靶向衰老细胞的CAR T细胞可逆转细胞衰老相关病理过程

细胞衰老(Cellular senescence)是机体生理或病理过程中常见的现象,其特征是细胞表现出稳定性的细胞周期停滞以及分泌系列分子调节组织微环境正常生理过程中,细胞衰老可阻止癌前细胞的扩增从而抑制肿瘤的发生并且在伤口愈合过程中也具有有益作用。病理状况下,衰老细胞的异常聚集则会产生炎症性微环境从而导致慢性组织损伤,进一步加重许多疾病的进展,例如,肝脏和肺的纤维化,动脉粥样硬化,糖尿病和骨关节炎等。相应的,清除受损组织中的衰老细胞,则可缓解相应的病理症状甚至提高患者生存情况。一直以来,人们对于开发特异性靶标衰老细胞的药物(‘senolytic’ agents),进而选择性消除衰老细胞具有很大的兴趣。目前也有几个小分子表现出裂解衰老细胞的能力,但是大多数的效果不理想且具有较强的副作用

 

2020年6月16日,来自美国Memorial Sloan Kettering Cancer Center的Scott W. Lowe和Michel Sadelain团队在Nature上发表题为Senolytic CAR T cells reverse senescence-associated pathologies的文章,通过设计选择性靶向衰老细胞的嵌合抗原受体T细胞chimeric antigen receptor (CAR) T cells,发现其在体内外都具有良好的特异性裂解衰老细胞的能力,在衰老相关病理小鼠模型中也有不错的治疗效果。
 

干细胞疗法

 

鉴于肿瘤免疫治疗CAR T细胞疗法能特异性靶向肿瘤细胞并将其消灭,研究团队便将这一策略应用于靶向裂解衰老细胞中。研究人员首先寻找在衰老细胞表面特异性广泛上调表达的蛋白。研究人员首先建立了三个独立的衰老模型:在KrasG12D; p53−/−小鼠肺腺癌细胞中由MEK抑制剂联合CDK4/6抑制剂诱导的衰老;在小鼠肝脏细胞中由NrasG12V原癌基因诱导的衰老;以及小鼠肝星状细胞中由培养诱导的衰老。通过RNA-Seq比较不同模型中的衰老细胞的转录组学数据,研究人员发现了8个转录本,其编码的蛋白在三个衰老模型细胞膜上都具有较高表达量。同时考虑到CAR T细胞的理想靶抗原是在靶标细胞中特异性表达而在其他组织中没有表达。进一步比较这些转录本在衰老细胞和非衰老细胞中的表达,研究人员发现了PLAUR,其编码尿激酶型纤溶酶原激活物受体(urokinase-type plasminogen activator receptor,uPAR)是一个符合条件的靶标。随后通过流式以及免疫荧光等方式,研究人员在体外诱导衰老细胞模型以及体内四氯甲烷诱导肝纤维化模型中,都发现衰老诱导导致uPAR阳性细胞比例上升以及血清中可溶性uPAR (suPAR) 水平上升。衰老相关疾病病人组织中的uPAR表达升高。总之,这些结果表明uPAR可作为衰老细胞表面和分泌的生物标志物,也是靶向衰老细胞的CAR T疗法的不错候选靶标。

 

接下来,研究人员通过将抗鼠uPAR的单链可变片段和人CD28和CD3ζ信号结构域连接,转导入人T细胞中,构建了m.uPAR-h.28z CAR T细胞,和人抗CD19特异性CAR T细胞(h.19-h.28z)相比,m.uPAR-h.28z CAR T细胞对m.uPAR表达细胞以及衰老细胞都具有很好的选择性以及有效的裂解衰老细胞能力。在免疫缺陷小鼠中构建NrasG12V原癌基因诱导的衰老模型,m.uPAR-h.28z CAR T细胞也能有效靶向裂解衰老细胞。为在免疫健全环境中评估抗uPAR CAR T细胞靶向衰老细胞的能力,研究人员构建了一个完全鼠源的CAR T细胞(m.uPAR-m.28z CAR T细胞)。m.uPAR-m.28z CAR T细胞在体外也具有很好选择性靶向裂解uPAR表达细胞以及衰老细胞的能力。在CCl4诱导的小鼠肝纤维化体内模型中,和对照相比m.uPAR-m.28z CAR T细胞治疗组肝脏中有更少的衰老细胞且纤维化的程度更低,病理症状的改善和回输的T细胞的聚集相关,血液生化指标也显示m.uPAR-m.28z CAR T治疗组肝脏损害的减轻。同时,在CAR T的有效治疗剂量下,没有出现相关的毒性和副作用。随后,研究人员还发现m.uPAR-m.28z CAR T细胞治疗也能减弱小鼠非酒精性脂肪性肝炎引起的肝纤维化并改善肝脏的功能。

 

总之,本研究发现uPAR是在衰老细胞表面被诱导表达的生物标志物,靶向uPAR的CAR T细胞能在体内和体外消除衰老细胞,为今后治疗衰老相关的疾病提供新的方向。