一剂科学 | 披荆斩棘的CAR-T细胞战士，是否也能修复你日渐僵硬的心​？

• 2022-05-14 06:57:15 来源：科普中国网

在被称为CAR-T细胞疗法的前沿癌症治疗方法中，患者的一些免疫细胞被提取并改造表达“CAR”受体，使细胞能够锁定并破坏癌细胞。通过在小鼠身上开发的一种新方法，现在研究人员可以在体内制造CAR-T细胞，而无需抽取和重新输注细胞，然后用于治疗一种和癌症完全不同的疾病。

在小鼠中，产生的CAR-T细胞靶向一种被称为成纤维细胞的伤口愈合细胞，从而减少了心脏疤痕组织的形成。相关的论文结果发表于《Science（科学）》杂志上。

论文封面

01：另辟蹊径

由于心脏无法再生失去的细胞，因此在心脏病发作或其他心脏损伤后，心脏成纤维细胞会形成一种疤痕，这对于维持心脏结构及其泵血能力至关重要。然而，过多的纤维化疤痕也会使心脏变得僵硬并影响心脏功能，这种疤痕是大多数心脏病的特征，会使心脏功能丧失，最终则可能会到达导致每年80万人死亡的心脏疾病终局——心力衰竭。

嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法是一种治疗癌症的新方法。研究人员提取患者的 T 细胞并对其进行改造，使其呈递能够识别癌细胞上特定互补抗原的受体。然后，将这些T细胞输回患者体内，以追踪并杀死癌细胞。自2017年以来，CAR-T细胞作为治疗药物已被批准用于一些白血病和淋巴瘤，目前还有许多针对实体瘤的临床试验正在进行中。

此前的临床应用已多次证明，CAR-T细胞疗法可以有效精准地杀灭癌细胞

宾夕法尼亚大学的黑格（Haig Aghajanian）认为，如果T细胞可以被设计为杀死某些癌细胞，那么它们也应该能被设计为攻击导致心脏僵硬和失去功能的细胞。“如果我们可以消除僵硬心脏中的成纤维细胞，也许能让僵硬的心脏更好地泵血，”黑格说。

黑格和乔纳森（Jonathan Epstein）先使用传统的方法在体外设计了CAR-T细胞，以靶向成纤维细胞活化蛋白（FAP），这是活化成纤维细胞上的一种表面抗原。结果发现，在患有心脏损伤的小鼠中，CAR-T细胞成功靶向杀伤活化的成纤维细胞并减少心脏纤维化。

FAPCAR-T细胞靶向心脏成纤维细胞的实验示意图

三组小鼠心脏冠状切片。纤维化部分被染为红色

然而，体外改造的CAR-T细胞在转移到患者体内后会持续存在数月。伤口的愈合需要活化的成纤维细胞，因此“如果针对成纤维细胞的CAR-T细胞持续存在，这会提高未来受伤的风险，”分子生物学家哈米德（Hamideh Parhiz）说。

02：适时收刀

为了生产出只在体内短暂活跃的CAR-T细胞，黑格和乔纳森与专门从事纳米药物靶向递送研究的德鲁（Drew Weissman）合作，利用了在新冠疫苗中已经成功应用的mRNA技术。

注射的mRNA让小鼠体内的T细胞自己产生嵌合抗原受体（CAR），靶向成纤维细胞上的FAP。与基于 mRNA的新冠疫苗类似，mRNA被包裹在脂质纳米颗粒中。研究人员通过用抗CD5（一种由T细胞天然表达的受体）的抗体修饰这些纳米颗粒，将这些纳米颗粒靶向T细胞。T细胞吸收mRNA并将其翻译成FAPCAR，但由于mRNA并不稳定，导致这种FAPCAR的生产只是暂时的。“在（脂质纳米颗粒）注射后大约24到48小时，我们可以在小鼠中发现15%~22%的FAPCAR阳性T细胞……然后水平逐渐下降，注射一周后， 已经找不到任何FAPCAR受体的表达。”

