嵌合细胞因子受体chIL4-21R对CAR-T细胞的增效作用及其机制研究

The efficacy of chimeric antigen receptor modified T cell (CAR-T) therapy on solid tumor needs to be improved. IL-4 is one of the important factors that inhibit the persistence and effector function of CAR-T cells in tumor microenvironment. On the contrary, IL-21 is a cytokine that can promote the survival and tumor killing of CAR-T cells, whose receptor signal transduction pattern is very similar to that of IL-4. To protect solid tumor directed T cells from such negative influences, we developed a chimeric cytokine receptor named chIL4-21R in which the interleukin (IL) 4 receptor exodomain was fused to the IL21 receptor endodomain, so that an immunosuppressive signal of IL4 becomes immunostimulatory signal of IL21. In this study, we aim to investigate the improving mechanism of the Chimeric Cytokine Receptor chIL4-21R on promoting the survival and infiltration of CAR-T cells in immunosuppressive tumor microenvironment, which would finally enhance the therapeutic effect of CAR-T cells on solid tumors and achieve the effect of "one stone with two birds". It is expected to provide a new strategy for CAR-T cell therapy targeting solid tumors.

嵌合抗原受体（CAR）基因修饰的T细胞疗法已经在多种血液病肿瘤的临床实验中取得了显著疗效，但是对实体肿瘤的治疗效果仍然欠佳。肿瘤微环境中IL-4是抑制CAR-T细胞功能的重要因子之一，如何改进和优化CAR-T细胞使其克服IL-4的抑制作用，是CAR-T细胞治疗研究的重要内容。IL-21是一种可促进CAR-T细胞存活及杀肿瘤能力的细胞因子，且其受体信号转导模式与IL-4极为相似。因此，本课题拟构建IL4R胞外区和IL21R胞内区的嵌合细胞因子受体（chIL4-21R），观察是否可以将胞外IL-4抑制信号转化为IL-21刺激信号，从而促进CAR-T细胞在免疫抑制性肿瘤微环境中能更好地存活、浸润等，最终可增强CAR-T细胞的对实体瘤的治疗疗效，达到“一石二鸟”的效果。通过该嵌合细胞因子受体IL-4R/IL-21R的增效功能及作用机理研究，可望为靶向实体肿瘤的CAR-T细胞疗法提供新的策略和思路。

肿瘤微环境中的免疫抑制性信号是阻碍CAR-T细胞治疗的重要因素。除了采用基因敲除抑制性受体的方法阻断信号，表达嵌合细胞因子受体（ICR）可将CAR-T细胞外抑制性信号转换为胞内激活性信号，达到“一石二鸟”的效果。IL4是肿瘤微环境中的抑炎因子之一，而IL21与其同属于IL2细胞因子家族，具有促进T细胞效应和记忆性、抑制T细胞耗竭的作用。因此我们将IL4受体胞外区与IL21受体跨膜区、胞内区融合，构建了表达IL4/IL21嵌合细胞因子受体（4/21 ICR）的新一代CAR-T细胞。通过IL4体外刺激后发现，4/21 ICR引起了IL21信号下游STAT3磷酸化及相关靶基因的表达。通过对CAR-T细胞的表型分析发现，GPC3-CAR-4/21 ICR-T细胞在IL4诱导下趋向于Th17样分化。通过体外毒性实验发现，GPC3-CAR-4/21 ICR-T细胞对IL4的抑制具有一定抵抗能力。通过连续靶细胞刺激实验，证明GPC3-CAR-4/21 ICR-T细胞在富含IL4的条件下具有持久的抗肿瘤功能，且具有高水平中心记忆性T细胞表型和颗粒酶B的表达。最后，通过两种动物模型治疗实验发现，GPC3-CAR-4/21 ICR-T细胞的体内抗IL4+肿瘤能力增强，其体内存活能力增强，CD4+ T细胞存活比例较高。以上结果说明，在IL4刺激下，4/21 ICR可能通过激活IL21-STAT3信号，促进CAR-T细胞Th17样和记忆性T细胞分化，增强CAR-T细胞对IL4+肿瘤的杀伤能力和体内存活。与传统的二代CAR-T细相比，研发的新一代CAR-T细胞在动物模型中的疗效具有明显的提升，有望为CAR-T细胞治疗实体肿瘤的应用提供新的思路和策略。