嵌合抗原受体T（CAR T）细胞治疗在血液系统恶性肿瘤中取得了显著的成功，但在实体瘤的治疗仍然看不到希望，最近的一些研究表明实体肿瘤微环境中CAR T细胞衰竭或功能障碍是导致实体瘤CAR T细胞治疗难以成功的主要障碍【1】。然而，是什么介导了CAR T细胞的功能障碍呢？目前还没有什么线索。

为了解开间皮素重定向的CAR T（M5CAR T）细胞的功能障碍线索，从而开发用于实体瘤治疗的CAR T细胞疗法，2021年12月2日，宾夕法尼亚大学Regina M. Young, Shelley L. Berger和CAR T细胞疗法的先驱Carl H. June研究小组合作在Cell杂志上发表题为An NK-like CAR T cell transition in CAR T cell dysfunction的研究论文，在这篇研究论文中，作者通过模拟肿瘤微环境中的CAR T细胞，建立了持续性抗原暴露体外模型，确定了CAR T细胞功能障碍的机制，即细胞从T细胞转变为NK样T细胞，找到了导致细胞功能障碍的特征转录因子ID3和SOX4，为实体瘤的CAR T治疗带来了新的希望。

解决这个问题的第一步是要开发一种体外CAR T细胞模型，因此作者首先建立了一个稳定的持续性抗原暴露（continuous antigen exposure，CAE）模型，从而驱动CAR T细胞衰竭/功能障碍，RNA测序结果显示该模型再现了T细胞衰竭的标志性特征，与人体和小鼠的T细胞衰竭/功能障碍的特征一致。

IPA通路分析显示在这个模型中，T细胞衰竭、PD-1/PD-L1免疫治疗和CTLA4信号通路被富集（图1，蓝色）；与自然杀伤（NK）细胞相关的途径也被富集（图1，红色）。多个NK受体上调，包括KLRC1、KLRC2、KLRC3、KLRB1、KLRD1和KIR2DL4等。接下来作者锚定了几个重要的转录因子，包括CAE 模型中上调的EGR1、ID3、SOX4、RBPJ和下调KLF2、BCL6、LEF1等。

这项研究更重要的突破是，作者在这个模型中还发现了新的CAR T细胞功能障碍特征：即CD8+T细胞向NK样T细胞的转变。为了确认NK样CAR T细胞表型转变现象是否也发生在体内，作者在异种移植小鼠胰腺肿瘤和肺肿瘤中做了验证，同时对一项癌症患者的临床试验（NCT02030834）进行了回顾性评估，鉴定出具有NK样转变的CAR T细胞。

下一步的突破口是找到调控CAR T功能障碍和NK样T细胞转化的共同转录因子。作者分析了单细胞RNA测序的数据集，发现ID3和SOX4始终与CAE T细胞中的其他功能障碍特征基因共同表达（图2）。ID3和SOX4也都是记忆性CD8+T细胞发育中的关键转录因子【2】。ID3是不直接结合DNA的，而是抑制其他转录因子结合DNA的螺旋-环-螺旋转录因子家族的成员【3】，因此，ID3缺乏特定的DNA结合基序。然而恰好SOX4具有已知的DNA基序【4】，在持续性抗原暴露后，CAR T细胞在SOX4位点形成染色质开口。

为了确认ID3和SOX4的调节作用，作者对ID3-KO和SOX4-KO的CAR T细胞进行持续性抗原暴露20-28天后，分析其转录谱及细胞毒性。与野生型CAR T细胞不同，ID3-KO和SOX4-KO的CAR T细胞保留了抗肿瘤免疫。尽管作者在这里没有进行体内实验以确认这两个转录因子在体内是否具有相似功能，但细胞实验提示了CAR T细胞的可塑性，下调ID3和SOX4基因可以通过预防或延迟CAR T细胞功能障碍来提高实体瘤CAR T细胞治疗的疗效。

图３：CAR-T细胞功能障碍中的NK样CAR-T细胞转变（MSLN：间皮素）。

综上所述，作者构建的体外模型重现了CAR T细胞功能障碍，还发现了新的机制，即CD8+T细胞向NK样T细胞状态转变的特征（图3）。无论是在CAR T功能障碍的小鼠模型中，还是在CAR T细胞治疗的患者中，在体内体外都得到了证实。作者进一步还证实了破坏CAR T细胞中的转录因子ID3和SOX4可增强肿瘤杀伤作用。这项研究引发出了一个新的策略，以期能够提高实体瘤中的CAR T细胞治疗的疗效。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.016

1. Poorebrahim, M., et al. (2021). Counteracting CAR T cell dysfunction. Oncogene 40, 421–435.

2. Yang, C.Y., et al. (2011). The transcriptional regulators Id2 and Id3 control the formation of distinct memory CD8+ T cell subsets. Nat. Immunol. 12, 1221–1229.

3. Benezra, R., Davis, R.L., Lockshon, D., Turner, D.L., and Weintraub, H. (1990). The protein Id: a negative regulator of helix-loop-helix DNA binding proteins. Cell 61, 49–59.

4. Fornes, O., et al. (2020). JASPAR 2020: update of the open-access database of transcription factor binding profiles. Nucleic Acids Res. 48 (D1), D87–D92.