FOXO1能增强CAR-T细胞疗效
2024年4月10日，澳大利亚墨尔本彼得·麦卡伦癌症中心的研究团队在《Nature》期刊发表了题为“FOXO1 enhances CAR T cell stemness, metabolic fitness and efficacy”的文章。该研究表明：过表达FOXO1促进了健康人或患者的CAR-T细胞的干细胞样表型，这与体内线粒体适应度、持久性和治疗效果的改善有关，可以提高CAR-T细胞对抗实体瘤的疗效。
CAR-T细胞可以特异性识别并杀伤肿瘤细胞。CAR-T细胞疗法改变了血液系统恶性肿瘤的治疗，包括急性淋巴细胞白血病、B细胞淋巴瘤和多发性骨髓瘤，但CAR-T细胞疗法在实体瘤治疗中的疗效有限，无法保持足够长时间的活性，而实体瘤在所有人类癌症中占到了90%的比例。CAR-T在慢性抗原刺激、缺乏共刺激信号等压力下形成终末分化状态。这种终末分化的CAR-T类似于内源性耗竭T细胞，特点是低表达效应分子而高表达免疫检查点分子，如PD1、LAG3和TIM3。分析临床使用的抗CD19 CAR-T细胞发现好的治疗结果与更“干细胞样”的表型和线粒体质量增加有关。因此，研究者试图确定能够增强CAR-T细胞适应性和对抗实体肿瘤功效的转录因子。
之前有研究报道IL15刺激后的CAR-T细胞功效更长，故研究者用IL15刺激CD8+ CAR-T，之后进行表观遗传组和转录组测序分析，发现Foxo1基因富集最显著，FOXO1在表观遗传水平上排名也很高。FOXO1是一种转录因子，在调控细胞的增殖、分化等过程中起重要作用。在小鼠CAR-T中用CRISPR-Cas9敲除Foxo1，CD62L和TCF7下调，且当与E0771-HER2肿瘤细胞共培养时，敲除Foxo1的CAR-T中，PD1、LAG3和TIM3表达水平显著增加。在携带原位E0771-HER2乳腺肿瘤或皮下注射MC38-HER2肿瘤的小鼠模型中，FOXO1、TCF7和ID3过表达增强了CAR-T细胞的功效，并显著增加荷瘤小鼠的存活率。（图1）
图1. FOXO1-ADA（FOXO1活性变体）过表达增强了CAR-T细胞的治疗效果
（文中所有图片均来源于《Nature》杂志）
接下来，研究者研究了从治疗9天的荷瘤小鼠肿瘤和引流淋巴结（dLNs）中分离的CAR-T细胞的体内表型。与对照CAR-T细胞相比，过表达FOXO1-ADA的CAR-T细胞，促炎细胞因子IFNγ和TNF显著增加，但PD1和TIM3的表达水平无明显变化。IFNγ的分泌已被证明对CAR-T细胞在实体肿瘤环境中的抗肿瘤效果至关重要。实验表明，阻断IFNγ消除了过表达FOXO1-ADA导致的增强的CAR-T细胞治疗活性，表明表达FOXO1-ADA的细胞产生的IFNγ可能导致了治疗效果增强。研究者还发现过表达FOXO1-ADA的CAR-T的氧化磷酸化增强，且荷瘤小鼠肿瘤组织内的过表达FOXO1-ADA的CAR-T线粒体膜电位和线粒体质量（数量和大小）适应性增加。（图2）
图2. FOXO1-ADA过表达增强了体内多功能性和代谢适应度
随后，研究人员在人CAR-T细胞中研究FOXO1过表达效应。发现人CAR-T细胞中过表达FOXO1-ADA，CD62L+CD27+和CD45RA+比例增加，LAG3和TIM3表达降低，表明一种低分化干性状态。但和小鼠CAR-T不同，过表达FOXO1-ADA的人CAR-T在激活后不能有效转化为效应细胞。因此，研究人员转而使用FOXO1-WT构建FOXO1过表达CAR-T。结果表明FOXO1-WT过表达同样增加了CD62L+CD27+和CD45RA+比例，还与CCR7和CX3CR1的表达增加及CD39、TIM3和PD1的表达减少相关。为了进一步了解FOXO1过表达CAR-T细胞更像干细胞表型的机制，研究者使用RNA-seq分析了CD8+和CD4+ CAR-T细胞。与对照组相比，过表达FOXO1的CD8+ CAR-T细胞中与低分化T细胞相关的基因表达增加。FOXO1过表达CD8+ CAR-T细胞在与Lewis Y+肿瘤细胞（MCF7细胞）共培养后，糖酵解基因的表达更高。研究者进一步分析了非活化的CD8+ CAR-T细胞和活化的CD8+ CAR-T细胞，发现FOXO1的表达增加了具有更多干细胞样表型的CD8+ CAR-T细胞的比例，其次，表达FOXO1的CAR-T细胞与低分化细胞相关的基因显著富集，与糖酵解和耗竭相关的基因表达减少。（见图3）
图3. FOXO1过表达增强了人CAR-T细胞的干性和代谢适应度
为了研究体内FOXO1过表达的影响，研究者用Lewis Y CAR-T细胞治疗OVCAR-3荷瘤小鼠。结果表明，FOXO1过表达增强了CAR-T细胞的功效，肿瘤体积显著减少。其次，小鼠血液和脾脏中CD8+和CD4+ CAR-T细胞数量显著增加，对肿瘤生长的控制也显著增强了。在治疗后第12天，小鼠肿瘤中CD8+ CAR-T细胞的比例显著增加。FOXO1过表达还显著降低了肿瘤浸润性CD8+ CAR-T细胞上PD1和TIM3的表达，而不影响Ki67的表达。过表达TCF7不能达到同样的效果。（见图4）
图4. 过表达FOXO1增强了人CAR-T细胞在小鼠肿瘤移植模型中的作用
综上，FOXO1能增强CAR-T细胞疗效，促进其抗肿瘤活性。这项研究为工程化CAR-T获得更强更持久的临床效果带来了新的思路，未来可能可以惠及更多癌症患者。
云克隆开发了与该研究相关的靶标产品，部分指标节选如下：
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