《Regenerative Therapy》:Immune synapse molecules knockout in induced pluripotent stem cells enables broad NK cell resistance in T cell progeny
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本研究針對(duì)異體iPSC來源T細(xì)胞(iT細(xì)胞)療法面臨的NK細(xì)胞免疫排斥難題,提出了一種創(chuàng)新策略。研究人員在已構(gòu)建的低免疫原性iPSC平臺(tái)(B2MKOCIITAKOPVRKO結(jié)合HLA-E過表達(dá))基礎(chǔ)上,通過CRISPR/Cas9技術(shù)雙敲除免疫突觸關(guān)鍵黏附分子CD54(ICAM-1)和CD58(LFA-3),成功獲得能抵抗多種NK細(xì)胞亞群攻擊的iT細(xì)胞。體外實(shí)驗(yàn)顯示dKO iT細(xì)胞對(duì)IL-15激活的NK細(xì)胞殺傷具有顯著抗性,小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其持久性增強(qiáng)。該研究為開發(fā)通用型細(xì)胞療法提供了新思路。
在細(xì)胞治療領(lǐng)域,異體誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSC)來源的T細(xì)胞(iT細(xì)胞)被譽(yù)為"現(xiàn)貨型"療法的希望之星,然而這顆新星在臨床應(yīng)用的天空中卻始終被一片名為"免疫排斥"的烏云所籠罩。當(dāng)來自他人的iT細(xì)胞進(jìn)入患者體內(nèi),患者免疫系統(tǒng)會(huì)因人類白細(xì)胞抗原(HLA)不匹配而將其視為異物展開攻擊。特別是當(dāng)科學(xué)家們通過基因編輯敲除β2微球蛋白(B2M)等分子來隱藏細(xì)胞身份以躲避T細(xì)胞攻擊時(shí),卻意外觸發(fā)了自然殺傷(NK)細(xì)胞的"缺失自我"反應(yīng)機(jī)制——這些免疫哨兵會(huì)將缺乏HLA-I類分子的細(xì)胞判定為異常細(xì)胞而格殺勿論。
面對(duì)這一困境,研究團(tuán)隊(duì)曾嘗試多種策略,如過表達(dá)HLA-E來抑制NKG2A+NK細(xì)胞,或敲除PVR以避免DNAM-1識(shí)別。然而,NK細(xì)胞群體的高度異質(zhì)性使得這些針對(duì)特定受體的策略難以提供全面保護(hù)。單個(gè)供體的NK細(xì)胞可能表現(xiàn)出多達(dá)6000種不同表型,這種驚人的多樣性讓"一招鮮"的免疫逃逸策略舉步維艱。
正是在這一背景下,京都大學(xué)Shin Kaneko實(shí)驗(yàn)室的張靜等研究人員獨(dú)辟蹊徑,將目光從傳統(tǒng)的受體-配體互作轉(zhuǎn)向了免疫突觸這一更為根本的細(xì)胞接觸界面。他們?cè)O(shè)想:如果無(wú)法完全"安撫"多樣化的NK細(xì)胞,是否可以通過破壞它們與靶細(xì)胞之間的"握手"過程來實(shí)現(xiàn)更廣泛的保護(hù)?這一創(chuàng)新思路催生了題為《免疫突觸分子敲除在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞中使T細(xì)胞后代獲得廣譜NK細(xì)胞抗性》的重要研究,發(fā)表于《Regenerative Therapy》期刊。
關(guān)鍵技術(shù)方法
研究團(tuán)隊(duì)從已建立的低免疫原性iPSC系( B2MKOCIITAKOPVRKOHLA-EO/E)出發(fā),通過CRISPR/Cas9系統(tǒng)靶向敲除CD54和CD58基因,經(jīng)流式細(xì)胞術(shù)和Sanger測(cè)序驗(yàn)證后,利用Notch信號(hào)通路引導(dǎo)的定向分化 protocol 獲得iT細(xì)胞。功能評(píng)估包括:體外與健康志愿者來源的NK細(xì)胞共培養(yǎng)檢測(cè)細(xì)胞毒性,CD107a脫顆粒實(shí)驗(yàn)評(píng)估NK細(xì)胞活化,流式細(xì)胞術(shù)分析免疫突觸形成;體內(nèi)采用hIL-15轉(zhuǎn)基因NSG小鼠模型,通過生物發(fā)光成像觀察iT細(xì)胞持久性。
3.1. 親本低免疫原性iT細(xì)胞未能逃逸NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性
研究人員首先評(píng)估了已建立的低免疫原性iT細(xì)胞平臺(tái)的免疫逃逸能力。令人驚訝的是,盡管這些細(xì)胞具有B2M/CIITA/PVR敲除和HLA-E過表達(dá)的多重修飾,在與靜止NK細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間共培養(yǎng)72小時(shí)后,仍出現(xiàn)了超過40%的裂解。更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)來自細(xì)胞因子激活的NK細(xì)胞:在IL-7+IL-15激活條件下,NK細(xì)胞在48小時(shí)內(nèi)清除了80%以上的iT細(xì)胞。流式分析顯示,雖然抑制性受體NKG2A(CD159a)在NK細(xì)胞上普遍表達(dá),表明HLA-E過表達(dá)可能發(fā)揮了一定抑制作用,但激活受體DNAM-1的表達(dá)存在供體間變異,且PVR敲除可能同時(shí)削弱了TIGIT介導(dǎo)的抑制信號(hào)。這些結(jié)果揭示了現(xiàn)有HLA導(dǎo)向策略的局限性,特別是在炎癥細(xì)胞因子豐富的移植微環(huán)境中。
