近幾年，癌症免疫治療取得了驚人的進步，改變了癌症治療的進程。使用嵌合抗原受體（CAR）T細胞（CAR-T）進行的過繼性T細胞癌症療法可通過靶向CD19根除復發/難治性B細胞淋巴瘤或B淋巴細胞白血病。儘管靶向CD19 CAR-T療法取得了令人矚目的成就，但這項成功尚未應用到其他類型的癌症中，例如5年生存率低下的急性髓系白血病（AML）。除其他因素外（例如微環境的抑制），擴大CAR-T細胞應用的障礙通常是缺乏單克隆抗體（mAb）的選擇。
關鍵點
STAR系統的建立是為了生成可與CAR-T細胞相容的納米抗體（Nb）以及個別腫瘤相關抗原（TAA）。
STAR分離的CD13納米抗體和TIM3抗體重新定向了雙特異性和split CAR-T細胞，使之可以根除臨床前模型中的AML細胞。
研究背景
化療耐藥的AML具有高度侵襲性，且預後較差，需要新的治療方法。靶向CD33（細胞表面凝集素）和CD123（IL-3受體的一個亞基）的CAR-T細胞已在AML患者中進行測試，但由於其對造血幹細胞（HSC）和其他正常組織的副作用而終止。
近期，研究人員開發了一種順序腫瘤選擇性抗體和抗原提取(Sequentially Tumor-Selected Antibody and Antigen Retrieval，STAR)系統，能夠快速分離優先結合AML細胞並賦予CAR-T細胞抗AML功效的多個納米抗體（Nb）。STAR分離的Nb157能夠特異性結合CD13（在AML細胞中高表達），CD13 CAR-T細胞可在體內和體外有效地清除AML細胞。
TIM3是一種免疫抑制受體，在大多數人AML白血病幹細胞（LSC）中高度表達，而在HSC中卻不是。在臨床前模型中，靶向CD13（STAR分離的）和MIT3的CAR-T細胞可以根除人源異種移植物（PDXs）中的AML，且對人類HSC的毒性大大降低。
研究方法
先用白消安（Busulfex，30 mg/kg）對NSG小鼠進行預處理（24小時），然後通過尾靜脈給小鼠注射2 x 107患者來源（PD）AML細胞。兩週後，將CAR-T細胞或未轉導（UTD）T細胞注射到小鼠體內。根據方案，在試驗終點對受體小鼠進行安樂死，並收集股骨、脾臟和肝臟，然後通過蘇木精-伊紅染色進行組織學分析。當瀕死或後肢癱瘓時，根據方案，也對小鼠實施安樂死。具體操作如下圖。
研究結果
體外研究結果
為了確定STAR分離的Nb是否可以引導CAR-T細胞殺死靶向腫瘤細胞，研究者將這些Nb CAR轉導到活化的原代人T細胞中（下圖A）。在細胞毒性試驗中，UTD T細胞未引起明顯的細胞毒性（下圖B-D）；而Nb157 CAR-T細胞能有效殺死THP-1細胞，但不能殺死K562或Jurkat細胞（下圖B、D）。同樣，Nb163、Nb176和Nb393 CAR-T細胞也特異性殺死THP-1細胞（下圖C）。
研究者還發現，THP-1細胞，而不是K562細胞，能夠特異性刺激Nb157和Nb163 CAR-T細胞釋放細胞因子，包括腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和干擾素-γ（IFN-γ）（下圖E- F）。此外，THP-1細胞特異性誘導CAR-T細胞脫顆粒，這一點體現於細胞表面CD107a的增加（下圖G），而且還特異性誘導Nb157和Nb163 CAR-T細胞增殖（下圖H-K）。總之，這些發現表明，Nb157和Nb163 CAR-T細胞被AML細胞特異性激活、增殖、釋放細胞因子並脫顆粒以殺死AML細胞。具體如下圖。
體內研究結果
為了確定Nb CAR-T細胞是否在體內抑制AML，研究者將THP-1細胞移植到NSG小鼠皮下，然後用Nb157 CAR-T細胞、Nb163 CAR-T細胞或UTD T細胞進行處理。注射UTD T細胞的小鼠其腫瘤呈指數增長；但是注射Nb157或Nb163 CAR-T細胞小鼠的腫瘤無法充分生長，最終消退（下圖A-B）。組織學研究表明，UTD T細胞治療組中的腫瘤包含大量的腫瘤細胞，但是Nb CAR-T細胞根除了癌細胞，並在腫瘤部位留下了纖維化組織（下圖C）。其他具體結果如下圖。
研究者開發了結合雙特異性和split CAR的（BissCAR）T細胞系統，可有效殺死CD13+ TIM3+ LSC，同時降低對僅表達CD13的正常細胞的影響（下圖A）。靶向CD13和TIM3的Biss CAR-T細胞能夠根除體內的AML異種移植物和AML患者來源移植物，具體結果如下圖。
靶向CD13和TIM3 Biss CAR-T細胞在體內對HSC的毒性有所減低，具體結果如下圖。
結論
該研究建立了一個技術平臺—STAR系統，該系統可同時分離出多種腫瘤選擇性且與CAR相容的納米抗體。靶向CD13和TIM3的BissCAR-T細胞可根除患者來源的AML細胞，而且對人骨髓幹細胞和小鼠模型的外周髓系細胞的毒性大大減弱，可能是開發有效的AML CAR-T細胞療法的一種有前途的方法。該研究加速了CAR-T細胞介導的免疫療法的發展。
參考文獻：Xin He, Zijie Feng, Jian Ma, et al. Bispecfic and split CAR T cells targeting CD13 and TIM3 eradicate acute myeloid leukemia. Blood. 2020; 135(10): 713-723.
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