【日本iPS细胞研究报告(十五)】京都大学篇:制出免疫治疗用抗癌T细胞

生命科学 2018年12月03日

2018年11月16日,京都大学iPS细胞研究所(CiRA)与国立研究开发法人日本医疗研究开发机构(AMED)发布新闻称,成功将人源iPS细胞(人工诱导多功能干细胞)改造成具有更强抗癌效果的细胞毒性T细胞,有望开发用于下一代细胞免疫疗法[1]。相关研究成果已经在线发表于11月15日的《Cell Stem Cell》[文献1](图1)。

iPS细胞制成细胞毒性T细胞技术

图1 iPS细胞制成细胞毒性T细胞技术 (图:《朝日新闻》)

近两年研究取得连续性突破、攻克多个肿瘤病种、深受医药领域内资本追捧,又加之10月份日本京都大学本庶 佑(Tasuku Honjo)教授和美国德州大学James P. Allison教授摘得2018年度诺贝尔生理学或医学奖桂冠[2],使得肿瘤免疫治疗一时间世界瞩目、家喻户晓。肿瘤免疫疗法也成为继外科手术、放射治疗和抗癌药物(传统化疗和靶向治疗)之后,人类对抗癌症的第四大法宝。目前免疫治疗主要有三个研究方向:免疫检查点(immune checkpoint)抑制剂、细胞治疗和肿瘤疫苗。其中细胞治疗的典型代表就是CAR-T(Chimeric Antigen Receptor T-cell therapy,嵌合抗原受体T细胞疗法)(图2)。

嵌合抗原受体T细胞疗法

图2 嵌合抗原受体T细胞疗法 (图:美国国家癌症研究院)

基于T细胞的细胞免疫疗法中,至为关键的一类细胞被称为细胞毒性T细胞(cytotoxic T cell, Tc; cytotoxic T lymphocyte, CTL; T-killer cell; Cytolytic T cell; CD8+ T-cell; killer T cell),是随时监控并可以杀死癌变或被感染细胞的T细胞。T细胞表面的T细胞受体(T-cell receptors, TCRs) 负责识别由主要组织相容性复合体(MHC)所呈递的抗原,并在协同受体(Co-receptors)的强化辅助下与之结合。CD8是细胞毒性T细胞的表面标志性分子(Cell-surface marker),相对应地,辅助T细胞(Helper T cell)的主要表面标志性分子是CD4。T细胞在胸腺里发育成熟前,会经历一个比较关键的CD4和CD8同时表达的阶段,被称为双阳性(Double positive, DP)T细胞(CD4+CD8+)。在经过正(positive selection)、反向选择(negative selection)后,双阳性T细胞才会成熟成为单阳性(single positive, SP)的细胞毒性T细胞(CD8+)或者辅助T细胞(CD4+)。

细胞毒性T细胞增殖困难和杀伤力衰减是目前肿瘤疗法的困境之一。所以利用患者已经衰弱的细胞毒性T细胞制作成iPS细胞,体外再度分化成保留原抗原识别特性的充满杀伤力的复壮细胞毒性T细胞(Rejuvenation),然后规模培养后重新回输到患者体内,就可以有效地增强患者免疫系统抗击肿瘤细胞的能力(Nishimura T, Kaneko S et al., 2013, Cell Stem Cell)(图3)。

《Cell Stem Cell》图解iPS细胞免疫疗法

图3 《Cell Stem Cell》图解iPS细胞免疫疗法

要获得高质量的复壮细胞毒性T细胞,就必须先诱导回其前体—双阳性T细胞阶段。但是随之而来的一个棘手问题,就是双阳性T细胞成熟为细胞毒性T细胞时会出现T细胞受体重建(rearrangement)现象,由此导致原有的抗原特异性消失。京都大学iPS细胞研究所金子新准教授和南川淳隆研究生的团队,此次研究中采用目前流行的CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat)基因编辑技术,将受体重建的关键重组酶进行基因敲除。最终将原有T细胞受体的固化,实现了T-iPSCs(induced Pluripotent Stem Cells derived from antigen-specific T cells)向保留原有抗原特异性的细胞毒性T细胞的成功转化(图4)。

iPS细胞免疫疗法技术概要

图4 iPS细胞免疫疗法技术概要

考虑到将来临床应用中的时效性及经济性,研究团队除了对上述患者自体来源T细胞制作的iPS细胞展开研究外,还同时探讨了如何将现有HLA(Human Leukocyte Antigen)纯合子iPS细胞库用于细胞免疫疗法的问题。京都大学CiRA基础技术研究部正在实施的再生医疗用iPS细胞库项目,通过健康志愿者提供的不易引起排斥反应的HLA纯合子细胞,利用细胞制备设施(FiT:Facility for iPS Cell Therapy)提前制备出高品质的医疗用iPS细胞库,待国内外医疗机构或研究院所需要时可以迅速提供,旨在整体减少相关医疗或研究的准备时间和成本(图5)。本次研究团队,将抗原特异性序列通过逆转录病毒载体转导到细胞库中的异体iPS细胞,也最终成功制成了具有相同抗原特异性的细胞毒性T细胞。

再生医疗iPS细胞库项目概要

图5 再生医疗iPS细胞库项目概要 (图:京都大学官网)

本次研究中,两种不同路径获得的抗原特异性细胞毒性T细胞,加强升级的抗肿瘤效果都在模式小鼠中得到了验证。下步期待iPS细胞由来的T细胞最终能在细胞免疫疗法中得到推广应用,早日走进临床。

供稿 宋傑 东京大学博士

相关文献:
1. Minagawa et al., Enhancing T Cell Receptor Stability in Rejuvenated iPSC-Derived T Cells Improves Their Use in Cancer Immunotherapy, Cell Stem Cell (2018), https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.10.005

相关链接:
1. 日本医疗研究研发机构新闻稿 [网址]
2. 2018年诺贝尔生理学或医学奖 [网址]

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