《Cell》困扰科学家的未解之谜：为什么免疫系统导致大脑认知障碍？

时间：2025年5月13日

来源：Cell

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免疫疗法虽革新癌症治疗，但长期认知影响不明。为探究其机制，研究人员开展 CAR-T 细胞疗法对小鼠认知影响的研究。结果显示该疗法会致小鼠认知障碍，还发现相关细胞变化及可改善的方法。这为优化癌症患者生活质量提供依据。

在癌症治疗的广阔领域，免疫疗法宛如一颗璀璨新星，为众多肿瘤患者带来了新的希望。然而，这颗 “星星” 背后却隐藏着一些未知的 “阴影”。癌症治疗相关认知障碍（CRCI）长期困扰着大量癌症幸存者，传统癌症疗法常引发如记忆、注意力、信息处理速度等方面的认知问题，而免疫疗法虽崭露头角，但其潜在的长期认知影响却如同迷雾，尚未被完全揭开。早期研究暗示免疫疗法可能也会增加认知症状的风险，尤其是嵌合抗原受体（CAR）T 细胞疗法，它在治疗难治性血液恶性肿瘤方面成果显著，却也伴随着急性神经毒性综合征，至于更长期、更细微的影响则鲜为人知。为了驱散这片认知的 “迷雾”，来自斯坦福大学医学院等多个机构的研究人员展开了深入探索，相关研究成果发表在《Cell》杂志上。

研究人员主要运用了动物模型构建、行为学测试、单细胞测序、免疫组化等关键技术方法。他们构建了多种患者来源的小鼠异种移植模型，包括中枢神经系统（CNS）和非 CNS 癌症模型，还使用了免疫健全的小鼠模型。通过这些模型，利用新颖物体识别测试（NORT）和 T 迷宫测试等行为学方法评估小鼠认知功能；借助单细胞测序分析患者和小鼠的细胞状态变化；运用免疫组化技术观察细胞形态和数量变化。

研究结果

CAR-T 细胞疗法导致小鼠认知障碍：研究人员利用多种小鼠癌症模型，包括 H3K27M + 弥漫性脑桥胶质瘤（DIPG）模型、前 B 细胞急性淋巴细胞白血病（ALL）模型、两种骨肉瘤模型和黑色素瘤模型。在这些模型中，接受肿瘤清除性 CAR-T 细胞疗法的小鼠，在 NORT 和 T 迷宫测试中表现出认知障碍，如注意力和短期记忆受损。但在快速清除的骨肉瘤模型中，小鼠认知功能未受影响，这表明并非所有 CAR-T 细胞疗法都会导致认知障碍。
持续性脑脊液细胞因子和趋化因子升高：在接受肿瘤清除性 CAR-T 细胞疗法 1 个月后，DIPG、ALL 和侵袭性骨肉瘤模型小鼠的脑脊液中，细胞因子和趋化因子水平显著升高，如嗜酸性粒细胞趋化因子（Eotaxin/CCL11）、CCL2、CCL7 和 CXCL10 等。而在快速清除的骨肉瘤模型中，这些因子水平未升高。这表明 CAR-T 细胞疗法引发的免疫反应可能与认知障碍相关。
白质微胶质细胞持续反应性增强：在接受肿瘤清除性 CAR-T 细胞疗法的小鼠中，DIPG、ALL 和侵袭性骨肉瘤模型的白质区域，尤其是皮层下和海马白质中的微胶质细胞数量和反应性增加。快速清除的骨肉瘤模型中，微胶质细胞未出现这种变化。通过对侵袭性骨肉瘤模型小鼠的微胶质细胞进行 RNA 测序，发现其转录状态发生改变，与炎症性髓鞘疾病中的微胶质细胞状态相似。
CAR-T 细胞疗法破坏少突胶质细胞谱系细胞动态平衡：在 DIPG、ALL 和侵袭性骨肉瘤模型中，肿瘤清除性 CAR-T 细胞疗法导致皮层下白质中的少突胶质前体细胞（OPCs）和成熟少突胶质细胞数量减少，这可能影响髓鞘稳态。在黑色素瘤模型中，化疗后也出现类似减少。而快速清除的骨肉瘤模型中，少突胶质细胞未受影响。
CAR-T 细胞疗法损害海马神经发生：在 DIPG、ALL 和侵袭性骨肉瘤模型中，接受肿瘤清除性 CAR-T 细胞疗法的小鼠，海马齿状回中的神经发生减少。快速清除的骨肉瘤模型中，神经发生未减少。在免疫健全的小鼠黑色素瘤模型中，化疗后神经发生减少，CAR-T 细胞疗法未使其进一步减少。
颅内给药同样导致细胞失调：在 DIPG 模型中，对小鼠进行颅内注射 GD2-CAR T 细胞，发现不同剂量的 CAR-T 细胞均能清除肿瘤，但也导致小鼠认知障碍、微胶质细胞反应性增强、少突胶质细胞数量减少和海马神经发生受损，与静脉注射的结果相似。
患者接受 CAR-T 细胞疗法后的细胞状态变化：通过对接受 GD2-CAR T 细胞疗法治疗 DIPG 的患者额叶皮层和皮层下白质进行单细胞 RNA 测序，发现患者的微胶质细胞和少突胶质细胞状态发生改变。微胶质细胞中，稳态微胶质细胞亚群减少，出现多种反应性微胶质细胞亚群；少突胶质细胞谱系细胞也出现异常状态。
治疗干预研究：研究人员尝试用不同方法干预 CAR-T 细胞疗法导致的认知障碍。使用 IL-1α 抑制剂阿那白滞素（Anakinra）未能改善细胞失调和认知缺陷；而使用集落刺激因子 1 受体（CSF1R）抑制剂 PLX5622 耗尽微胶质细胞，可恢复少突胶质细胞数量并改善认知功能；抑制趋化因子受体 CCR3 也能减少微胶质细胞数量，恢复成熟少突胶质细胞数量并改善认知行为。

研究结论与讨论
这项研究揭示了 CAR-T 细胞疗法在治疗 CNS 和非 CNS 恶性肿瘤的小鼠模型中，会引发持续性神经炎症、多谱系神经细胞失调，进而导致认知障碍。这些发现得到了患者样本单细胞 RNA 测序分析的支持，表明免疫疗法相关认知障碍（IRCI）与化疗和颅脑放疗引起的认知障碍在机制上有相似之处，都涉及白质选择性微胶质细胞反应性、少突胶质细胞稳态破坏和海马神经发生受损。同时，研究还发现靶向反应性微胶质细胞或趋化因子信号通路可以挽救细胞和认知功能障碍，为改善接受 CAR-T 细胞疗法患者的认知功能提供了潜在的治疗方向。然而，研究也存在一定局限性，如使用免疫缺陷小鼠模型可能无法完全反映人体的免疫反应，且患者来源的异种移植模型存在移植物抗宿主病，无法研究长期影响。尽管如此，该研究为理解 CAR-T 细胞疗法的认知后果提供了重要依据，有望推动相关治疗策略的发展，优化癌症幸存者的生活质量。