科研成果: “Gasdermin E-mediated Target cell pyroptosis by CAR T cells triggers cytokine release syndrome”(黄波)

发布时间:2020-10-29

导读:  黄波课题组于2020117日在Science Immunology杂志发表研究论文“Gasdermin E-mediated Target cell pyroptosis by CAR T cells triggers cytokine release syndrome”。该研究工作揭示了CAR T细胞治疗引发炎症因子释放综合征的机制,并采用小鼠模型,对上述的多个环节进行干预,为CAR T治疗的炎症风暴提供了潜在的有效干预手段。

文章链接:https://immunology.sciencemag.org/content/5/43/eaax7969.long

 

 

1.CAR T细胞使肿瘤细胞发生焦亡进而活化巨噬细胞引发炎症风暴

 

细胞内包含很多种分子,其一旦被释放出来,即可刺激免疫细胞释放炎症因子。巨噬细胞是机体专职的吞噬细胞,其不仅吞噬入侵体内的病菌,而且吞噬自身衰老的细胞及细胞碎片。不仅如此,巨噬细胞极容易被激活,释放多种促炎因子。这些促炎因子作用于毛细血管,使得血管扩张(红),血管通透性增加,血液漏出(肿),并且周围细胞代谢加快,产热增加(热),而促炎因子作用神经末梢产生疼痛,此即为我们熟知的炎症的红肿热痛表现。T细胞杀伤肿瘤细胞主要是通过释放两种蛋白质,分别称为穿孔素和颗粒酶。穿孔素在肿瘤细胞表面打孔,颗粒酶顺着孔进入肿瘤细胞内启动死亡程序。CAR T细胞是人工改造的T细胞,其杀伤肿瘤细胞引发肿瘤细胞肿胀裂解,医学上将这种细胞死亡方式称为焦亡。但是,我们机体内天然的T细胞杀伤肿瘤细胞并不引发细胞肿胀,反而是使细胞越来越固缩,医学上将这种细胞死亡方式称为凋亡。焦亡和凋亡的本质差别是,前者引发炎症,是病理过程;而凋亡是细胞正常死亡形式,是生理过程,并不引发炎症。

黄波团队深刻解析造成凋亡和焦亡两种死亡方式其背后的机制,并通过研究发现活化的CAR T细胞所释放的穿孔素和颗粒酶的数量远远高于自然的T细胞所释放的量。这种量的差别导致肿瘤细胞内一种诱导焦亡的分子,英文名为gasdermin E,被大量激活,该分子能够高效在细胞膜表面打孔,导致细胞外的液体进入细胞内,从而使得CAR T细胞所攻击的肿瘤细胞走向焦亡。黄波团队通过进一步的研究阐释了CAR T细胞所致的炎症风暴的机制,CAR T细胞所致的肿瘤细胞焦亡,使得细胞内的能量分子ATP被大量释放,ATP强烈激活巨噬细胞,使得巨噬细胞大量释放细胞因子,从而导致机体炎症风暴。团队采用小鼠模型,对上述的多个环节进行干预,均能够阻断炎症风暴的发生。

这项研究工作不仅对当前的免疫细胞疗法具有重要的指导意义,对于CAR T治疗的炎症风暴提供潜在有效干预手段,而且对自身免疫性疾病的发病机理以及正在兴起的自身免疫性疾病的细胞疗法,提供借鉴意义。

【摘要】Cytokine release syndrome (CRS) counteracts the effectiveness of chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapy in cancer patients, but the mechanism underlying CRS remains unclear. Here, we show that tumor cell pyroptosis triggers CRS during CAR T cell therapy. We find that CAR T cells rapidly activate caspase 3 in target cells through release of granzyme B. The latter cleaves gasdermin E (GSDME), a pore-forming protein highly expressed in B leukemic and other target cells, which results in extensive pyroptosis. Consequently, pyroptosis-released factors activate caspase 1 for GSDMD cleavage in macrophages, which results in the release of cytokines and subsequent CRS. Knocking out GSDME, depleting macrophages, or inhibiting caspase 1 eliminates CRS occurrence in mouse models. In patients, GSDME and lactate dehydrogenase levels are correlated with the severity of CRS. Notably, we find that the quantity of perforin/granzyme B used by CAR T cells rather than existing CD8+ T cells is critical for CAR T cells to induce target cell pyroptosis.

该研究由中国医学科学院基础医学研究所和医学分子生物学国家重点实验室黄波团队联合国内多家临床医院共同完成。基础医学研究所重点实验室刘玉英、方依亮以及郑州大学第一附属医院陈新峰为本文的共同第一作者,黄波教授为通讯作者。此研究获得国家自然科学基金(8178810181661128007815300808177306291942314)、中国医学科学院医学与健康科技创新工程基金(2017-I2M-1-0012016-I2M-1-007)资助。北京大学人民医院张晓辉教授、郑州大学第一附属医院生物细胞治疗中心张毅教授、河南省肿瘤医院郑州大学附属肿瘤医院高全立教授同时参与了此研究项目。

医学分子生物学国家重点实验室