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华人科学家首次证明,基于干细胞改造的CAR-T能提高灵长类动物抵抗HIV的能力,并且持续存在超2年丨医麦黑科技

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2018年1月2日/医麦客 eMedClub/--2007年,一名住在柏林的年轻美国男子成为了现代医学的奇迹,在他被诊断为HIV感染12年后,病毒突然从他的体内消失了。而在此之前,Timothy Ray Brown被诊断出患有白血病,曾接受了干细胞移植治疗。事实证明,他的干细胞捐献者有一种被称之为CCR5-delta 32的罕见基因突变,使其能够抵抗HIV感染。Brown也因此成为了人人皆知的“柏林病人(the Berlin patient)”。现如今,已过去十年时间,Brown仍然是唯一一个被治愈的艾滋病患者。

尽管近年来,生物医学有了令人难以置信的进展,但真正治愈艾滋病的方法仍然让人难以捉摸。虽然抗逆转录病毒药物已经将艾滋病转变为可控状态而不再是死刑,但艾滋病病毒永久性地整合到感染细胞的基因组中,隐藏在体内,使其几乎不可能根除。自20世纪80年代以来,研究人员一直希望能够利用基因疗法改变人体的遗传物质,为艾滋病提供新的治疗途径,甚至治愈艾滋病。上述提到的Brown的病例让研究人员看到了希望,但研究人员并不能完全确定他是如何被治愈的。

上周四,发表在《PLOS Pathogens》期刊上的一项研究表明,一种基于自体造血干细胞的新型CAR-T基因疗法,或能长期为患者提供抵抗艾滋病病毒的免疫力。动物实验显示(豚尾猴),该研究团队设计的CAR-T不仅能有效识别和消灭HIV侵染细胞,而且还能在机体中持续存在超过两年的时间,维持长效免疫。

众所周知,目前抗逆转录病毒药物(cART)是艾滋病患者的标准治疗方式,其可以将患者体内HIV的数量控制在几乎无法检测的水平,但其永久性地整合到感染细胞的基因组中,隐藏在体内,几乎不可能根除。因为只有提高T细胞抵抗HIV的能力,免疫系统才有可能在这场战役中取胜,否则,无益于要求免疫细胞乘着纸飞机,拿着气枪去战斗。

正是因此,20世纪90年代中期,在美国海军医学研究工作期间,CAR-T大牛Carl June以HIV作为研究方向,花了整整十年的时间来研究如何让艾滋病患者体内的T细胞多起来。

CAR-T领域的先驱-Carl June在针对HIV的细胞和基因治疗研讨会上发表主旨演讲(图片来源 Fred Hutch)

而此次,来自加州大学洛杉矶分校的研究团队同样是以增强免疫力为出发点,采用基于造血干/祖细胞(HSPCs)改造的CAR-T细胞疗法,旨在使其为艾滋病患者提供长期抵抗HIV的能力。

HIV-1特异性细胞毒性T淋巴细胞对HIV产生关键的免疫反应,对控制病毒血症和消除HIV感染细胞至关重要。先前的研究表明,含有CD4分子的嵌合抗原受体(CD4CAR)与T细胞受体ζ链的信号结构域相连,可用于重定向外周T细胞以靶向感染HIV的细胞。CD4 CAR修饰的T细胞可以识别感染细胞上的HIV gp120包膜蛋白并对其产生应答,而且可以有效地杀死感染HIV的细胞并限制HIV在体外的复制。

早期临床试验显示,CD4 CAR-T细胞治疗艾滋病是安全的,但其抗病毒疗效有限。可能是由于不理想的T细胞处理和扩增导致CD4 CAR-T细胞的体内功能缺乏,或因为表达CD4 CAR的CD8+T细胞容易受HIV感染和消除的影响。而保护CD4 CAR修饰的细胞免受病毒侵入是确保T细胞功能和生存的必要条件。

相比较于T细胞过继疗法,基于造血干/祖细胞(HSPC)的基因治疗具有几个优点。首先,HSPC的再生性可以提供终身供应的抗原表达靶细胞的工程化T细胞,而这是实现长期免疫监视和治愈HIV感染的关键。其次,经过修饰的细胞经历了正常的T细胞分化和选择,消除了潜在的自身反应性T细胞,增加了免疫记忆发展的潜力。该研究团队先前使用人源化小鼠进行的研究显示,CD4 CAR修饰的HSPC能够成功分化出表达CD4 CAR并具有显著机制HIV复制的能力,表明基于HSPC的方法对免疫系统进行重定向的可行性。

由于艾滋病病毒感染细胞需要和CD4分子结合,因此在此次实验中,研究人员通过对自体造血干细胞进行基因改造,让分化出的CAR-T细胞表达含有CD4分子的融合蛋白,当这个融合蛋白结合艾滋病病毒时,CAR-T细胞就会被激活,从而清除病毒和被感染细胞。

在豚尾猴实验中进行初始输注后,研究人员发现基因改造过的自体干细胞可以长期存活在骨髓中,没有排斥现象,没有任何副作用。而且成功分化成了具有抵抗HIV感染的CAR-T细胞。更令人惊喜的是,在超过两年的实验周期中,研究人员自始至终都能够检测CAR-T细胞。此外,这些CAR-T细胞广泛分布于淋巴组织、胃肠道等HIV复制和滞留的主要部位。尤其在中断“鸡尾酒疗法”后,这些CAR-T细胞能起到明显的抑制病毒的作用。而这意味着一个长期的解决方案的潜力,可以减少患者对抗病毒药物的依赖,直至消灭隐藏在体内各个角落的HIV病毒。

而且值得一提的是,这项研究是首次在灵长类动物中证明基于造血干细胞改造的CAR-T能够长期提高抵抗HIV的能力,并对针对艾滋病以及多种癌症的CAR-T细胞免疫疗法都起到了一定的指导作用。

对此,论文共同第一作者、加州大学洛杉矶分校的Anjie Zhen(甄安洁)表示,将这种改造后的CAR-T细胞植入骨髓,它们就会成长为功能性免疫细胞,在体内长期“巡逻”。一旦潜伏病毒出现就及时清理,或可使患者获得对HIV的终身免疫

作为该论文的通讯作者,Kitchen表示,如果CAR-T与抗逆转录病毒等其他标准疗法相结合,有效性还会加倍。Brown只是一个非凡的病例,他经历了两次骨髓移植手术,而这通常会杀死一个人。他说,理想的情况是开发出一种类似疫苗的东西,而不需要像骨髓移植那样的侵入性手术。这个想法听起来似乎是“科幻小说”,不过,Kitchen表示,这项新疗法的临床试验很可能只是两到三年的时间。

尽管后续试验依旧面临着极大困难,但令人高兴的是,该研究为艾滋病患者提供了治愈的希望。

参考出处:

http://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1006753

https://gizmodo.com/why-has-science-only-cured-one-person-of-hiv-1821628386

http://www.sciencemag.org/news/2014/09/how-did-berlin-patient-rid-himself-hiv

http://www.xinhuanet.com/english/2017-12/29/c_136858395.htm

https://www.news-medical.net/news/20171229/Gene-therapy-with-CAR-T-cells-could-create-long-term-immunity-from-HIV.aspx

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