时空动态解析揭示CAR-T与CAR-NKT细胞在实体瘤治疗中的迥异动力学与检查点调控

时间:2026年3月14日
来源:Signal Transduction and Targeted Therapy

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本研究直面CAR-T细胞疗法在实体瘤中疗效有限、浸润不足及免疫抑制微环境等挑战,系统比较了传统CAR-T细胞与新型同种异体干细胞来源IL-15增强型CAR-NKT细胞的体内外抗肿瘤性能。通过整合时空转录组学等多维度分析,研究发现CAR-NKT细胞在归巢、浸润、持久性及免疫检查点表达谱方面均优于CAR-T细胞,并揭示了二者分别对TIGIT和CD96阻断具有不同敏感性的新机制。该工作为设计下一代实体瘤细胞疗法及联合治疗策略提供了重要的机制见解和决策依据。

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近年来,癌症免疫治疗领域取得了革命性进展,其中,嵌合抗原受体(CAR)工程化T(CAR-T)细胞疗法在血液系统恶性肿瘤治疗中取得了令人瞩目的成就。然而,当战场转向实体瘤时,CAR-T细胞却频频受挫。这主要归因于实体瘤复杂的“防御工事”——肿瘤微环境(TME),它如同一个坚固的堡垒,阻止CAR-T细胞有效浸润,并利用其内部抗原的异质性和强大的免疫抑制网络,使得CAR-T细胞难以发挥持久、强大的杀伤作用。因此,寻找能够更好地突破这些壁垒的新型免疫细胞平台,成为当前研究的热点和难点。
在此背景下,恒定自然杀伤T(iNKT)细胞作为一种独特的淋巴细胞亚群,因其兼具T细胞和自然杀伤(NK)细胞的特性而备受关注。它们天生就具备向组织归巢的能力,能够通过多种模式(如CAR、内源性T细胞受体TCR、自然杀伤受体NKR)识别并杀伤肿瘤细胞,甚至还能重塑免疫抑制性的TME。那么,将CAR“装备”到NKT细胞上生成的CAR-NKT细胞,与传统CAR-T细胞相比,在对抗实体瘤时究竟有哪些不同?它们各自在体内的“行军路线”(药代动力学)、“作战状态”(药效动力学)以及如何应对肿瘤的“干扰信号”(免疫检查点调控)有何特征?这些问题的答案,对于理性设计下一代细胞疗法、优化联合治疗策略至关重要。
为了回答这些问题,研究人员在《Signal Transduction and Targeted Therapy》期刊上发表了一项研究,对常规CAR-T细胞和同种异体干细胞来源的IL-15增强型CAR-NKT细胞在实体瘤模型中进行了全面的临床前头对头比较。他们整合了跨多个组织和时间点的时空转录组学分析,深入解析了这两种细胞疗法的体内行为差异。
研究人员在本研究中运用了几个关键技术方法来探索和比较CAR-T与CAR-NKT细胞。首先,他们分别从健康供者外周血单个核细胞(PBMC)和脐带血来源的造血干细胞与祖细胞(HSPC)出发,通过临床级制造流程和已建立的定向分化方案,生成了靶向间皮素(MSLN)的CAR-T细胞和CAR-NKT细胞。其次,为了在体内无创、实时地追踪治疗细胞的动态,他们为两种细胞工程化了萤火虫荧光素酶和增强型绿色荧光蛋白(FG)双报告系统,并结合生物发光成像(BLI)技术,系统分析了细胞在荷瘤小鼠体内的药代动力学、组织分布和持久性。再次,为了在分子层面揭示细胞的功能状态和相互作用网络,他们对从多个时间点(第0、14、28、42、56天)和多个组织部位(肿瘤部位腹腔液、外周血、脾脏、肝脏)分离的治疗细胞进行了大规模的单细胞RNA测序(scRNA-seq),并结合生物信息学分析,绘制了细胞状态图谱、代谢动态和细胞间通讯网络。最后,基于计算分析预测的关键免疫检查点通路,他们在人卵巢癌异种移植小鼠模型中,通过体内药效学实验,评估了阻断TIGIT或CD96检查点分别对CAR-T和CAR-NKT细胞抗肿瘤功效的增强作用。
研究结果
人CAR-T与CAR-NKT细胞在体内外均表现出不同的抗肿瘤功效
研究人员成功构建了靶向MSLN的CAR-T和CAR-NKT细胞。与CAR-T细胞相比,CAR-NKT细胞展现出更高的自然杀伤受体(如NKG2D)、促炎细胞因子和细胞毒介质表达,提示其具有更强的细胞毒潜力。体外杀伤实验表明,CAR-T细胞仅能杀伤MSLN阳性的肿瘤细胞,而CAR-NKT细胞则能通过CAR依赖和NK受体依赖的双重机制,有效杀伤包括MSLN阴性细胞在内的多种卵巢癌细胞。在卵巢癌异种移植小鼠模型中,CAR-NKT细胞实现了肿瘤的完全清除和动物的长期生存,疗效显著优于仅能延缓肿瘤生长的CAR-T细胞。
