腫瘤研究一直是臨床領域中經久不衰的課題，而惡性腫瘤本身具有的生長迅速、侵襲性生長、易轉移、高度異質性等特點，為各類惡性腫瘤的精準治療增加了極大難度；另外大多數腫瘤為多基因性疾病,其基因組穩定性被破壞造成了基因組的易損性，這些腫瘤易損性具有多樣性、動態化、連續性特征[1]，因此基因層面的研究對腫瘤的病理學探究以及靶向治療都具有重大意義。轉錄組作為組學研究中的“萬金油”，可結合多種組學及分子實驗，打造各類解決方案，完美適配各個方向的研究，為各類生理病理機制研究提供了快捷有效的通道，目前在包括腫瘤微環境中各類細胞對腫瘤的發生發展機制，嵌合抗原受體T（CAR-T）細胞等免疫療法的治療效果，“冷腫瘤”向“熱腫瘤”的轉化等方面，都有轉錄組學的作用。

本期為各位老師帶來一篇百邁客生物近期在轉錄組學輔助腫瘤治療方案研究方面的成功案例：第四軍醫大學楊安鋼教授團隊在?Cellular & Molecular Immunology?期刊上發表的題為 SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors 的文章，期待能為各位老師帶來新的研究思路。

 

中文標題：CAR-T細胞中SMAD7的表達提高了實體瘤的持久性和安全性

英文標題：SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors[2]

期刊名稱：Cellular & Molecular Immunology

影響因子：24.1

合作單位：第四軍醫大學

百邁客生物在該研究中提供了轉錄組測序及部分數據分析服務。

研究背景

過繼性T細胞免疫治療迄今為止在治療血液病惡性腫瘤方面取得了良好的療效。然而，其中CAR-T細胞治療在實體瘤患者中產生的臨床反應卻有限。TGF-β1是最常參與腫瘤發生的轉化生長因子（TGF-β），據報道，TGF-β信號通路的過度活躍可促進轉移，抑制T細胞的增殖和激活，并抑制浸潤淋巴細胞的殺瘤能力，而SMAD7可以通過與TβRI形成穩定的復合物來減弱TGF-β信號通路，從而抑制R-SMADs（受體調節的SMADs）的磷酸化。重塑免疫微環境并增強免疫治療的抗腫瘤作用，其中一種方法就是編輯TGF-β受體，使T細胞無法對TGF-β產生反應。作者假設，將SMAD7引入CAR-T細胞可能同時通過分別重塑免疫抑制TME（腫瘤微環境）和減少炎癥細胞因子的產生來提高癌癥治療的有效性和安全性，因此，本文研究團隊設計了靶向人表皮生長因子受體2（HER2）的CARs，評估了SMAD7對CAR-T細胞治療的抗腫瘤性能的影響，并通過研究TGF-β和NF-κB通路之間的潛在的串擾來探討其潛在的機制。

材料方法

材料：傳統靶向間皮素靶點的一組CAR-T細胞（H28z、1928z、M28z），以及利用T2A元件構建各自對應的共表達SMAD7的細胞株系（S7H28z，S71928z，S7M28z）；

方法：轉錄組+qPCR+免疫組化+ELISA+WB（蛋白印跡分析）等

研究結果

利用T2A元件，作者設計了針對CD8α柄、共刺激結構域（CD28）和CD3ζ細胞內結構域，共翻譯表達SMAD7片段的CAR-T細胞（S7H28z，S71928z，S7M28z），長期培養后發現，SMAD7顯著改善了CAR-T細胞與表達HER2的HeLa細胞共培養時的細胞毒性，同時當與HER2+HeLa細胞共培養時，表達SMAD7的CAR-T細胞與不含SMAD7?CAR-T細胞相比增殖更快。為了更好地理解SMAD7如何影響CAR-T細胞的基因表達譜，我們將其與HER2+Fluc+ HeLa細胞共培養后進行了轉錄組測序，與傳統的CAR-T細胞相比，共表達SMAD7的細胞系中標志T細胞衰竭的PDCD1、LAG3和TIGIT顯著下調，同時標志T細胞持續激活并分化為記憶表型的CD27、Jun和KLF9上調，富集分析結果表明傳統CAR-T細胞與共表達SMAD7的細胞之間的差異基因主要富集在T細胞分化、近端T細胞受體信號通路和細胞因子產生等通路，這些結果表明，共表達SMAD7的CAR-T細胞的特點是在抗原暴露后可減輕衰竭和減少細胞因子的產生。

關于CAR-T細胞中TGF-β信號通路的調控作用，作者結合流式細胞檢測結果發現，與傳統的CART細胞在暴露于增加濃度的rhTGF-β1時TβRI顯著上調不同，共同表達SMAD7的細胞在rhTGF-β1處理后TβRI（TGF-β受體）水平是下降的，RNA-seq和qPCR檢測表明，在HER2+腫瘤細胞刺激后，與對照組CAR-T細胞相比，共表達SMAD7的CAR-T細胞中細胞因子的產生顯著減少，即SMAD7阻礙了CAR-T細胞中細胞因子的合成。

此外，細胞溶解能力檢測結果表明，在7輪CAE（連續抗原暴露）和隨后與HER2+Fluc+ HeLa細胞共培養后，表達SMAD7的CAR-T細胞的效應亞群比例顯著升高，說明SMAD7參與了CAE期間CAR-T細胞的持續溶細胞活性，可能是通過抑制TGF-β信號，從而減少T細胞的衰竭和細胞溶解活性。小鼠體內移植模型結果顯示，用表達SMAD7的CAR-T細胞處理的小鼠血清中的細胞因子水平遠低于用常規CAR-T細胞處理的小鼠。因此，SMAD7的表達提高了CAR-T細胞治療的安全性，而不影響腫瘤根除的效果，同時SMAD7的表達使CAR-T細胞具有持續的抗腫瘤療效。綜上所述，本研究證明了靶向TGF-β信號通路作為一種提高CAR-T細胞治療實體腫瘤的有效性和安全性的新方法的可行性。

參考文獻：

[1] 吳先國,朱永良,黃建.橋接基因型與表型的功能性精準腫瘤學[J/OL].科學通報:1-10[2024-05-24].

[2] Liang S, Zheng R, Zuo B, Li J, Wang Y, Han Y, Dong H, Zhao X, Zhang Y, Wang P, Meng R, Jia L, Yang A, Yan B. SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors.?Cell Mol Immunol.?2024Mar;21(3):213-226. doi: 10.1038/s41423-023-01120-y. Ep ub 2024 Jan 4