浙江大学研究团队：揭示增强CAR-T细胞抗肿瘤功效及其表观机制

近日，浙江大学医学院/良渚实验室钱鹏旭研究员、浙江大学医学院附属第一医院/良渚实验室黄河教授共同在《Cell Reports》发表题为“Class I HDAC inhibitors enhance antitumor efficacy and persistence of CAR-T cells by activation of the Wnt pathway”的研究论文，我们的研究结果表明，在CAR-T细胞中，特别是M344和chidamide，使用I类HDACi进行表观遗传干预，可以提高抗肿瘤功效，形成更好的记忆力和抗衰竭能力。

研究背景

嵌合抗原受体T（CAR-T）细胞由抗原结合单链可变片段（scFv）、铰链/跨膜结构域、细胞内刺激结构域（如CD28和4-1BB）和CD3ζ组成，在血液系统恶性肿瘤的临床治疗中取得了显著的成功。尽管如此，由于CAR-T细胞耗竭和功能障碍导致的治疗后耐药性和复发通常会导致令人沮丧的临床结果。近期的研究表明，长寿命的记忆CAR-T细胞与CAR-T细胞治疗后患者的持久性延长、肿瘤监测更强和生存率提高有关。然而，CAR-T细胞耗竭和记忆潜力的潜在机制在很大程度上仍然模糊不清。

CAR-T 细胞耗竭的特征是增殖和细胞毒性降低，抑制性受体表达上调，主要由慢性抗原的持续刺激或 CAR 自聚集的强直信号诱导。越来越多的证据表明，表观遗传作为一种先天机制调节CAR-T细胞功能障碍。表观遗传修饰包括染色质重塑、组蛋白乙酰化、DNA 甲基化和 RNA 修饰，它们参与决定细胞命运和影响 T 细胞功能的转录调控。通过基因编辑或药物进行表观遗传干预，有效增强了CAR-T细胞对终末耗竭的抵抗力。在我们之前的研究中，我们剖析了染色质可及性和CAR-T细胞耗竭过程中涉及的关键转录因子的综合动态单细胞景观。因此，探索通过表观遗传重塑改善CAR-T细胞功能的新策略值得进一步研究。

组蛋白脱乙酰酶（HDAC）与组蛋白乙酰转移酶（HAT）对抗组蛋白乙酰化的动态平衡，它们共同调节染色质可及性和下游基因转录。HDAC可以根据其在活性酶结构域中的进化保守性和相似性分为两个主要亚群和五个不同的类别。细胞毒性 T 淋巴细胞（CTL）和肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）中的抗肿瘤活性增强可以通过抑制 HDAC 或增加组蛋白乙酰化来实现。HDAC抑制剂（HDACi）是一组小分子药物，可特异性抑制HDAC对组蛋白的活性。微生物短链脂肪酸的代谢调节还通过激活mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶标）信号通路抑制CD8 T细胞的HDAC活性和增强效应功能。然而，CAR-T细胞与HDACi的结合发挥协同抗肿瘤作用尚未明确。

研究结果

本研究，我们通过对染色质修饰药物的高通量筛选，将 I 类组蛋白脱乙酰酶抑制剂（HDACi）鉴定为 CAR-T 细胞功能的增强剂，其中 M344 和奇达酰胺（chidamide）增强了 CAR-T 细胞的记忆维持和对耗竭的抵抗力，从而在体外和体内诱导持续的抗肿瘤功效。从机制上讲，HDACi 降低 HDAC1 表达并增强 H3K27ac 活性。来自 RNA-seq、ATAC-seq 和 H3K27ac CUT&Tag-seq 的多组学分析表明，HDACi 上调 TCF4、LEF1 和 CTNNB1 的表达，随后激活经典的 Wnt/β-catenin 通路。总之，我们的研究结果阐明了I类HDACi在增强CAR-T细胞功能中的功能作用，为CAR-T细胞治疗与HDACi治疗的协同组合提供了基础和治疗靶点。

研究结论

总之，我们的研究结果提供了令人信服的证据，证明HDACi，特别是M344和chidamide，通过表观遗传重塑和激活经典Wnt信号通路，在强直信号传导和抗原暴露下，通过维持记忆表型和减少CAR-T细胞的耗竭。CAR-T细胞疗法与HDACi维持疗法的结合在实现更好的临床疗效方面具有广阔的前景。未来，多组学技术的运用将为我们全面了解CAR-T细胞生物学功能的动态变化，探索新的治疗靶点和干预策略提供创新视角。