由活化的心臟成纖維細胞過度細胞外基質蛋白沉積引起的纖維化是心臟病的標志，在疾病進展成為心力衰竭中起著關鍵作用。然而，針對這種心臟纖維化的療法仍然有限。
賓夕法尼亞大學Jonathan A. Epstein、Hamideh Parhiz、Drew Weissman和Haig Aghajanian等人描述了一種利用工程化 T 細胞來消除活化成纖維細胞的新方法。攜帶編碼嵌合抗原受體 (CAR) 的信使 RNA (mRNA) 的脂質納米粒子 (LNP) 用于在小鼠體內生成 CAR T 細胞，從而產生能夠消融致病性激活的成纖維細胞并減輕心臟纖維化的治療性 T 細胞群。成果發表在2022年Science期刊的首期封面上（CAR T之父Carl H. June院士作為作者之一）。
一些背景
CAR是合成受體，允許免疫細胞（通常是T細胞）識別目標抗原并啟動抗原特異性免疫反應。在傳統的 CAR T 細胞療法中，T 細胞是從患者或健康供體的血液中分離出來的，經過基因改造以表達靶向疾病相關抗原（例如，在腫瘤細胞上發現的表面蛋白）的 CAR，并在輸注前離體擴增進入病人。CAR T 細胞療法已顯示出針對各種血液系統惡性腫瘤的顯著臨床療效，成為第一個獲得美國食品和藥物管理局批準的轉基因細胞療法。在取得這些成功之后，正在努力將 CAR T 細胞療法擴展到其他適應癥，例如傳染性和自身免疫性疾病。
此前，在高血壓心臟損傷小鼠模型中，靶向成纖維細胞活化蛋白 (FAP) 的 CAR T 細胞顯示出特異性靶向活化的成纖維細胞并顯著減少心臟纖維化。在先前的工作中，T 細胞通過逆轉錄病毒轉導與 CAR 編碼轉基因在體外穩定整合，導致長期 CAR 表達。在癌癥治療方面的廣泛臨床經驗表明，自體 CAR T 細胞在過繼轉移到患者體內后可以持續數月或數年，這種長期持續性在治療效果和反應持久性方面起著重要作用。然而，與癌癥相比，心臟損傷具有不同的時間特征。盡管 FAP 在健康組織中的表達水平通常較低，但在正常的傷口愈合過程中，它會被上調，這涉及成纖維細胞的活化。因此，如果患者在治療后受傷，FAP 靶向 CAR T 細胞的長期存在可能會帶來安全風險。
整體思路
鑒于此，為了平衡對致病性成纖維細胞的強大 CAR T 細胞活性的需求，同時最大限度地降低長期安全風險，該課題組開發了一種在體內產生瞬時CAR T細胞的方法，繞過了體外細胞制造的需要。在這種方法中，化學修飾穩定性并編碼FAPCAR的mRNA被包裹到用CD5靶向抗體修飾的LNP中，以促進T細胞的選擇性攝取。在LNP攝取后，mRNA 被翻譯以產生 CAR T 細胞。鑒于mRNA的固有不穩定性，CAR表達是短暫的，并且沒有任何 T 細胞會按照設計持續保持 CAR+。
圖|CD5 靶向 LNP 在體外產生功能性、基于 mRNA 的 FAPCAR T 細胞
權衡持續性和治療效果
實驗結果證實了LNP注射后24小時小鼠中出現抗FAPCAR T細胞，以及這些CAR T細胞在7天內下降至不可檢測的水平。使用高血壓性心臟損傷和纖維化的小鼠模型，作者證明，通過超聲心動圖評估，瞬時FAP CAR T細胞顯著減少心室纖維化并改善各種心臟功能。這些發現為使用瞬時CAR T細胞提供了理論基礎，并證明了CAR T細胞療法在腫瘤學應用之外的適用性。
圖|表達 FAPCAR 的 T 細胞從活化的成纖維細胞中胞啃(trogocytosis)FAP
圖|體內產生瞬時 FAPCAR T 細胞可改善損傷后的心臟功能
技術的優勢所在
心臟病仍然是全球主要的死亡原因，需要能夠以合理成本大規模生產的療法。COVID-19 mRNA-LNP 疫苗的成功表明，基于 LNP 的 mRNA 遞送可能是開發可擴展免疫療法的可行途徑，為需要廣泛基礎設施和高成本的試劑的離體 CAR T 細胞制造傳統方法提供更經濟的替代方案。之前曾報道過使用腺相關病毒代替mRNA-LNP 產生體內 CAR T 細胞。mRNA-LNP 平臺的一個潛在優勢是能夠靈活地用抗體修飾 LNP 以提高目標特異性，以及更容易生產臨床級試劑。
此外，與傳統的體外 CAR T 細胞制造方法相比，該課題組詳細介紹的無病毒體內 CAR T 細胞制造方法。消除了由慢病毒或逆轉錄病毒整合介導的意外宿主基因組改變的風險，以及在過繼轉移之前進行淋巴清除化療的需要，從而消除了通常與 CAR T 細胞療法相關的相當大的毒性來源。
臨床前仍需考慮的點
之前對靶向 FAP 的 CAR T 細胞進行了評估，一些小組報告了最小的副作用，而其他小組報告了由于與骨髓干細胞的相互作用而導致的小鼠致命的骨毒性和惡病質（肌肉萎縮）。該研究的實驗結果沒有觀察到明顯的毒性，并且 LNP 介導的抗 FAP CAR 表達主要限于脾臟。盡管如此，在轉化為臨床之前必須仔細評估這些毒性差異，并且需要更深入地表征 FAPCAR T 細胞與纖維化組織內活化的成纖維細胞之間的相互作用，以證明抗原特異性CAR T 細胞在病灶部位。
此外，雖然作者證明了 mRNA-LNP 治療大大減少了間質纖維化，需注意的是，由于存在不表達 FAP 的活化成纖維細胞，血管周圍纖維化持續會超過治療持續時間。血管周圍纖維化和相關炎癥會減少鄰近心臟組織與血管的接觸面積，并減少氧氣和營養物質的可用性，這可能會加劇病理性心臟重塑。進一步研究血管周圍纖維化的生物學可能會發現其他治療靶點。
展望
該工作為將免疫療法擴大到需求未得到滿足的疾病領域提供了強有力的理由，并且 FAPCAR T 細胞已經在癌癥的背景下進行了評估。其他纖維化疾病或相關疾病，例如FAP+成纖維細胞的慢性炎癥性疾病，也可能受益于這種方法。這項工作代表了將個性化免疫療法轉化為可獲得且價格合理的“現成”免疫療法的激動人心的一步。
參考文獻：
1.J. G. Rurik et al., CAR T cells produced in vivo to treat cardiac injury. Science 375, 91 (2022).
DOI:10.1126/science.abm0594
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0594
2.Torahito A. Gao, et al., T cells to fix a broken heart. Science (2022).
DOI:10.1126/science.abn0851
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