嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法通过对肿瘤杀伤性T细胞进行基因工程化改造，使其能够特异性靶向结合肿瘤细胞表面抗原，提升肿瘤细胞清除效果。CAR-T疗法的发展日新月异，在抗B细胞恶性肿瘤的临床应用方面取得了成功。尽管如此，细胞因子释放综合征（CRS）作为CAR-T疗法的一个常见急性副作用，大大削弱了其为患者带来的益处。
CRS的发生率因CAR-T治疗所针对的癌症类型而异，一般来说，患者的癌症范围越广，接受的CAR-T细胞就会越多，CRS就越有可能发生。据报告，总体上有37%–93%的淋巴瘤患者和77%–93%的白血病患者出现了CRS。
CRS是由急性炎症反应触发的，其特征是与血清细胞因子升高相关的发热、低血压和呼吸功能不全。尽管巨噬细胞被报道参与了CAR-T细胞治疗的人源化小鼠模型CRS的发病机制，但触发CRS的机制尚不清楚。
近期，由中国医学科学院的黄波博士带领的研究团队，解锁CAR-T细胞引发“细胞因子风暴”全过程，揭示了CAR-T疗法中CRS的发生机制，提出预防CRS的潜在方案。相关研究成果于1月17日发表在 Science Immunology 上 [1]。
图片来源：Science Immunology [1]
首先，为了弄清细胞因子释放综合征是如何产生的，研究人员观察了从B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）患者中分离的CD19+原发性白血病细胞与靶向CD19的CAR-T细胞共培养时的反应。他们发现CAR-T细胞引发了CD19+白血病细胞焦亡。“细胞会肿胀，你可能会在它们死亡时，看到气泡从中爆裂。”黄波博士说道。
知识卡：细胞焦亡，又称细胞炎性坏死，是一种程序性细胞死亡，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应。相比于细胞凋亡，细胞焦亡发生的更快，并会伴随着大量促炎症因子的释放。
进一步研究揭示，CAR-T细胞能释放一种叫做穿孔素的蛋白质，在肿瘤细胞膜上打孔，让另一种因子——颗粒酶B进入靶标肿瘤细胞，进而激活caspase 3-gasdermin E（GSDME）通路，引起细胞焦亡。而细胞焦亡相关因子能促进巨噬细胞gasdermin D（GSDMD）裂解，导致细胞因子的释放和随后的CRS。
接下来，研究人员通过小鼠模型证明了GSDME介导的细胞焦亡在体内触发了由CAR-T细胞治疗引起的CRS。同时，在这些小鼠中，他们发现敲除GSDME、破坏巨噬细胞或阻断激活GSDMD的酶均可预防CRS。
不过，CAR-T细胞可以利用穿孔素和颗粒酶B诱导肿瘤细胞焦亡，天然肿瘤特异性T细胞也可以利用相同的穿孔素和颗粒酶B机制攻击靶细胞，但后者导致的是肿瘤细胞凋亡而不是焦亡，这是为什么呢？
研究人员进一步探索，得出的答案是：1）CAR-T细胞比天然肿瘤特异性T细胞释放的穿孔素/颗粒酶B的数量更多、亲和力更高。2）天然肿瘤特异性T细胞只诱导少量GSDME裂解，且不激活GSDMD。
后，为了进一步验证这些结果，研究人员分析了在CD19-CAR-T细胞治疗前从11名患者中分离出的原发性B-ALL癌细胞中的GSDME水平。他们发现，尽管来自患者的白血病细胞普遍表达GSDME（下图N），但GSDME水平与CRS严重性正相关（下图O）。
（N）从B-ALL患者（n=11）中分离的原发性白血病B细胞的GSDME Western blot分析。（O）GSDME表达与CRS等级的相关性（n=11）。图片来源：Science Immunology [1]
此外，研究还发现CRS患者的三磷酸腺苷（ATP）远高于健康志愿者，血液乳酸脱氢酶（LDH）水平与CRS的严重程度呈正相关。
这些结果一致证明，由CAR-T细胞治疗引起的白血病细胞焦亡在患者中触发了CRS。
总结来说，该研究揭示了CAR-T疗法中CRS的发生机制，以及CAR-T细胞与天然肿瘤特异性T细胞引起的细胞死亡类型差异的原因，并且发现对CRS发生的多个环节进行干预均能阻断炎症风暴的发生，这为接下来的CAR-T疗法优化提出了潜在方案。
注：原文有删减
相关论文：
[1] Yuying Liu et al. Gasdermin E-mediated target cell pyroptosis by CAR-T cells triggers cytokine release syndrome. Science Immunology (2019).
参考资料：
1# Side Effect of CAR-T Therapy Caused by Pyroptosis: Mouse Study（来源:TheScience）
2# Deciphering a cancer treatment’s dark side（来源: Science）
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