近來，浙江大學(xué)張進(jìn)團(tuán)隊(duì)在針對(duì)實(shí)體腫瘤治療的iPSC來源的表達(dá)嵌合抗原受體的巨噬細(xì)胞（CAR-macrophage）研究工作上取得了數(shù)項(xiàng)重要成果。北京時(shí)間2023年11月27日，張進(jìn)團(tuán)隊(duì)在Nature Immunology 上發(fā)表了題為“A second generation M1-polarized CAR macrophage with antitumor efficacy”的研究成果。該項(xiàng)工作設(shè)計(jì)了功能增強(qiáng)型的第二代誘導(dǎo)多能干細(xì)胞iPSC來源的工程化CAR-macrophage（CAR-iMAC），闡明了其抗原依賴性極化和激活，以及通過“胞葬”作用殺傷腫瘤的機(jī)制， 為CAR-iMAC應(yīng)用于實(shí)體腫瘤的免疫細(xì)胞治療提供了更加堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

實(shí)體腫瘤的有效治一直是困擾醫(yī)學(xué)界的重大難題之一。傳統(tǒng)的手術(shù)切除、放療和化療治療方式已經(jīng)不能應(yīng)付惡性程度較高的實(shí)體腫瘤。以CAR-T為代表的的免疫細(xì)胞療法雖然在血液腫瘤中展現(xiàn)出理想的效果，但受限于腫瘤浸潤(rùn)能力差、容易耗竭等因素，其在實(shí)體腫瘤的治療中顯得捉襟見肘。因此，針對(duì)實(shí)體腫瘤的免疫細(xì)胞療法也在呼喚更加“治之有效”的治療產(chǎn)品。

巨噬細(xì)胞因其對(duì)異常細(xì)胞和病原微生物等抗原的免疫清除功能，以及抗原呈遞和免疫調(diào)節(jié)方面的功能在體液免疫和細(xì)胞免疫過程中發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞占據(jù)某些類型實(shí)體腫瘤中浸潤(rùn)免疫細(xì)胞的40%以上，并對(duì)腫瘤微環(huán)境的塑造至關(guān)重要。因此，巨噬細(xì)胞成了針對(duì)實(shí)體腫瘤治療研究的最新選擇。然而，目前巨噬細(xì)胞應(yīng)用于實(shí)體腫瘤的治療依然面臨著諸多難題，如：腫瘤微環(huán)境中易于被極化為促癌的M2狀態(tài)；病人自體成熟巨噬細(xì)胞的基因編輯效率極低且制備周期長(zhǎng)；治療用細(xì)胞數(shù)量難以滿足臨床需求等。此外，如何賦予具有非特異性免疫功能的巨噬細(xì)胞靶向性抗腫瘤的能力繼而增強(qiáng)其治療效果，也是巨噬細(xì)胞抗實(shí)體腫瘤研究必須解決的問題。

