南加州大学科学家找到持续产生抗癌细胞的方法

这篇发表于《Cell》的研究提出一种新的癌症免疫治疗平台。研究人员发现，一类名为粒细胞-单核细胞祖细胞（GMP）的早期免疫细胞，可以在实验室里长期扩增，也可以被基因改造。在小鼠实验中，这些改造后的GMP能进入骨髓并持续产生新的免疫细胞，包括巨噬细胞，从而减慢白血病和实体瘤的发展。该成果有望解决癌症免疫治疗中的两个难题：制造大量可用的免疫细胞，以及让它们在体内保持较长时间的活性。

论文通讯作者、南加州大学凯克医学院干细胞生物学与再生医学教授Qi-Long Ying表示，这项研究建立了一个可扩展、可工程化改造的GMP细胞免疫治疗平台，并提出了可能广泛影响癌症免疫治疗和干细胞生物学的理念。

传统上，血液系统中长期自我更新的能力主要被认为属于造血干细胞，因为只有造血干细胞能产生所有类型的血细胞和免疫细胞。祖细胞通常被认为已经朝着更成熟方向发育，增殖和长期自我更新能力较弱。但USC团队在受控实验条件下证明，GMP也可以自我更新：它们能不断分裂，同时保持自身身份和生成有功能免疫细胞的能力。由于GMP来源更明确、增殖更强，因此可作为大规模制备工程免疫细胞的起点。

研究为何聚焦巨噬细胞？巨噬细胞是免疫系统中的“大胃”，能吞噬细菌、受损细胞和异常物质，还能通过信号调控其他免疫细胞。部分巨噬细胞能进入肿瘤并攻击癌细胞，因此被认为可能成为癌症免疫治疗的重要工具。然而，成熟巨噬细胞在体外很难大量扩增，基因改造难度较高，冷冻和储存中也容易受损。输注后，它们还常聚集在肺、肝等器官，而不是均匀分布全身，并且较快消失，使疗效持续时间受限。

为绕开这些限制，团队从比成熟巨噬细胞更原始的GMP入手。第一作者、Ying实验室的石悦（Shi Yue）等开发了精确的化学物质组合，使GMP在体外能长期存活和扩增，同时避免过早分化。经过大量扩增后，这些细胞仍保持GMP特有的分子特征，并能在需要时继续发育成功能性巨噬细胞及其他相关免疫细胞。这意味着未来可以从可持续扩大的祖细胞群体中制造大量工程化免疫细胞，而不必反复采集成熟细胞。

为确认方法可重复，斯坦福大学Ravi Majeti实验室独立验证了GMP可长期维持并基因改造。Majeti指出，该方法类似于T细胞扩增和工程化改造，为大量临床转化应用打开大门，并且他们已经证明这些细胞可被改造以实现多种强效功能，仍有很大探索空间。

随后，团队测试这些可扩增GMP是否能被编程为抗癌细胞。他们将GMP改造成携带CAR受体，即嵌合抗原受体，使其能识别癌细胞表面特定分子标志，并定向攻击肿瘤。CAR技术目前主要用于改造患者T细胞，这项研究把类似思路应用于GMP，让改造后的祖细胞能够产生工程化巨噬细胞和其他免疫细胞。

团队还给部分GMP加入额外的免疫激活信号。该信号可招募并激活附近其他免疫细胞，包括T细胞，从而形成更强的抗肿瘤攻击。这个附加信号还有一个重要意义：即使供体细胞和接受者的免疫特征不完全匹配，它仍能发挥作用。这提示未来可能开发“现成可用”的细胞治疗产品，即事先由供体制造成较大批次，供多名患者使用，而不像个性化疗法必须用每位患者自身细胞单独制备。

在动物实验中，研究人员使用小鼠和人来源的GMP，证明这些祖细胞经扩增和工程化后，输注给小鼠能在骨髓等造血部位定植，并在体内继续生成工程化巨噬细胞和相关免疫细胞。与只依靠成熟巨噬细胞不同，GMP提供了体内持续补充细胞的能力，有望解决成熟巨噬细胞疗法容易快速清除的问题。

当CAR-GMP用于小鼠白血病和实体瘤模型时，两种疾病进展都得到减缓。若GMP同时携带CAR受体和额外免疫激活信号，治疗效果更强，因为这种组合能激发更广泛的抗肿瘤免疫反应。不过这些结果仍属于临床前研究，工程化GMP在人体中的安全性和有效性，尤其是能否长期存在并持续产生免疫细胞，仍需进一步研究。

研究人员还探索该方法是否可治疗免疫缺陷疾病。在慢性肉芽肿病小鼠模型中，患者因遗传缺陷导致某些免疫细胞无法有效杀死细菌和真菌，容易反复感染。研究团队将GMP输注给这些小鼠后，小鼠抵抗细菌感染的能力得到恢复。这说明可再生、可基因改造的免疫祖细胞未来不仅可能用于癌症，也可能用于遗传性免疫缺陷和感染病治疗。

更广泛的科学启示在于，设计免疫治疗不仅要改造细胞本身，还要选择细胞处于哪个发育阶段。在细胞完全成熟前进行工程化改造，可能更容易制造、更灵活，也能在体内持续供应具有特殊功能的免疫细胞。Ying总结说，未来免疫治疗可能取决于是否设计更好的CAR受体，也取决于是否选对细胞发育阶段。

研究信息：论文题为《Expansion and CAR engineering of granulocyte-monocyte progenitors for cellular immunotherapy》，发表于《Cell》。除Qi-Long Ying、Shi Yue和Ravi Majeti外，研究团队来自南加州大学、斯坦福大学、克里顿大学、哈佛医学院和丹娜法伯癌症研究所等多家机构。研究资金来自陈永基金会、Myelogene公司、L.K. Whittier基金会、Broad创新奖、Hsieh工程医学癌症研究奖、USC SBIR/STTR规划奖、Xia研究基金、Wu和Jiang研究基金等；Majeti还获得Ludwig癌症研究所支持，Guo获得加州再生医学研究所博士前培训奖学金。