使用抗体修饰载体，以增加靶向特异性。
Aghajanian说：“可能需要对递送系统进行一些优化，以限制在其他器官(如肝脏)的吸收，目前正在通过修改LNP的组成来研究这个问题。”
➤ mRNA疗法还需进一步优化
不过，研究人员表示这种mRNA疗法并非完全安全，他们指出，尽管间质纤维化有所改善，但mRNA治疗仍然留下了一些持续的FAP阴性血管周围纤维化。
Aghajanian 解释说：“间质纤维化会导致心脏僵硬，损害泵功能和舒张功能，导致心脏功能障碍。血管周围纤维化会影响氧气和营养交换，从而使心脏病恶化。”
Aghajanian补充道：“对血管周围纤维化缺乏影响至少表明了mRNA疗法对表达FAP的成纤维细胞的特异性。目前研究团队正在寻找导致这种类型纤维化的细胞上的特定靶抗原，以设计一种针对性的CAR。"
虽然该技术目前还处于动物试验阶段，研究人员还在测试这种基于mRNA的瞬时CAR - T细胞技术的可靠性，但希望这项技术能够成功步入临床，使更多的心衰乃至癌症患者受益。
参考资料：
1.https://www.fiercebiotech.com/research/mrna-shot-car-t-therapy-body-repair-heart-disease-damage-university-pennsylvania
2.Joel G. Rurik et al., CAR T cells produced in vivo to treat cardiac injury. Science (2022) DOI: 10.1126/science.abm0594