在一项新的研究中，来自美国圣犹大儿童研究医院的研究人员证实在某些情况下，可以在治疗前预测杀死癌症的嵌合抗原受体(CAR)T细胞(CAR-T)的长期表现。该研究提供了一个独特的基于细胞测序的框架来衡量和改善CAR-T细胞免疫疗法的性能。相关研究结果于2022年7月6日在线发表在Cancer Discovery期刊上，论文标题为“Common trajectories of highly effective CD19-specific CAR T cells identified by endogenous T cell receptor lineages”。

CAR-T细胞通过利用患者的免疫系统识别和杀死癌细胞而发挥作用。这种免疫疗法已被证明对治疗儿童和成人白血病和淋巴瘤有效，但该疗法有时会失败或随着时间推移而减弱。

这些作者利用实验室中的先进技术，在准备用于治疗的全部CAR-T细胞中，发现了一小部分CAR-T细胞在输注给急性淋巴细胞白血病(ALL)患儿时产生了大部分持久的抗癌活性。他们创建的这种方法框架可作为改进其他CAR-T细胞疗法的模板，为驾驭这些免疫疗法的复杂性提供指导。

论文通讯作者、圣犹大儿童研究医院免疫学系的Paul Thomas博士说，“这是一个令人惊讶的发现。似乎是输注前CAR-T细胞产品中的少数细胞实际上对患者的抗肿瘤反应有贡献。”

在这项新的研究之前，研究人员假设在单一制剂中产生的大多数CAR-T细胞是相似的，癌症清除活性代表这些细胞制剂的平均活性。

论文共同作者、圣犹大儿童研究医院免疫学系的Jeremy Chase Crawford博士说，“我们发现，在这种情况下，一小群CAR-T细胞是清除癌症的驱动力。找到这些驱动治疗的CAR-T细胞的能力是非常重要，因为在未来，这种方法的改进版本可能用来识别和富集在输注时对患者有帮助的CAR-T细胞，而不是那些没有帮助的CAR-T细胞。”

潜在成功的标签

这些作者在输注前的在体内将变成效应T细胞的CAR-T细胞中发现了一种独特的基因表达“标签(signature)”，其中效应T细胞是杀死癌细胞的免疫细胞类型。他们在这一标签中发现了三个基因，它们编码在T细胞表面上表达的蛋白。携带特定表面蛋白组合的CAR-T细胞变成效应T细胞;其他CAR-T细胞变得功能失调。

这种按表面标志物对细胞进行分类的技术是存在的，可能用来富集CAR-T细胞制剂，以便仅纳入注定要变成效应T细胞的CAR-T细胞。这些作者指出，这项新的研究中发现的细胞表面标志物可能是CAR-T细胞、ALL和患者群体这一组合所特有的。但是，他们开创的方法可以作为其他CAR-T细胞疗法如何改进的原理证明。

随着时间的推移，效应基因和功能失调基因的表达与CAR-T细胞亚群的动力学相关。

为了找到这种基因表达标签，这些作者在实验室里收集了CAR-T细胞，然后再给患者输注它们。他们后来在这项新研究的几周和几个月后收集了这些患者的血液样本。他们能够使用单细胞RNA测序法追踪输注的CAR-T细胞的命运。

Thomas说，“如今几乎所有关于CAR-T细胞产品的评估都是在批量水平上进行的。我们发现你需要在单细胞水平上确定将在患者体内变成关键的效应T细胞的CAR-T细胞的表型。”

识别CAR-T细胞后代的条形码

这项作者的新方法将T细胞“条形码”与儿科癌症患者的单细胞基因表达测序相结合。这使他们能够跟踪T细胞谱系。从患者身上提取的每个原始T细胞谱系都有独特的蛋白，即T细胞受体(TCR)。在患者身上，遭受激活的CAR-T细胞在遇到癌细胞后会进行分裂和增殖。因此，来自患者的每一个具有相同TCR的T细胞都是同一原始的在输注到患者体内前在实验室接受基因修饰的T细胞谱系的后代。因此，TCR可以作为CAR-T细胞特定谱系的条形码。

这些作者对输注前的CAR-T细胞和治疗后的患者样本中的TCR进行了测序。利用机器学习，他们比较了通过单细胞测序获得的基因转录本，以了解CAR-T细胞是否变成效应T细胞。从这种追踪中，他们发现，一小部分输注前的CAR-T细胞，特别是那些具有前效应标签的CAR-T细胞，会变成效应T细胞并在患者体内增殖。

这些作者强调了团队科学的优点，以及单细胞技术与大数据分析相结合，开发有效的癌症细胞免疫疗法的前景。