嵌合抗原受體T細(xì)胞（CAR-T）療法通過對腫瘤殺傷性T細(xì)胞進行基因工程化改造，使其能夠特異性靶向結(jié)合腫瘤細(xì)胞表面抗原，提升腫瘤細(xì)胞清除效果。CAR-T療法的發(fā)展日新月異，在抗B細(xì)胞惡性腫瘤的臨床應(yīng)用方面取得了成功。盡管如此，細(xì)胞因子釋放綜合征（CRS）作為CAR-T療法的一個常見急性副作用，大大削弱了其為患者帶來的益處。
CRS的發(fā)生率因CAR-T治療所針對的癌癥類型而異，一般來說，患者的癌癥范圍越廣，接受的CAR-T細(xì)胞就會越多，CRS就越有可能發(fā)生。據(jù)報告，總體上有37%–93%的淋巴瘤患者和77%–93%的白血病患者出現(xiàn)了CRS。
CRS是由急性炎癥反應(yīng)觸發(fā)的，其特征是與血清細(xì)胞因子升高相關(guān)的發(fā)熱、低血壓和呼吸功能不全。盡管巨噬細(xì)胞被報道參與了CAR-T細(xì)胞治療的人源化小鼠模型CRS的發(fā)病機制，但觸發(fā)CRS的機制尚不清楚。
近期，由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院的黃波博士帶領(lǐng)的研究團隊，解鎖CAR-T細(xì)胞引發(fā)“細(xì)胞因子風(fēng)暴”全過程，揭示了CAR-T療法中CRS的發(fā)生機制，提出預(yù)防CRS的潛在方案。相關(guān)研究成果于1月17日發(fā)表在 Science Immunology 上 [1]。
圖片來源：Science Immunology [1]
首先，為了弄清細(xì)胞因子釋放綜合征是如何產(chǎn)生的，研究人員觀察了從B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血?。˙-ALL）患者中分離的CD19+原發(fā)性白血病細(xì)胞與靶向CD19的CAR-T細(xì)胞共培養(yǎng)時的反應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)CAR-T細(xì)胞引發(fā)了CD19+白血病細(xì)胞焦亡?！凹?xì)胞會腫脹，你可能會在它們死亡時，看到氣泡從中爆裂?！秉S波博士說道。
知識卡：細(xì)胞焦亡，又稱細(xì)胞炎性壞死，是一種程序性細(xì)胞死亡，表現(xiàn)為細(xì)胞不斷脹大直至細(xì)胞膜破裂，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物的釋放進而激活強烈的炎癥反應(yīng)。相比于細(xì)胞凋亡，細(xì)胞焦亡發(fā)生的更快，并會伴隨著大量促炎癥因子的釋放。
進一步研究揭示，CAR-T細(xì)胞能釋放一種叫做穿孔素的蛋白質(zhì)，在腫瘤細(xì)胞膜上打孔，讓另一種因子——顆粒酶B進入靶標(biāo)腫瘤細(xì)胞，進而激活caspase 3-gasdermin E（GSDME）通路，引起細(xì)胞焦亡。而細(xì)胞焦亡相關(guān)因子能促進巨噬細(xì)胞gasdermin D（GSDMD）裂解，導(dǎo)致細(xì)胞因子的釋放和隨后的CRS。
接下來，研究人員通過小鼠模型證明了GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡在體內(nèi)觸發(fā)了由CAR-T細(xì)胞治療引起的CRS。同時，在這些小鼠中，他們發(fā)現(xiàn)敲除GSDME、破壞巨噬細(xì)胞或阻斷激活GSDMD的酶均可預(yù)防CRS。
不過，CAR-T細(xì)胞可以利用穿孔素和顆粒酶B誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞焦亡，天然腫瘤特異性T細(xì)胞也可以利用相同的穿孔素和顆粒酶B機制攻擊靶細(xì)胞，但后者導(dǎo)致的是腫瘤細(xì)胞凋亡而不是焦亡，這是為什么呢？
研究人員進一步探索，得出的答案是：1）CAR-T細(xì)胞比天然腫瘤特異性T細(xì)胞釋放的穿孔素/顆粒酶B的數(shù)量更多、親和力更高。2）天然腫瘤特異性T細(xì)胞只誘導(dǎo)少量GSDME裂解，且不激活GSDMD。
后，為了進一步驗證這些結(jié)果，研究人員分析了在CD19-CAR-T細(xì)胞治療前從11名患者中分離出的原發(fā)性B-ALL癌細(xì)胞中的GSDME水平。他們發(fā)現(xiàn)，盡管來自患者的白血病細(xì)胞普遍表達GSDME（下圖N），但GSDME水平與CRS嚴(yán)重性正相關(guān)（下圖O）。
（N）從B-ALL患者（n=11）中分離的原發(fā)性白血病B細(xì)胞的GSDME Western blot分析。（O）GSDME表達與CRS等級的相關(guān)性（n=11）。圖片來源：Science Immunology [1]
此外，研究還發(fā)現(xiàn)CRS患者的三磷酸腺苷（ATP）遠(yuǎn)高于健康志愿者，血液乳酸脫氫酶（LDH）水平與CRS的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。
這些結(jié)果一致證明，由CAR-T細(xì)胞治療引起的白血病細(xì)胞焦亡在患者中觸發(fā)了CRS。
總結(jié)來說，該研究揭示了CAR-T療法中CRS的發(fā)生機制，以及CAR-T細(xì)胞與天然腫瘤特異性T細(xì)胞引起的細(xì)胞死亡類型差異的原因，并且發(fā)現(xiàn)對CRS發(fā)生的多個環(huán)節(jié)進行干預(yù)均能阻斷炎癥風(fēng)暴的發(fā)生，這為接下來的CAR-T療法優(yōu)化提出了潛在方案。
注：原文有刪減
相關(guān)論文：
[1] Yuying Liu et al. Gasdermin E-mediated target cell pyroptosis by CAR-T cells triggers cytokine release syndrome. Science Immunology (2019).
參考資料：
1# Side Effect of CAR-T Therapy Caused by Pyroptosis: Mouse Study（來源:TheScience）
2# Deciphering a cancer treatment’s dark side（來源: Science）
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