肿瘤研究一直是临床领域中经久不衰的课题，而恶性肿瘤本身具有的生长迅速、侵袭性生长、易转移、高度异质性等特点，为各类恶性肿瘤的精准治疗增加了极大难度；另外大多数肿瘤为多基因性疾病,其基因组稳定性被破坏造成了基因组的易损性，这些肿瘤易损性具有多样性、动态化、连续性特征[1]，因此基因层面的研究对肿瘤的病理学探究以及靶向治疗都具有重大意义。转录组作为组学研究中的“万金油”，可结合多种组学及分子实验，打造各类解决方案，完美适配各个方向的研究，为各类生理病理机制研究提供了快捷有效的通道，目前在包括肿瘤微环境中各类细胞对肿瘤的发生发展机制，嵌合抗原受体T（CAR-T）细胞等免疫疗法的治疗效果，“冷肿瘤”向“热肿瘤”的转化等方面，都有转录组学的作用。
本期为各位老师带来一篇百迈客生物近期在转录组学辅助肿瘤治疗方案研究方面的成功案例：第四军医大学杨安钢教授团队在 Cellular & Molecular Immunology 期刊上发表的题为 SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors 的文章，期待能为各位老师带来新的研究思路。
中文标题：CAR-T细胞中SMAD7的表达提高了实体瘤的持久性和安全性
英文标题：SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors[2]
期刊名称：Cellular & Molecular Immunology
影响因子：24.1
合作单位：第四军医大学
百迈客生物在该研究中提供了转录组测序及部分数据分析服务。
研究背景
过继性T细胞免疫治疗迄今为止在治疗血液病恶性肿瘤方面取得了良好的疗效。然而，其中CAR-T细胞治疗在实体瘤患者中产生的临床反应却有限。TGF-β1是最常参与肿瘤发生的转化生长因子（TGF-β），据报道，TGF-β信号通路的过度活跃可促进转移，抑制T细胞的增殖和激活，并抑制浸润淋巴细胞的杀瘤能力，而SMAD7可以通过与TβRI形成稳定的复合物来减弱TGF-β信号通路，从而抑制R-SMADs（受体调节的SMADs）的磷酸化。重塑免疫微环境并增强免疫治疗的抗肿瘤作用，其中一种方法就是编辑TGF-β受体，使T细胞无法对TGF-β产生反应。作者假设，将SMAD7引入CAR-T细胞可能同时通过分别重塑免疫抑制TME（肿瘤微环境）和减少炎症细胞因子的产生来提高癌症治疗的有效性和安全性，因此，本文研究团队设计了靶向人表皮生长因子受体2（HER2）的CARs，评估了SMAD7对CAR-T细胞治疗的抗肿瘤性能的影响，并通过研究TGF-β和NF-κB通路之间的潜在的串扰来探讨其潜在的机制。
材料方法
材料：传统靶向间皮素靶点的一组CAR-T细胞（H28z、1928z、M28z），以及利用T2A元件构建各自对应的共表达SMAD7的细胞株系（S7H28z，S71928z，S7M28z）；
方法：转录组+qPCR+免疫组化+ELISA+WB（蛋白印迹分析）等
研究结果
利用T2A元件，作者设计了针对CD8α柄、共刺激结构域（CD28）和CD3ζ细胞内结构域，共翻译表达SMAD7片段的CAR-T细胞（S7H28z，S71928z，S7M28z），长期培养后发现，SMAD7显著改善了CAR-T细胞与表达HER2的HeLa细胞共培养时的细胞毒性，同时当与HER2+HeLa细胞共培养时，表达SMAD7的CAR-T细胞与不含SMAD7 CAR-T细胞相比增殖更快。为了更好地理解SMAD7如何影响CAR-T细胞的基因表达谱，我们将其与HER2+Fluc+ HeLa细胞共培养后进行了转录组测序，与传统的CAR-T细胞相比，共表达SMAD7的细胞系中标志T细胞衰竭的PDCD1、LAG3和TIGIT显著下调，同时标志T细胞持续激活并分化为记忆表型的CD27、Jun和KLF9上调，富集分析结果表明传统CAR-T细胞与共表达SMAD7的细胞之间的差异基因主要富集在T细胞分化、近端T细胞受体信号通路和细胞因子产生等通路，这些结果表明，共表达SMAD7的CAR-T细胞的特点是在抗原暴露后可减轻衰竭和减少细胞因子的产生。
关于CAR-T细胞中TGF-β信号通路的调控作用，作者结合流式细胞检测结果发现，与传统的CART细胞在暴露于增加浓度的rhTGF-β1时TβRI显著上调不同，共同表达SMAD7的细胞在rhTGF-β1处理后TβRI（TGF-β受体）水平是下降的，RNA-seq和qPCR检测表明，在HER2+肿瘤细胞刺激后，与对照组CAR-T细胞相比，共表达SMAD7的CAR-T细胞中细胞因子的产生显著减少，即SMAD7阻碍了CAR-T细胞中细胞因子的合成。
此外，细胞溶解能力检测结果表明，在7轮CAE（连续抗原暴露）和随后与HER2+Fluc+ HeLa细胞共培养后，表达SMAD7的CAR-T细胞的效应亚群比例显著升高，说明SMAD7参与了CAE期间CAR-T细胞的持续溶细胞活性，可能是通过抑制TGF-β信号，从而减少T细胞的衰竭和细胞溶解活性。小鼠体内移植模型结果显示，用表达SMAD7的CAR-T细胞处理的小鼠血清中的细胞因子水平远低于用常规CAR-T细胞处理的小鼠。因此，SMAD7的表达提高了CAR-T细胞治疗的安全性，而不影响肿瘤根除的效果，同时SMAD7的表达使CAR-T细胞具有持续的抗肿瘤疗效。综上所述，本研究证明了靶向TGF-β信号通路作为一种提高CAR-T细胞治疗实体肿瘤的有效性和安全性的新方法的可行性。
参考文献：
[1] 吴先国,朱永良,黄建.桥接基因型与表型的功能性精准肿瘤学[J/OL].科学通报:1-10[2024-05-24].
[2] Liang S, Zheng R, Zuo B, Li J, Wang Y, Han Y, Dong H, Zhao X, Zhang Y, Wang P, Meng R, Jia L, Yang A, Yan B. SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors. Cell Mol Immunol. 2024Mar;21(3):213-226. doi: 10.1038/s41423-023-01120-y. Ep ub 2024 Jan 4
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