IL-21增强抗CD47嵌合抗原受体巨噬细胞在卵巢癌中的抗肿瘤效应

《Communications Biology》：IL-21 promotes the anti-tumor effect of anti-CD47 chimeric antigen receptor macrophages in ovarian cancer

本研究针对CAR-M疗法在实体瘤治疗中面临的肿瘤微环境(TME)免疫抑制等挑战，探索了IL-21联合抗CD47 CAR-M的治疗新策略。研究人员通过构建IL-21修饰的第二代CAR-M，证实其能通过AKT/ERK信号通路增强巨噬细胞吞噬功能，促进M1极化，并通过STAT信号激活CD8+T细胞，在体外和体内模型中显著抑制卵巢癌生长，为实体瘤免疫治疗提供了新思路。

　　

在肿瘤免疫治疗领域，嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法在血液肿瘤中取得了显著成功，但在实体瘤治疗中仍面临诸多挑战。实体瘤的免疫抑制微环境(TME)、免疫细胞浸润困难以及肿瘤异质性等问题，严重限制了CAR-T等细胞免疫疗法的效果。因此，科学家们开始将目光转向另一种重要的免疫细胞——巨噬细胞。

巨噬细胞作为终末分化的吞噬细胞，在实体瘤免疫治疗中展现出独特优势。它们不仅具有强大的吞噬能力，还能连接先天性和适应性免疫。然而，肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)通常被重编程为M2表型，发挥促肿瘤作用。将嵌合抗原受体(CAR)技术与巨噬细胞结合形成的嵌合抗原受体巨噬细胞(CAR-Ms)，成为实体瘤过继细胞治疗的新策略。

安徽医科大学涂家杰团队前期研究已证实抗CD47 CAR-Ms在卵巢癌治疗中的潜力，但第一代CAR-Ms的结构基于CAR-T细胞设计，其抗肿瘤活性维持和免疫微环境调控能力仍有提升空间。白细胞介素-21(IL-21)是一种多效性细胞因子，能调节B细胞、T细胞、树突状细胞和NK细胞的功能。近年研究发现，单核/巨噬细胞表面也表达IL-21受体(IL-21R)，IL-21可促进巨噬细胞吞噬、增强抗原提呈并影响TAMs的M1极化。

在这项发表于《Communications Biology》的研究中，研究人员探索了IL-21联合抗CD47 CAR-Ms治疗卵巢癌的新策略。他们设计了一种IL-21修饰的抗CD47 CAR结构，包含CD47单链抗体(scFv)、CD8α跨膜区和铰链区、4-1BB共刺激域以及CD3ζ细胞内信号域，IL-21通过P2A序列连接。

研究采用的主要技术方法包括：通过腺病毒载体转导THP-1巨噬细胞构建CAR-Ms；使用卵巢癌细胞系SKOV3和A2780进行体外共培养实验；建立裸鼠皮下移植瘤模型和Hu-PBMC人源化小鼠模型进行体内功能验证；通过流式细胞术、ELISA、Western blot、RNA测序和单细胞测序等技术分析细胞表型、细胞因子分泌和信号通路激活。

研究结果显示，IL-21修饰的CAR-Ms展现出更强的抗肿瘤活性。在体外实验中，抗CD47 CAR-Ms(IL-21)对CD47⁺卵巢癌细胞系的吞噬能力显著增强，肿瘤细胞存活率明显降低。机制上，IL-21通过激活AKT和ERK信号通路增强巨噬细胞吞噬功能，并促进CAR-Ms向M1表型极化，表现为CD86表达上调和IFN-γ分泌增加。

特别值得注意的是，IL-21修饰的CAR-Ms能更有效地激活细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)。在CAR-Ms、CD3⁺T细胞和肿瘤细胞共培养体系中，抗CD47 CAR-Ms(IL-21)促进CD3⁺T细胞分化为CTLs，上调CD40L和FasL表达，并增加颗粒酶B(GzmB)、穿孔素1(PRF1)、IL-2、IFN-γ、TNF-α和LT-α等抗肿瘤细胞因子的分泌。

在动物模型中，研究人员通过两种方式验证治疗效果。一种是SKOV3细胞与CAR-Ms混合皮下移植模型，另一种是先建立皮下移植瘤模型后静脉注射CAR-Ms。两种模型均显示，抗CD47 CAR-Ms(IL-21)治疗组肿瘤生长受到显著抑制，小鼠生存期延长，且未观察到明显不良反应。

在Hu-PBMC人源化小鼠模型中，单细胞RNA测序分析显示，IL-21修饰的CAR-Ms治疗组肿瘤组织中T细胞和NK细胞浸润增加，CD8⁺T细胞比例升高，调节性T细胞(Treg)比例降低。转录组分析表明，IL-21表达增加了CAR-M细胞中NOD样受体和NF-κB等炎症信号通路的富集。

安全性评估显示，CAR-Ms治疗组小鼠主要器官未见明显异常，表明抗CD47 CAR-Ms治疗安全性良好。

讨论部分指出，虽然IL-21修饰增强了CAR-Ms的活性，但该研究仅使用了免疫缺陷和人源化小鼠模型，无法模拟复杂的人体组织微环境来准确评估CAR-Ms与免疫细胞的相互作用。此外，受Hu-PBMC模型时间限制，未能评估IL-21修饰CAR-Ms对TME的长期影响。

该研究的重要意义在于，首次将IL-21应用于CAR-M修饰，证实了这种联合策略能通过直接促进巨噬细胞吞噬功能和间接激活CTLs双重机制增强抗肿瘤效果。研究不仅为卵巢癌治疗提供了新思路，也为CAR-M技术在实体瘤治疗中的优化提供了重要参考。随着细胞来源、基因递送方法、靶向性、疗效和安全性等方面的不断优化，CAR-M疗法有望在肿瘤及其他疾病治疗中发挥更大作用。