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肿瘤细胞居然有两种“死法”,中国科学家详解决定因子

来源:科技日报,2020/01/18。

科技日报记者 张佳星

    人类与死神的战争,在癌症患者的身上比拟成T细胞与肿瘤细胞的战争。

    T细胞是机体杀肿瘤细胞最重要的战士,但是一旦肿瘤细胞占了上风,它会麻痹、沉默T细胞,让它们“缴械投降”,为了帮T细胞识别肿瘤再战斗。人们将制导开关CAR“安装”在T细胞上,并将其回输体内。

    2017年美国FDA先后批准商品名为Kymriah和Yescarta的CAR T细胞治疗B淋巴细胞白血病。但CAR-T治疗会引发非常严重的炎症风暴,学名为炎症因子释放综合征,更为突出的是,CAR T治疗效果越好,这种炎症风暴越强,而过强的炎症风暴能够直接导致患者死亡。

    此前,医学界始终无法探究清楚CAR-T治疗引发炎症风暴的免疫机理。通过机制找到有效干预手段,,成为细胞治疗领域的重大科学问题。

    美国东部时间2020年1月17日《科学·免疫学》(《Science Immunology》)杂志刊发了中国医学科学院基础医学研究所黄波教授团队的研究论文,题为“Gasdermin E-mediated Target cell pyroptosis by CAR T cells triggers cytokine release syndrome”。论文对CAR-T细胞攻击血液癌症细胞的攻击方式、产生后果等进行了一系列研究,并给出了清晰的显微镜图象,首次解锁CAR-T细胞引发“风暴”全过程。

肿瘤细胞居然有两种“死法”

    黄波团队通过比较分析发现,人工改造的CAR—T细胞引发肿瘤细胞肿胀裂解死亡,即焦亡。而天然T细胞杀伤肿瘤细胞使细胞越来越固缩,即凋亡。二者的不同会引发体内巨噬细胞完全不同的反应。肿胀爆裂释放的物质强烈激活巨噬细胞释放大量致炎因子,进而引发病人体内炎症风暴。

    论文第一作者、中国医学科学院基础医学研究所刘玉英副研究员对科技日报记者表示,CAR-T细胞是人工改造的T细胞,其杀伤肿瘤细胞引发肿瘤细胞肿胀裂解,医学上将这种细胞死亡方式称为焦亡。但是,机体内天然的T细胞杀伤肿瘤细胞并不引发细胞肿胀,反而是使细胞越来越固缩,医学上将这种细胞死亡方式称为凋亡。焦亡和凋亡的本质差别是,前者引发炎症,是病理过程;而凋亡是细胞正常死亡形式,是生理过程,并不引发炎症。

“诱杀”还是“搏杀”取决于关键因子的数量

    随后,黄波团队深刻解析造成两种死亡方式其背后的机制。T细胞杀伤肿瘤细胞主要通过释放两种蛋白质作为“炮火”——穿孔素在肿瘤细胞表面打孔,颗粒酶顺着孔进入肿瘤细胞内启动死亡程序。穿孔素和颗粒酶的数量决定了肿瘤细胞是肿胀而死还是固缩而死。当穿孔素和颗粒酶量少时,T细胞杀灭肿瘤细胞像“诱杀”,过量更像“搏杀”,引发肿瘤细胞的“过激反应”肿胀而亡。

   “给T细胞装上CAR,不仅起到制导的作用,还会再碰到癌症细胞时瞬间激活T细胞的‘杀伐果敢’,具体表现是释放更多穿孔素和颗粒酶。”刘玉英说,团队通过原子力显微镜的方法拍下了穿孔素击穿癌症细胞的孔洞图像。

    黄波团队研究发现,活化的CAR-T细胞所释放的穿孔素和颗粒酶的数量远远高于自然的T细胞所释放的量。这种量的差别导致肿瘤细胞内一种诱导焦亡的分子,英文名为gasdermin E,被大量激活,该分子能够高效在细胞膜表面打孔,导致细胞外的液体进入细胞内,从而使得CAR T细胞所攻击的肿瘤细胞走向焦亡。

阻断炎症风暴有“抓手”

    细胞内包含很多种分子,其一旦被释放出来,即可刺激免疫细胞释放炎症因子。巨噬细胞是机体专职的吞噬细胞,其不仅吞噬入侵体内的病菌,而且吞噬自身衰老的细胞及细胞碎片。不仅如此,巨噬细胞极容易被激活,释放多种促炎因子。这些促炎因子作用于毛细血管,使得血管扩张(红),血管通透性增加,血液漏出(肿),并且周围细胞代谢加快,产热增加(热),而促炎因子作用神经末梢产生疼痛,此即为人们熟知的炎症的红肿热痛表现。

    黄波团队研究发现,CAR T细胞所致的肿瘤细胞焦亡,使得细胞内的能量分子ATP,被大量释放,ATP强烈激活巨噬细胞,使得巨噬细胞大量释放细胞因子,从而导致机体炎症风暴。

    采用小鼠模型,黄波团队对上述的多个环节进行干预,均能够阻断炎症风暴的发生。机理的明晰,为阻断炎症风暴给出强有力的“抓手”。

    据介绍,这项研究工作不仅对当前的免疫细胞疗法具有重要的指导意义,对于CAR T治疗的炎症风暴提供潜在有效干预手段,而且对自身免疫性疾病的发病机理以及正在兴起的自身免疫性疾病的细胞疗法,提供借鉴意义。研究由中国医学科学院基础医学研究所联合国内多家临床医院完成,并获得国家自然科学基金和中国医学科学院医学与健康科技创新工程的资助。


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