CAR-T治疗大B细胞淋巴瘤的耗竭机制及解决策略

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嵌合抗原受体 T 细胞 (CAR-T) 治疗代表了包括淋巴瘤在内的难治性或复发性血液恶性肿瘤治疗的革命性方法，国内也有多款CD19 CAR-T产品获批治疗大B细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤、滤泡淋巴瘤。尽管有疗效，但仍有相当一部分患者在初始缓解后出现疾病进展或复发，肿瘤微环境 (TME) 中 CAR-T 细胞耗竭是疗效不佳的关键原因。

CAR-T细胞耗竭的机制

T细胞耗竭与T细胞分化的相关性

胸腺发育后，未成熟T细胞分化为单阳性CD4或CD8成熟T细胞，并进入外周组织和淋巴系统，这些细胞未进行抗原暴露。当它们遇到抗原刺激时，初始T细胞可以分化为记忆或效应T细胞。TCF1是一种转录因子，可通过促进其增殖和自我更新能力来维持T细胞的初始/记忆状态。最近的研究发现，T细胞耗竭并非固定状态，而是在慢性感染或癌症进展过程中从"祖细胞耗竭"到"终末耗竭"的动态过程。这一过程涉及祖细胞耗竭T细胞和终末耗竭T细胞，它们在TCF1表达水平和增殖能力上有所不同。研究表明，CD8+ Tpex细胞不仅依赖转录因子TCF1，还表达SLAMP6和BCL6。Tpex细胞具有一定的干细胞和记忆细胞样特征，具有增殖、自我更新和产生终末分化的PD-1+ TCF1– GZMB+细胞的能力。当慢性感染病毒或阻断PD-1免疫检查点时，Tpex细胞群可以扩增并产生效应T细胞。当移植到感染或肿瘤耐受的小鼠体内时，Tpex细胞可以增殖并产生Ttex细胞，但如果将Ttex细胞移植到小鼠体内，细胞只能少量扩增，并且同时保持PD-1和Tim-3的高表达（图1）。

TCF1+ Tpex细胞群的增殖和效应功能的诱导可能是免疫检查点阻断后的反应，但上述反应的机制尚不完全清楚。基于上述T细胞生物学的发现，耗竭可能是与T细胞常规分化平行的一个过程，任何分化状态的T细胞都可能被诱导进入耗竭状态，并在其后代中保留耗竭特征。

来自动物实验的数据证明了CAR-T细胞耗竭在多种癌症小鼠模型中的存在。一项研究发现，在肿瘤浸润的CAR-T细胞中，存在CD8+ CAR+ PD-1+ TIM3+细胞，并且耗竭相关转录因子TOX高表达。Wang等人利用单细胞转录组测序证实，抗原特异性CAR-T细胞表现出耗竭特征。Prativa等人构建了数学模型分析，表明随着肿瘤抗原水平的增加，CAR-T耗竭水平也显著加速。此外，其他研究揭也示了包括TOX、NR4A、TET2和BATF在内的关键因子在调控CAR-T细胞耗竭动态变化中的作用，在下一节更深入地讨论。

T细胞耗竭的表现遗传学

最近的研究报道了利用ATAC-seq分析研究耗竭T细胞亚群。Tpex细胞显示出TCF-1和BACH2的可及性增加，而Ttex细胞则在NR4A和EOMES上富集。研究发现，耗竭T细胞在表观遗传学上与效应T细胞不同，有近5000个差异可及的调控元件。同样，H3K27ac染色质免疫沉淀测序分析表明，与Ttex细胞相比，Tpex细胞表现出最独特的活跃增强子景观。

HA-28z是第二代抗GD2 CAR，在体外培养时会形成簇并导致自发性耗竭，因此它被用作经典的耗竭CAR-T细胞模型。H3K27ac HiChIP分析发现，尽管染色质可及性变化很小，但在HA-28z CAR-T细胞中识别出差异染色质环，这表明了未来研究中应探究的耗竭T细胞的更深层次。

总之，这些发现描述了耗竭T细胞独特的转录和表观遗传特征，并由某些分子机制稳定维持。

异常代谢促进耗竭

T细胞耗竭也伴随着代谢谱的广泛改变。尽管确切机制尚不清楚，但在TME中，CD8+ T细胞面临着激烈的营养物质竞争，并暴露于大量的有毒副产物中。这些会抑制免疫反应并对T细胞功能产生深远影响，导致功能耗竭。具体来说，葡萄糖、氨基酸、以及其他营养物质剥夺以及低氧状态都会加速CD8+ T细胞耗竭。高细胞外乳酸水平等其他代谢物会阻断CD8+ T细胞在实体瘤中的增殖。