CAR-T与CAR-NKT细胞在抗肿瘤反应中表现出不同的体内药代动力学和药效学特征
通过活体成像追踪,研究发现CAR-T细胞在注射后会发生系统性扩散,并在约50天后出现不受控的扩增,这与异种移植物抗宿主病(xeno-GvHD)相关。相反,CAR-NKT细胞在肿瘤部位表现出更可控的、先扩增后收缩的动力学模式,并能长期(超过100天)在腹腔局部存留,系统性扩散极少,展现出更好的安全性。
CAR-NKT细胞因其独特的趋化因子受体表达模式而具有高肿瘤滞留能力
对肿瘤浸润细胞的表型分析发现,CAR-NKT细胞高表达与组织驻留相关的CD69,低表达促进循环的S1PR1。同时,它们高表达与肿瘤归巢和炎症相关的趋化因子受体(如CCR5、CXCR3),而低表达淋巴结归巢受体(如CCR7、CD62L)。这种独特的受体谱是CAR-NKT细胞卓越的肿瘤定位和滞留能力的重要分子基础。
时空基因分析揭示CAR-T和CAR-NKT细胞之间不同的细胞簇动态
单细胞转录组分析将治疗细胞分为增殖、效应样、记忆样、耗竭样和静息五个主要功能状态集群。纵向分析显示,CAR-NKT细胞在体内能维持更持久的效应样和记忆样表型,同时耗竭样细胞比例更低。而CAR-T细胞则表现出更高的耗竭倾向,特别是在肿瘤部位。
肿瘤内时程基因分析揭示CAR-T和CAR-NKT细胞之间不同的代谢动态
进一步分析肿瘤内治疗细胞的转录组发现,CAR-NKT细胞在体内随时间推移,其NK细胞特征、效应和记忆特征逐渐增强,同时维持了更稳定、更具适应性的代谢活动,如持续的氧化磷酸化。而CAR-T细胞的代谢状态波动更大。代谢组学分析也证实,CAR-NKT细胞具有独特的脂质代谢特征,这与其识别由CD1d分子提呈的糖脂抗原的生物学特性相符。
组织范围基因分析揭示CAR-NKT细胞与CAR-T细胞相比具有更慢的跨组织平衡和更少的分化进程
比较不同组织来源的细胞发现,CAR-NKT细胞在肿瘤部位的比例更高,且在不同组织间呈现更均一的、以效应/记忆样状态为主的表现,分化进程更平缓。而CAR-T细胞在肿瘤内更易向耗竭状态分化,且在不同组织间的状态差异较大。
靶向实体瘤的CAR-NKT细胞受不同于调节CAR-T细胞的免疫检查点的调控
通过细胞间通讯分析,研究人员发现CAR-T细胞与肿瘤细胞之间最显著的抑制性受体-配体对是TIGIT-CD112,而CAR-NKT细胞与肿瘤细胞之间则是CD96-CD155。体内功能验证实验证明,TIGIT阻断能显著增强CAR-T细胞的抗肿瘤功效,而CD96阻断则能特异性增强CAR-NKT细胞的疗效。这揭示了两种细胞疗法具有迥异的检查点调控网络。
同种异体HSPC来源的CAR-NKT细胞与临床使用的自体CAR-NKT细胞以及PBMC来源CAR-NKT细胞的比较
研究人员还将本研究的HSPC来源CAR-NKT细胞与已进入临床试验的自体PBMC来源CAR-NKT细胞进行了跨研究比较。尽管存在细胞来源和靶点的差异,但比较分析显示,HSPC来源的CAR-NKT细胞展现出更强的NK样表型、更高的效应和记忆相关基因表达。与自行生成的PBMC来源CAR-NKT细胞直接对比也证实,HSPC来源的细胞具有更强的增殖能力、更偏向Th1型的细胞因子分泌谱,在抗肿瘤功能上可能更具优势。
结论与讨论
本研究通过系统的临床前比较和深入的机制探索,清晰地描绘了CAR-T与CAR-NKT细胞在对抗实体瘤时的“肖像差异”。CAR-NKT细胞凭借其固有的组织归巢特性、多重杀伤机制、优越的肿瘤内滞留与持久性、更不易耗竭的功能状态以及独特的代谢和检查点调控网络,在实体瘤模型中展现出比传统CAR-T细胞更卓越的抗肿瘤疗效和潜在的安全性优势。
该研究最重要的意义在于,它不仅证实了CAR-NKT细胞作为实体瘤治疗新平台的巨大潜力,更重要的是,它从时空动态和分子机制层面,为这种优越性提供了系统性的解释。特别是发现了CAR-T和CAR-NKT细胞分别受TIGIT和CD96这两个不同免疫检查点的关键调控,这为未来设计“量体裁衣”式的联合治疗策略(例如CAR-T联合抗TIGIT,或CAR-NKT联合抗CD96)提供了直接的实验依据和全新的思路。
这项研究将CAR-NKT细胞疗法的开发从“经验尝试”向“理性设计”推进了一步。它揭示的深层生物学差异,有助于科研人员和临床医生更好地理解不同细胞产品的特性,从而根据肿瘤类型、部位和微环境特征,选择或设计最合适的细胞疗法,并搭配最有效的联合用药方案。这些发现有望加速下一代通用型、高效、低毒的细胞免疫疗法走向临床,最终为攻克实体瘤这一难题提供新的武器。

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