基于以上問題，張進(jìn)團(tuán)隊(duì)從如何賦予巨噬細(xì)胞可控的M1極化和激活，以及解決其可靠來源問題著手展開了研究工作。該團(tuán)隊(duì)首先基于一系列嚴(yán)格的篩選創(chuàng)造性地將具有極化和激活巨噬細(xì)胞功能的Toll 樣受體4（TLR4）的胞內(nèi)TIR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域與第一代CAR中的CD3ζ信號(hào)結(jié)構(gòu)域通過串聯(lián)的形式構(gòu)建到靶向特定抗原的CAR的胞內(nèi)位置，繼而構(gòu)建了正交互補(bǔ)信號(hào)的第二代macrophage專屬CAR。借助其成熟的iPSC分化巨噬細(xì)胞（iMAC）平臺(tái)，團(tuán)隊(duì)分化得到了第二代CAR-iMAC。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，第二代CAR-iMAC相對(duì)于單一信號(hào)的CAR-iMAC展現(xiàn)出了顯著性增強(qiáng)的抗腫瘤功效。接受第二代CAR-iMAC治療的8只肝細(xì)胞癌小鼠中的6只得到完全的腫瘤消除。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）的荷瘤小鼠在治療后的生存期也得到了顯著性延長(zhǎng)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該工程化免疫細(xì)胞在極大地提升了靶向抗腫瘤功效的同時(shí)，也分泌了更高水平的TNF等抗腫瘤因子，并展現(xiàn)出了可觀的抗原呈遞能力和更強(qiáng)的抵御腫瘤免疫抑制性微環(huán)境“裹挾”的能力。這一結(jié)果也意味著第二代CAR-iMAC在抗腫瘤過程中可以維持更高水平、更長(zhǎng)時(shí)間的M1極化。單細(xì)胞測(cè)序結(jié)果證實(shí)與腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)的第二代CAR-iMAC實(shí)現(xiàn)了抗原依賴性的M1極化，呈現(xiàn)出典型的M1巨噬細(xì)胞表達(dá)譜。此外，在具有完整免疫系統(tǒng)的syngeneic荷瘤小鼠的抗腫瘤治療中，研究人員發(fā)現(xiàn)G2-CAR-BMDM（小鼠版的第二代CAR-iMAC）在發(fā)揮自身抗腫瘤功效并維持M1極化的同時(shí)，充分調(diào)動(dòng)了免疫微環(huán)境中的T細(xì)胞和NK細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了第二代CAR-iMAC促進(jìn)實(shí)體腫瘤由“冷腫瘤”向“熱腫瘤”轉(zhuǎn)變的構(gòu)想。

圖1. 第一代和第二代的T細(xì)胞CAR與巨噬細(xì)胞CAR。

在機(jī)制上，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)NF-κb/P65的核聚集介導(dǎo)了第二代CAR-iMAC的靶向M1極化和激活。阻止NF-κb/P65的入核顯著性地抑制了該免疫細(xì)胞的靶向殺傷功能。這一工作也證明了引入TIR而構(gòu)建的巨噬細(xì)胞專屬CAR的合理性和可行性。同時(shí)，該項(xiàng)工作揭示了第二代CAR-iMAC對(duì)抗實(shí)體腫瘤的作用機(jī)制（mechanism of action or MOA)，即通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，而后清除凋亡小體的“胞葬(efferocytosis)”途徑。

圖2. 第二代CAR-iMAC通過“胞葬”作用清除腫瘤細(xì)胞。

該團(tuán)隊(duì)一直致力于iPSC來源的CAR-iMAC抗實(shí)體腫瘤的研究工作，并深耕積累，構(gòu)建了一條系統(tǒng)性的研發(fā)路徑。

圖3. iPSC來源的CAR-iMAC研究軌跡。

該團(tuán)隊(duì)在2020年11月就在J Hematol Oncol 上發(fā)表了題為“Pluripotent stem cell-derived CAR-macrophage cells with antigen-dependent anti-cancer cell functions”的研究成果。

2023年9月11日，該團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院/醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院王本課題組合作，在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了題為“Targeted glycan degradation potentiates cellular immunotherapy for solid tumors”的研究論文。同月，團(tuán)隊(duì)又在Nature communications上發(fā)表了題為“Metabolic Reprogramming via ACOD1 depletion enhances function of human induced pluripotent stem cell-derived CAR-macrophages in solid tumors”的研究性論文。

該二代CAR-iMAC研究的第一作者是浙江大學(xué)的雷安華，余華（現(xiàn)任南昌大學(xué)PI）是文章的共同第一作者。浙江大學(xué)的張進(jìn)是該研究的通訊作者。研究受到了浙江大學(xué)陳家明教授、高志華教授、劉沖教授、劉志紅院士、黃河教授，上海交通大學(xué)楊選明教授，哈佛大學(xué)George Church以及加州大學(xué)圣地亞哥分校Dan Kaufman與Huang Zhu的大力支持。