此外，脂质代谢可能促进CD8+ T细胞耗竭，而甾醇在T细胞免疫反应中起有利作用，表明脂质积累和分解代谢可能是逆转CD8+ T细胞抗肿瘤反应的靶点。

这些发现表明，代谢应激可能限制T细胞功能并导致T细胞耗竭。

克服CAR-T细胞耗竭的策略

上述发现强烈表明，耗竭是CAR-T细胞抗肿瘤活性不佳的关键。近年来，大量研究探索了克服 CAR-T 细胞耗竭的潜在策略，或至少试图改善 CAR-T 耗竭程度。这些内容总结见图2。

优化CAR 信号转导

目前公认 CAR 内结构域中使用的 CD3 和共刺激信号对 CAR-T 细胞耗竭状态有深远影响。

最近的一项研究发现，含有CD3δ、CD3ε或CD3γ胞浆结构域的 CAR 在体内的表现优于常规的CD3ζ。转录组学和蛋白质组学分析揭示了激活潜力、代谢以及 T 细胞耗竭状态的差异，从机制上解释了抗肿瘤性能的增强。之前的另一项研究发现，用CD3ζ替换CD3ε可减少细胞因子生成，并通过 p85 募集促进 CAR-T 持续存在。

CD28 和 4-1BB 是第二代 CAR 中通常使用的两种共刺激分子，在诱导耗竭方面显示出相反的作用。尽管 4-1BB 显示出比 CD28 更好的改善耗竭的能力，但 CD28 和CD3ζ信号冗余的优化优于 4-1BB。基于这一假设，Feucht及其同事设计了1XX CAR-T细胞，该细胞在体内持续更久，且中央记忆细胞比例更高。

由于传统CAR的结构与天然TCR结构有很大不同，一些研究人员随后构思了类似TCR的CAR结构。Liu等人合成了一种双链嵌合受体，称为合成T细胞受体和抗原受体，它结合了抗体的抗原识别域和TCR的恒定区，后者与内源性CD3信号机制结合。他们发现STAR-T细胞显著优于BBz CAR-T细胞，并产生优于或等同于28z CAR-T细胞的抗肿瘤效果，且未引起明显毒性，该疗法用于难治性和复发性B细胞急性淋巴细胞白血病患者的1期临床试验正在进行中。

Patrick及其同事构建了另一种合成T细胞受体融合构建受体，结合完整的TCR以获得强大的抗肿瘤反应，使用该策略的一项1期试验已完成，结果显示大量实体癌患者对治疗有反应。

一篇《自然》论文报道，使用CRISPR-Cas9将CAR靶向TRAC基因座可增强肿瘤排斥。此外，达沙替尼处理CAR-T细胞可减少强直性信号，同时减轻CAR-T细胞耗竭。

总之，这些发现表明优化CAR信号对于改善CAR-T细胞持久性和减轻CAR-T细胞耗竭至关重要。

整合细胞因子

通常用于体外促进T细胞扩增的细胞因子在临床前模型进行了深入研究，以改善CAR-T细胞持久性和减轻耗竭。然而，将这些细胞因子释放到细胞外空间可能导致免疫毒性。

为了解决这个问题，Thomas及其同事构建了一个组成型信号传导的细胞因子受体C7R，它能有效触发IL-7信号轴，但对细胞外细胞因子无反应。Jiang等人在CAR中整合了GP130信号基序，克服了白细胞介素过度表达引起的毒性，而Yuki等人构建了一种含有JAK-STAT信号域的新型CAR，发现其介导了优异的抗肿瘤效果。

此外，最近有报道称，膜锚定细胞因子在增强肿瘤靶向性和减少全身毒性方面的能力优于分泌型。 值得注意的是，IL-10，一种最初被认为抑制免疫反应的细胞因子，最近被发现通过改善代谢适合度和减少耗竭程度来增强 CAR-T 细胞的功能。