3.2. 整合受體-配體分析確定CD54、CD58為iT細(xì)胞中的靶點(diǎn)
研究團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)變思路,聚焦于免疫突觸形成這一更基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。他們發(fā)現(xiàn),NK細(xì)胞表面表達(dá)CD54的配體LFA-1和CD58的配體CD2的比例均超過95%,表明這兩個(gè)通路在NK細(xì)胞中高度保守。與此同時(shí),親本iT細(xì)胞持續(xù)高表達(dá)CD54和CD58,為NK細(xì)胞識(shí)別提供了分子基礎(chǔ)。這一發(fā)現(xiàn)為通過干擾免疫突觸形成來實(shí)現(xiàn)廣譜NK細(xì)胞逃逸提供了理論依據(jù)。
3.3. 生成黏附分子修飾的iPSC
利用CRISPR/Cas9技術(shù),團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了CD54單敲除(CD54KO)、CD58單敲除(CD58KO)和雙敲除(dKO)的iPSC系。通過流式細(xì)胞術(shù)和基因測(cè)序驗(yàn)證了靶向效率,確認(rèn)了蛋白水平的敲除效果。
3.4. dKO iPSC成功分化為iT細(xì)胞
分化實(shí)驗(yàn)表明,CD54/CD58雙敲除不影響iPSC向T細(xì)胞譜系的分化能力。第21天的CD4+CD8+雙陽(yáng)性細(xì)胞比例和數(shù)量與親本組無(wú)顯著差異。經(jīng)過OKT3刺激和體外擴(kuò)增后,dKO組也能正常產(chǎn)生CD8αβ+T細(xì)胞,且擴(kuò)增倍數(shù)與親本相當(dāng)。重要的是,dKO iT細(xì)胞經(jīng)CD19嵌合抗原受體(CAR)修飾后,對(duì)Nalm6、Raji等靶細(xì)胞的殺傷活性未受影響,證明其效應(yīng)功能完好。
3.5. dKO iT細(xì)胞通過損害免疫突觸形成在體外和體內(nèi)逃逸NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性
功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)了研究假設(shè):與親本iT細(xì)胞近80%的被殺傷率相比,dKO iT細(xì)胞僅顯示約30%的細(xì)胞毒性。機(jī)制研究表明,NK細(xì)胞與dKO iT細(xì)胞共培養(yǎng)后,CD107a表達(dá)顯著降低,表明NK細(xì)胞脫顆粒反應(yīng)減弱。更關(guān)鍵的是,流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)顯示NK細(xì)胞與dKO iT細(xì)胞的結(jié)合率明顯下降,證明免疫突觸形成受阻。小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了這一效果:在hIL-15轉(zhuǎn)基因NSG模型中,與NK細(xì)胞共注射的親本iT細(xì)胞在2天內(nèi)幾乎被完全清除,而dKO iT細(xì)胞在第7天仍能檢測(cè)到顯著信號(hào),其存活率與無(wú)NK細(xì)胞對(duì)照組相當(dāng)。
研究結(jié)論與意義
該研究通過靶向免疫突觸形成而非單個(gè)NK細(xì)胞受體通路,提出了一種創(chuàng)新且廣譜的免疫逃逸策略。CD54/CD58雙敲除有效破壞了NK細(xì)胞與靶細(xì)胞間的物理接觸界面,從而克服了NK細(xì)胞受體異質(zhì)性帶來的挑戰(zhàn)。這種"結(jié)構(gòu)免疫逃逸"策略與現(xiàn)有的HLA導(dǎo)向方法形成互補(bǔ),為開發(fā)真正意義上的通用型iT細(xì)胞療法提供了新范式。
盡管該策略在增強(qiáng)存活方面表現(xiàn)突出,研究者也指出需關(guān)注黏附分子缺失對(duì)細(xì)胞遷移、內(nèi)皮黏附和免疫細(xì)胞間通訊的潛在影響。未來研究可探索點(diǎn)突變等精準(zhǔn)編輯方式,在保留生理功能的同時(shí)消除免疫識(shí)別。結(jié)合安全開關(guān)(如iCasp9)的引入,將進(jìn)一步提升臨床轉(zhuǎn)化的可行性。
這項(xiàng)研究標(biāo)志著iPSC衍生細(xì)胞療法向通用型產(chǎn)品邁出了重要一步,為解決異體移植中的免疫排斥問題提供了新思路,為再生醫(yī)學(xué)和腫瘤免疫治療領(lǐng)域的發(fā)展注入了新動(dòng)力。