让CAR-T更安全，宫宁强等开发原位聚乙二醇化CAR-T细胞，减轻细胞因子风暴和神经毒性

宾夕法尼亚大学 Michael J. Mitchell 团队（宫宁强、韩雪祥、薛璐璐为共同第一作者）在 Nature 子刊 Nature Materials 上发表了题为：In situ PEGylation of CAR T cells alleviates cytokine release syndrome and neurotoxicity 的研究论文【1】。 

该研究构建了一种原位聚乙二醇化CAR-T细胞，能够在不影响CAR-T细胞肿瘤杀伤效果的情况下，降低细胞因子释放综合征（CRS）和神经毒性（neurotoxicity）。这项最新研究提示我们，可以通过单独使用材料调控细胞间的相互作用来实现疾病治疗，原位聚乙二醇化CAR-T细胞为更安全的CAR-T细胞治疗提供了巨大希望。

Michael Mitchell教授和第一作者宫宁强博士（图片源自Mitchell实验室主页https://mitchell-lab.seas.upenn.edu/lab-members/）

IL-6R/IL-6阻断抗体，例如siltuximab（IL-6抗体）和tocilizumab（IL-6受体抗体）已在临床上被用于治疗CRS，但其未能预防神经毒性。

近年来的多项研究表明，单核细胞/巨噬细胞在这些不良反应的发生发展中起着至关重要的作用，在人源化小鼠中，单核细胞数量的增加与严重CRS相关。此外，单核细胞/巨噬细胞的过度活化是诱导CRS和神经毒性的毒性细胞因子（例如IL-6、IL-1）的来源。在清除单核细胞的小鼠中，CAR-T细胞不会引起CRS，但抗肿瘤效果也会减弱，这表明巨噬细胞可能是有效的CAR-T细胞治疗所必需的。

这些发现突出了巨噬细胞在CAR-T细胞治疗中的复杂作用，因为它们同时对CAR-T细胞介导的毒副作用和肿瘤细胞杀伤至关重要。

临床研究发现，CAR-T细胞治疗中CRS期间巨噬细胞的过度活化是CAR-T细胞-巨噬细胞相互作用的结果【2】。例如，T细胞表面蛋白CD40配体、CD69、淋巴细胞活化基因和膜表达的TNF-α可以通过细胞间相互作用激活巨噬细胞。因此，通过控制CAR-T细胞与巨噬细胞的相互作用来降低巨噬细胞的过度活化，可能为治疗CAR-T细胞治疗中的CRS和神经毒性提供一个潜在解决方案。

在这项最新研究中，研究团队构建了叠氮基团修饰的CAR-T细胞，其可以像普通未修饰的CAR-T细胞一样识别并杀伤肿瘤。在该CAR-T细胞导致了巨噬细胞的少量激活并导致了细胞因子风暴的初步症状如发热时，通过静脉输入带有DBCO修饰的长链聚乙二醇（DBCO-PEG），其在体内可以通过点击化学反应共价连接到叠氮修饰的CAR-T细胞表面。从而构建了一种原位聚乙二醇化CAR-T细胞，通过这种聚合物作为物理间隔物来阻断CAR-T细胞、巨噬细胞和肿瘤细胞之间的相互作用，从而减少了巨噬细胞的过度激活和毒性细胞因子的大量分泌。

这种阻断作用可阻碍CAR-T细胞对肿瘤的大量集中杀伤和对巨噬细胞的过度活化，从而减少毒性细胞因子的分泌，并减轻CRS相关症状。

随着时间的推移，CAR-T细胞的缓慢扩增会降低聚乙二醇（PEG）表面密度。由于肿瘤细胞和CAR-T细胞的尺寸都在10微米级别，而巨噬细胞的尺寸在20微米以上，随着PEG密度的逐步下降，CAR-T细胞与肿瘤的相互作用会先于CAR-T细胞与巨噬细胞的相互作用被激活。这保证了CAR-T细胞在杀伤肿瘤细胞的同时不会引起巨噬细胞的过度激活，从而扩大了CAR-T疗法的安全治疗窗口。

此外，与治疗性抗体tocilizumab（IL-6受体抗体）相比，这种聚乙二醇化的方法产生的致死性神经毒性也较低，这是因为在这种原位聚乙二醇化CAR-T细胞的策略中，巨噬细胞的激活得到了抑制，从而减少了引起神经毒性的细胞因子—IL-1的产生。这表明CAR-T细胞的原位聚乙二醇化提供了一种基于材料的更安全的细胞免疫治疗新策略。

原位聚乙二醇化策略管理细胞因子释放综合征和神经毒性的机制

在现代药物研发领域，研究人员主要集中于开发针对基因、蛋白质、代谢或表观遗传水平调控的细胞行为的治疗方法。而这项最新研究提示我们，可以通过单独使用材料调控细胞间的相互作用来实现疾病治疗，原位聚乙二醇化CAR-T细胞为更安全的CAR-T细胞治疗提供了巨大希望。

由于PEG的使用可能诱导体内产生抗PEG抗体，研究团队表示未来的工作将评估不同聚合物或纳米颗粒作为替代物来控制CAR-T细胞治疗的CRS和神经毒性。此外，由于细胞间相互作用涉及许多重要的生理和病理过程，未来的研究还将探索使用原位生物材料偶联策略治疗其他疾病。