总之，这些发现表明了利用细胞因子改善 CAR-T 细胞耗竭的潜力，具有转化为抗淋巴瘤临床的巨大潜力（表1）。

削弱免疫检查点分子功能

鉴于免疫检查点分子如PD-1和CTLA-4在活化和耗竭的CAR-T细胞上表达，而它们的配体通常由TME中的肿瘤细胞或其他浸润免疫细胞表达，因此研究测试了削弱这些检查点功能的策略。相关策略包括简单地将IC抗体与CAR-T联合使用、过度表达IC阻断抗体、敲除或敲低CAR-T细胞中的IC基因、设计显性阴性受体以阻断IC信号，或嵌合开关受体将其免疫抑制功能逆转为免疫激活功能。然而，一些研究发现，像PD-1或PD-L1这样的IC也可能对T细胞功能产生积极影响，因此阻断CAR-T细胞中IC的综合效应仍不明确。

转录因子修饰和表观遗传重编程

一些研究试图敲除那些维持CAR-T细胞耗竭的关键转录因子，或过度表达促进T细胞持久性的转录因子，以增强其对抗实体癌的活性。一项研究报告称，TOX和TOX2双缺陷的CAR-T都能够抑制肿瘤生长并延长荷瘤小鼠的生存期。

此外，据报道，缺乏所有三种NR4A转录因子的CAR-T细胞促进肿瘤消退并延长荷瘤小鼠的生存期。NR4A三敲除CAR肿瘤浸润淋巴细胞表现出CD8+效应T细胞的表型和基因表达特征，并且在NR4A三敲除CAR肿瘤浸润淋巴细胞中独特可及的染色质区域富含NF-κB和AP-1的结合基序；两者都是参与T细胞活化的转录因子。

此外，Zhang等人报告称，CAR-T细胞中BATF的缺失通过诱导抵抗耗竭和形成中央记忆细胞来增强抗肿瘤活性。而且，在一个临床病例中，慢病毒载体介导的CAR转基因插入破坏了甲基胞嘧啶双加氧酶TET2基因，并在患者中诱导急剧扩增，随后的研究利用TET2破坏使CAR-T细胞抵抗耗竭。然而，TET2破坏的安全性受到质疑，因为Nayan等人发现TET2可以防止不受控制的BATF3诱导的CAR-T细胞扩增，其破坏会诱导CAR-T细胞的基因组不稳定性。

Rachel及其同事的一项研究发现，经过改造以过度表达经典AP-1因子c-Jun的CAR-T细胞在五种不同的小鼠肿瘤模型中具有增强的扩增潜力、增加的功能能力、减少的终末分化和改善的抗肿瘤效力，并得出结论：c-Jun的功能缺陷介导耗竭人T细胞的功能障碍，而过度表达c-Jun使CAR-T细胞抵抗耗竭。

Hyungseok等人发现，在表达CAR的CD8+ T细胞中过度表达BATF促进肿瘤浸润CAR-T细胞的存活和扩增，增加效应细胞因子的产生，减少抑制性受体和耗竭相关转录因子TOX的表达，并支持能够控制肿瘤复发的长寿命记忆T细胞的生成。此外，其他转录因子如FOXP1、KLF2和Foxo1也在影响代谢和记忆形成以及最终调控CAR-T细胞耗竭方面起着关键作用。

通过药物或基因编辑修改表观遗传标记，可能通过改变与效应功能维持相关的转录程序来"重置"耗竭的T细胞。一项研究报告称，低剂量地西他滨促进祖细胞耗竭T细胞的克隆扩增和细胞溶解活性，并抑制CD8+ T细胞终末分化。因此，低剂量地西他滨启动能够通过表观遗传重编程赋予CAR-T细胞持久的抗肿瘤潜力。Zhong等人报道，使用化学药物候选物JQ1抑制BET溴结构域蛋白能够挽救急性髓系白血病中PD-1介导的T细胞耗竭。总之，这些结果强调了修改CAR-T细胞表观遗传学以克服耗竭的重要性。

结论

CAR-T疗法在淋巴瘤患者的临床治疗中取得了巨大成功，但临床成功受限于不完全缓解和早期复发：一个关键机制为靶抗原丢失，另一个关键机制为T细胞耗竭。对CAR-T细胞的各种修饰，从信号传导、细胞因子、检查点分子到转录因子，已被证明可减轻或防止T细胞耗竭。更重要的是，许多策略正在转化为临床应用，这些即将进行的临床研究将提供更多关于如何最好地提高CAR-T细胞对抗淋巴瘤疗效的信息。

参考文献

Mol Ther Oncol . 2025 Nov 24;34(1):201099. doi: 10.1016/j.omton.2025.201099.