FOXO1能增強CAR-T細胞療效
2024年4月10日，澳大利亞墨爾本彼得·麥卡倫癌癥中心的研究團隊在《Nature》期刊發(fā)表了題為“FOXO1 enhances CAR T cell stemness, metabolic fitness and efficacy”的文章。該研究表明：過表達FOXO1促進了健康人或患者的CAR-T細胞的干細胞樣表型，這與體內線粒體適應度、持久性和治療效果的改善有關，可以提高CAR-T細胞對抗實體瘤的療效。
CAR-T細胞可以特異性識別并殺傷腫瘤細胞。CAR-T細胞療法改變了血液系統(tǒng)惡性腫瘤的治療，包括急性淋巴細胞白血病、B細胞淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤，但CAR-T細胞療法在實體瘤治療中的療效有限，無法保持足夠長時間的活性，而實體瘤在所有人類癌癥中占到了90%的比例。CAR-T在慢性抗原刺激、缺乏共刺激信號等壓力下形成終末分化狀態(tài)。這種終末分化的CAR-T類似于內源性耗竭T細胞，特點是低表達效應分子而高表達免疫檢查點分子，如PD1、LAG3和TIM3。分析臨床使用的抗CD19 CAR-T細胞發(fā)現(xiàn)好的治療結果與更“干細胞樣”的表型和線粒體質量增加有關。因此，研究者試圖確定能夠增強CAR-T細胞適應性和對抗實體腫瘤功效的轉錄因子。
之前有研究報道IL15刺激后的CAR-T細胞功效更長，故研究者用IL15刺激CD8+ CAR-T，之后進行表觀遺傳組和轉錄組測序分析，發(fā)現(xiàn)Foxo1基因富集最顯著，FOXO1在表觀遺傳水平上排名也很高。FOXO1是一種轉錄因子，在調控細胞的增殖、分化等過程中起重要作用。在小鼠CAR-T中用CRISPR-Cas9敲除Foxo1，CD62L和TCF7下調，且當與E0771-HER2腫瘤細胞共培養(yǎng)時，敲除Foxo1的CAR-T中，PD1、LAG3和TIM3表達水平顯著增加。在攜帶原位E0771-HER2乳腺腫瘤或皮下注射MC38-HER2腫瘤的小鼠模型中，FOXO1、TCF7和ID3過表達增強了CAR-T細胞的功效，并顯著增加荷瘤小鼠的存活率。（圖1）
圖1. FOXO1-ADA（FOXO1活性變體）過表達增強了CAR-T細胞的治療效果
（文中所有圖片均來源于《Nature》雜志）
接下來，研究者研究了從治療9天的荷瘤小鼠腫瘤和引流淋巴結（dLNs）中分離的CAR-T細胞的體內表型。與對照CAR-T細胞相比，過表達FOXO1-ADA的CAR-T細胞，促炎細胞因子IFNγ和TNF顯著增加，但PD1和TIM3的表達水平無明顯變化。IFNγ的分泌已被證明對CAR-T細胞在實體腫瘤環(huán)境中的抗腫瘤效果至關重要。實驗表明，阻斷IFNγ消除了過表達FOXO1-ADA導致的增強的CAR-T細胞治療活性，表明表達FOXO1-ADA的細胞產生的IFNγ可能導致了治療效果增強。研究者還發(fā)現(xiàn)過表達FOXO1-ADA的CAR-T的氧化磷酸化增強，且荷瘤小鼠腫瘤組織內的過表達FOXO1-ADA的CAR-T線粒體膜電位和線粒體質量（數(shù)量和大?。┻m應性增加。（圖2）
圖2. FOXO1-ADA過表達增強了體內多功能性和代謝適應度
隨后，研究人員在人CAR-T細胞中研究FOXO1過表達效應。發(fā)現(xiàn)人CAR-T細胞中過表達FOXO1-ADA，CD62L+CD27+和CD45RA+比例增加，LAG3和TIM3表達降低，表明一種低分化干性狀態(tài)。但和小鼠CAR-T不同，過表達FOXO1-ADA的人CAR-T在激活后不能有效轉化為效應細胞。因此，研究人員轉而使用FOXO1-WT構建FOXO1過表達CAR-T。結果表明FOXO1-WT過表達同樣增加了CD62L+CD27+和CD45RA+比例，還與CCR7和CX3CR1的表達增加及CD39、TIM3和PD1的表達減少相關。為了進一步了解FOXO1過表達CAR-T細胞更像干細胞表型的機制，研究者使用RNA-seq分析了CD8+和CD4+ CAR-T細胞。與對照組相比，過表達FOXO1的CD8+ CAR-T細胞中與低分化T細胞相關的基因表達增加。FOXO1過表達CD8+ CAR-T細胞在與Lewis Y+腫瘤細胞（MCF7細胞）共培養(yǎng)后，糖酵解基因的表達更高。研究者進一步分析了非活化的CD8+ CAR-T細胞和活化的CD8+ CAR-T細胞，發(fā)現(xiàn)FOXO1的表達增加了具有更多干細胞樣表型的CD8+ CAR-T細胞的比例，其次，表達FOXO1的CAR-T細胞與低分化細胞相關的基因顯著富集，與糖酵解和耗竭相關的基因表達減少。（見圖3）
圖3. FOXO1過表達增強了人CAR-T細胞的干性和代謝適應度
為了研究體內FOXO1過表達的影響，研究者用Lewis Y CAR-T細胞治療OVCAR-3荷瘤小鼠。結果表明，FOXO1過表達增強了CAR-T細胞的功效，腫瘤體積顯著減少。其次，小鼠血液和脾臟中CD8+和CD4+ CAR-T細胞數(shù)量顯著增加，對腫瘤生長的控制也顯著增強了。在治療后第12天，小鼠腫瘤中CD8+ CAR-T細胞的比例顯著增加。FOXO1過表達還顯著降低了腫瘤浸潤性CD8+ CAR-T細胞上PD1和TIM3的表達，而不影響Ki67的表達。過表達TCF7不能達到同樣的效果。（見圖4）
圖4. 過表達FOXO1增強了人CAR-T細胞在小鼠腫瘤移植模型中的作用
綜上，FOXO1能增強CAR-T細胞療效，促進其抗腫瘤活性。這項研究為工程化CAR-T獲得更強更持久的臨床效果帶來了新的思路，未來可能可以惠及更多癌癥患者。
云克隆開發(fā)了與該研究相關的靶標產品，部分指標節(jié)選如下：
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