为了测试体内产生的CAR-T细胞的工作情况，研究人员向小鼠注入血管紧张素II和去氧肾上腺素以诱导高血压。在纤维化发生一周后，研究小组给小鼠注射了含有mRNA的脂质纳米颗粒。两周后对小鼠进行超声心动图评估，与心脏纤维化但未用CAR-T细胞治疗的对照组小鼠相比，它们的心脏功能有所改善。研究人员观察小鼠的心脏组织，发现心室中的疤痕组织减少了，CAR-T治疗组与健康对照组几乎难以区分。只有血管周围的疤痕组织还持续存在，因为造成这种血管纤维化的成纤维细胞不表达本次CAR-T细胞的目标FAP。

小鼠心脏纤维化三周，治疗两周后分析各项心脏能力

小鼠经组合后的M型超声心动图

“使用这种方法来靶向和重编程免疫细胞代表了心血管医学的创新应用，并为开发新疗法开辟了令人兴奋的机会，”科罗拉多大学的心脏研究人员罗纳德（Ronald Vagnozzi）和蒂莫西（Timothy McKinsey）评价道。

03：应用展望

分子生物学家杰弗里（Jeffery Molkentin）提到，这种方法“具有开创性，因为它是一种全新的治疗应用思考模式，将T细胞重定向来控制其他异常细胞的数量。显然，CAR-T技术对癌症治疗意义重大，但还只是个引子。”

哈米德成立了一家公司来开发一个用于重编程免疫细胞的平台，其目标是开发已有的CAR-T细胞疗法——而且不必为个体患者量身定制。哈米德说，从长远来看，mRNA 还可用于重新编程其他细胞类型，以实现更广泛的应用。例如，可以靶向mRNA重新编程内皮细胞，这可用于治疗急性呼吸窘迫综合征等损伤，这也是一种危及生命的肺部疾病，会由外伤、新冠肺炎等引起。

对于使用CAR-T细胞治疗心脏病，杰弗里警告说：“在人体环境中，尚不清楚小鼠试验是否足够告诉我们使用FAPCAR-T的长期后果”，包括CAR的潜在脱靶效应，这可能需要进一步进行临床试验。 而罗纳德和蒂莫西则指出，在这项研究中，CAR-T细胞疗法被应用疾病过程的早期。“重要的是要看看这种方法是否可用于治疗患有严重、稳定疤痕的心脏，或其他在治疗前纤维化可能已经持续数年的心脏病。” 他们指出，其中一个问题是从心脏中去除成纤维细胞具体会如何改变疤痕组织和心脏功能，因为“细胞外基质的细微变化也会对心脏的收缩和放松产生重大影响。

然而，杰弗里强调这种方法一定是“开创先河”，即：允许使用CAR-T细胞进行临时治疗。“在短时间，它仍然会像药物一样发挥作用。它产生的效果不会是不可逆的，但可以多次使用。”

可以预见，在经过这种CAR-T技术的“修剪”后，再结合干细胞对心肌细胞的再生作用，或许会产生对治疗心脏疾病的巨大医疗价值。不论如何，至少这场由CAR-T细胞技术参与的“免疫⾰命”的影响，很可能会超出肿瘤学，影响⼈类发病率和死亡率的最高的疾病之⼀——⼼脏病，这就已经足够撼动医疗方式的格局了。

参考资料：

[1] Rurik J G, Tombácz I, Yadegari A, et al. CAR T cells produced in vivo to treat cardiac injury[J]. Science, 2022, 375(6576): 91-96.

[2] Aghajanian H, Kimura T, Rurik J G, et al. Targeting cardiac fibrosis with engineered T cells[J]. Nature, 2019, 573(7774): 430-433.

[3] Ghosh A K, Chen D H, Guha A, et al. CAR T cell therapy–related cardiovascular outcomes and management: systemic disease or direct cardiotoxicity?[J]. JACC: CardioOncology, 2020, 2(1): 97-109.

排版：原能细胞-EAIS

编译：原能细胞-EAIS

监制：原能细胞-Julie

标签： 军事科技 科学原理

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