近來，浙江大學(xué)張進團隊在針對實體腫瘤治療的iPSC來源的表達嵌合抗原受體的巨噬細胞（CAR-macrophage）研究工作上取得了數(shù)項重要成果。北京時間2023年11月27日，張進團隊在Nature Immunology 上發(fā)表了題為“A second generation M1-polarized CAR macrophage with antitumor efficacy”的研究成果。該項工作設(shè)計了功能增強型的第二代誘導(dǎo)多能干細胞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”作用殺傷腫瘤的機制， 為CAR-iMAC應(yīng)用于實體腫瘤的免疫細胞治療提供了更加堅實的理論基礎(chǔ)。
實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體腫瘤。以CAR-T為代表的的免疫細胞療法雖然在血液腫瘤中展現(xiàn)出理想的效果，但受限于腫瘤浸潤能力差、容易耗竭等因素，其在實體腫瘤的治療中顯得捉襟見肘。因此，針對實體腫瘤的免疫細胞療法也在呼喚更加“治之有效”的治療產(chǎn)品。
巨噬細胞因其對異常細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胞免疫過程中發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞占據(jù)某些類型實體腫瘤中浸潤免疫細胞的40%以上，并對腫瘤微環(huán)境的塑造至關(guān)重要。因此，巨噬細胞成了針對實體腫瘤治療研究的最新選擇。然而，目前巨噬細胞應(yīng)用于實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胞的基因編輯效率極低且制備周期長；治療用細胞數(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胞靶向性抗腫瘤的能力繼而增強其治療效果，也是巨噬細胞抗實體腫瘤研究必須解決的問題。
基于以上問題，張進團隊從如何賦予巨噬細胞可控的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。該團隊首先基于一系列嚴(yán)格的篩選創(chuàng)造性地將具有極化和激活巨噬細胞功能的Toll 樣受體4（TLR4）的胞內(nèi)TIR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域與第一代CAR中的CD3ζ信號結(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)建了正交互補信號的第二代macrophage專屬CAR。借助其成熟的iPSC分化巨噬細胞（iMAC）平臺，團隊分化得到了第二代CAR-iMAC。實驗證實，第二代CAR-iMAC相對于單一信號的CAR-iMAC展現(xiàn)出了顯著性增強的抗腫瘤功效。接受第二代CAR-iMAC治療的8只肝細胞癌小鼠中的6只得到完全的腫瘤消除。膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）的荷瘤小鼠在治療后的生存期也得到了顯著性延長。進一步實驗證實，該工程化免疫細胞在極大地提升了靶向抗腫瘤功效的同時，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、更長時間的M1極化。單細胞測序結(jié)果證實與腫瘤細胞共培養(yǎng)的第二代CAR-iMAC實現(xiàn)了抗原依賴性的M1極化，呈現(xiàn)出典型的M1巨噬細胞表達譜。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，充分調(diào)動了免疫微環(huán)境中的T細胞和NK細胞，實現(xiàn)了第二代CAR-iMAC促進實體腫瘤由“冷腫瘤”向“熱腫瘤”轉(zhuǎn)變的構(gòu)想。
在機制上，該團隊發(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)建的巨噬細胞專屬CAR的合理性和可行性。同時，該項工作揭示了第二代CAR-iMAC對抗實體腫瘤的作用機制（mechanism of action or MOA)，即通過誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡，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”作用清除腫瘤細胞。
該團隊一直致力于iPSC來源的CAR-iMAC抗實體腫瘤的研究工作，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。
該團隊在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，該團隊與浙江大學(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《美國國家科學(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，團隊又在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。
