上海交通大学医学院附属瑞金医院/国家转化医学研究中心医学基因组学国家重点实验室团队在 Nature 旗下综合性科学期刊 Scientific Reports 发表文章“Transgenic expression of IL‑7 regulates CAR‑T cell metabolism and enhances in vivo persistence against tumor cells”，发现在CAR结构设计中引入IL-7，增强了CAR-T细胞的持久性，并诱导CAR-T细胞治疗后的持久缓解。

研究背景

CAR-T细胞治疗已成为一种有前途的新治疗方法。然而，CAR-T细胞治疗的原发性和继发性耐药在各种临床试验中普遍存在。在随访中，30–50%的患者在获得缓解后可能会复发。大多数关于CAR-T细胞治疗耐药机制的研究都指向抗原丢失、CAR-T细胞功能障碍和缺乏CAR-T细胞持续性。因而有必要改进CAR结构设计以克服这些限制，从而临床效益，如通过优化抗原识别和结合域、共刺激域、通过靶向多种抗原克服抗原逃逸以及用组成性表达的细胞因子武装CAR。在本研究中，作者在靶向CD19抗原的CAR-T细胞转基因中结合CD28共刺激信号结构域和IL-7，利用质谱流式（CyTOF）和IsoPlexis CodePlex 检测在体外和体内研究将IL-7引入到CAR构建对CAR-T细胞抗肿瘤反应的影响。

图1. 常规28z-CAR-T 和 28z/IL-7-CAR-T的载体示意图

研究方法

作者利用体外肿瘤激发模型研究分泌IL-7的CAR-T细胞的行为和对肿瘤细胞的疗效。通过杀伤实验和IsoPlexis CodePlex芯片检测了NT T(non-transduced T)细胞、28z-CAR-T细胞和28z/IL-7-CAR-T细胞与肿瘤细胞共培养时释放到上清中的细胞因子谱。

CodePlex 采用微流控芯片和抗体条形码技术，实现对细胞培养上清、血清、血浆、脑脊液、肺泡灌洗液等液体样本中多重细胞因子的自动化定量检测。

CodePlex与传统检测相比，具有以下优势：

• 全自动检测和定量分析，手工加样操作时间不超过5min

• 样本体积小，仅需5.5ul/孔，11ul/样本（2个复孔）

• 通量高、速度快，同时检测达22个因子/样本，8样本/芯片

图2. CodePlex 群组多重因子定量分析芯片和试剂

研究结果

CodePlex对整体细胞因子分泌谱的评估显示，28z-CAR-T细胞和28z/IL-7-CAR-T细胞均产生Th1细胞因子和Th2细胞因子，分别包括TNF-α、IFN-γ，以及IL-4、IL-5和IL-13，表明CD4+CAR-T细胞主要由Th1和Th2细胞组成。

为了对CAR-T细胞中的细胞因子谱进行的比较评估，对具有相似细胞因子谱的样本进行了PCA图聚类，发现：

• NT T(未转导)细胞对肿瘤细胞没有反应，因为它们不表达任何识别肿瘤细胞上同源抗原的受体。

• 仅28z和28z/IL-7 CAR-T细胞在基线时表现出类似的细胞因子谱，很可能继发于强直性CAR信号。

• 在存在肿瘤细胞的情况下，28z和28z/IL-7 CAR-T细胞显示出类似的细胞因子表达谱，与静息的CAR-T细胞的细胞因子谱不同。

• IL-7分泌也被检测为28z/IL-7 CAR-T细胞的一个显著特征，不论肿瘤细胞是不是存在。

图3. 点图显示NT T、28z-CAR-T和28z/IL-7-CAR-T细胞在用或不用Raji细胞共培养后产生的细胞因子，点大小表示细胞因子浓度的log10转化值

图4. 对NT T、28z-CAR-T和28z/IL-7-CAR-T细胞的细胞因子谱进行PCA分析

研究结果表明，28z/IL-7 CAR-T细胞表现出与28z CAR-T细胞相当的细胞因子反应，但具有的持久性能力。T细胞需要具有有效的代谢能力，以产生持久的能量供应，实现更有效的免疫应答，并根据其分化和记忆状态激活不同的代谢途径。通过深入分析，发现IL-7将CAR-T细胞维持在分化程度较低的T细胞状态，调节不同的代谢活动，防止CAR-T细胞耗竭，这可能是CAR-T细胞维持其代谢适应性和抗肿瘤反应的关键。该发现为利用IL-7信号调节和代谢重编程T细胞功能提供了临床依据。

参考文献：

Li, L., Li, Q., Yan, ZX. et al. Transgenic expression of IL-7 regulates CAR-T cell metabolism and enhances in vivo persistence against tumor cells. Sci Rep 12, 12506 (2022).