Foxp3重編程代謝在提高CAR-T細胞抗腫瘤療效方面的研究

嵌合抗原受體修飾T細胞（CAR-T）療法已在血液系統(tǒng)腫瘤治療中取得顯著療效，但其對實體瘤的臨床應(yīng)用仍面臨重大挑戰(zhàn)。CAR-T細胞依賴糖酵解和線粒體氧化磷酸化（OXPHOS）供能，極易受制于低糖、缺氧及乳酸蓄積的實體瘤微環(huán)境，陷入能量枯竭-功能耗竭的惡性循環(huán)。而調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）因其獨特的脂代謝優(yōu)勢可在實體瘤微環(huán)境中長期存活并發(fā)揮效應(yīng)，為破解CAR-T細胞實體瘤治療困局提供關(guān)鍵啟示。

近日，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院/基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院儲以微教授、復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院駱菲菲研究員團隊首次揭示Foxp3通過非轉(zhuǎn)錄依賴的線粒體動態(tài)調(diào)控機制，重塑CAR-T細胞代謝表型，賦予其突破實體瘤微環(huán)境限制的生存優(yōu)勢，提升CAR-T細胞實體瘤治療的持久性和有效性。這項研究為實體瘤免疫治療提供了增效不增毒的創(chuàng)新解決方案。這項研究成果于05月05日發(fā)表在CellMetabolism雜志上。

圖片來源：（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413125002189?via%3Dihub）

研究材料與技術(shù)方法
他們在研究中采用了多項技術(shù)，包括RNAseq、ATACseq測序分析、LC-MS、Westernblotting、免疫熒光、LC-MS/MS等分析，同時還通過多種分析測定了線粒體的代謝水平。在這項研究中，研究人員利用免疫系統(tǒng)人源化小鼠（huHSC-C-NKG-ProF小鼠，由賽業(yè)生物提供），驗證CAR-T細胞抗腫瘤功能，進一步完善文章結(jié)論。

技術(shù)路線

體外分析Foxp3對CAR-T細胞代謝模式的影響
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Foxp3影響CAR-T細胞代謝的機制
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體外評估Foxp3代謝重編程CAR-T細胞的抗實體瘤治療療效
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體內(nèi)評估Foxp3代謝重編程CAR-T細胞的抗實體瘤治療療效

研究結(jié)果
1. CAR-T_Foxp3細胞獲得與CAR-T_Conv細胞不同的代謝特征，且其代謝特征由Foxp3與Drp1結(jié)合決定：
本研究首先探究了Foxp3過表達是否能夠改變CAR-T細胞的代謝。利用第三代CAR，研究者構(gòu)建了CAR-T_Foxp3細胞，并與CAR-T_Conv細胞進行比較。結(jié)果顯示，CAR-T_Foxp3細胞在GPC3抗原刺激后表現(xiàn)出較低的ECAR和OCR，這表明其糖酵解和氧化磷酸化水平下調(diào)，而脂質(zhì)代謝水平上調(diào)。此外，CAR-T_Foxp3細胞的線粒體數(shù)量減少，線粒體膜電位降低，這表明其線粒體功能發(fā)生改變。以上結(jié)果表明，CAR-TFoxp3細胞的代謝特征與Treg細胞相似，而與CAR-TConv細胞不同。

此外，研究者發(fā)現(xiàn)Foxp3與Drp1存在相互作用，而與其他線粒體動力學(xué)相關(guān)蛋白無相互作用。Foxp3可以進入細胞質(zhì)并與Drp1共定位，并可以降低Drp1在絲氨酸616位點的磷酸化水平，從而抑制線粒體分裂，導(dǎo)致線粒體數(shù)量和線粒體膜電位降低，進而導(dǎo)致氧化磷酸化水平下調(diào)。

2. CAR-T_Foxp3細胞不獲得Treg細胞的染色質(zhì)可及性和抑制功能，且Foxp3介導(dǎo)的代謝下調(diào)會耗竭相關(guān)抑制分子的表達：
由于Foxp3在Treg細胞發(fā)育和分化中起關(guān)鍵作用，研究者檢測了CAR-T_Foxp3細胞是否發(fā)生了染色質(zhì)景觀的改變，從而轉(zhuǎn)化為Treg細胞。通過ATAC-seq分析發(fā)現(xiàn)，Treg細胞的染色質(zhì)可及性低于CAR-T_Conv和CAR-T_Foxp3細胞。此外，CAR-T_Foxp3細胞不表達Treg細胞相關(guān)的抑制性細胞因子和標(biāo)記物，并且不具有抑制TConv細胞增殖的能力。以上結(jié)果表明，CAR-T_Foxp3細胞的染色質(zhì)景觀和抑制功能與Treg細胞存在根本性差異。

此外，研究者還進一步探究了Foxp3介導(dǎo)的代謝是否有助于CAR-T_Foxp3細胞的激活和功能。結(jié)果顯示，CAR-T_Foxp3細胞在GPC3抗原刺激后表達較低的耗竭相關(guān)抑制分子（PD-1、TIM-3和LAG-3），并且具有更強的殺傷能力。此外，F(xiàn)oxp3介導(dǎo)的代謝下調(diào)了CAR-T_Foxp3細胞中耗竭相關(guān)抑制分子的表達，而不會影響其殺傷能力。

3. CAR-T_Foxp3細胞在人源化C-NKG模型中獲得強大抗腫瘤活性且無免疫抑制：
為了評估CAR-T_Foxp3細胞在免疫健全模型中的抗腫瘤效果以及對其他免疫細胞的影響，研究人員構(gòu)建了人免疫系統(tǒng)重建（人源化）的Cg-Prkdc^scidIl2rg^em1Smoc（C-NKG）小鼠模型（由賽業(yè)生物提供）。在該模型中，CAR-T_Foxp3細胞能夠有效抑制腫瘤生長，部分小鼠實現(xiàn)完全緩解。對腫瘤浸潤的CAR-T細胞和其他免疫細胞進行分析發(fā)現(xiàn)，CAR-T_Foxp3細胞的耗竭相關(guān)抑制分子水平較低，且腫瘤浸潤的CD4⁺T細胞數(shù)量較多。同時，在該模型中，CAR-T_Foxp3細胞治療組的脾臟重量和重要器官與CAR-T_Conv細胞治療組相比，沒有顯著差異，且外周血中細胞因子的分泌情況表明，CAR-T_Foxp3細胞治療組的細胞因子風(fēng)暴現(xiàn)象有所減輕。這說明CAR-T_Foxp3細胞在人源化C-NKG模型中不僅具有強大的抗腫瘤活性，而且不會引起免疫抑制，安全性較高。

總結(jié)
CAR-T細胞在TME中容易發(fā)生耗竭，這是CAR-T細胞治療面臨的主要障礙之一。而Tregs能夠在實體腫瘤中生存、增殖并促進腫瘤進展，其代謝優(yōu)勢起到了重要作用。本研究表明，在CAR-T細胞中過表達Foxp3是一種有效的代謝干預(yù)策略，它通過與Drp1的相互作用重編程CAR-T細胞的代謝，避免了腫瘤浸潤CAR-T細胞的耗竭，增強了其細胞毒性和長期免疫監(jiān)視功能。總體而言，本研究強調(diào)了Foxp3重編程代謝在提高CAR-T細胞抗腫瘤療效方面的潛在應(yīng)用前景，為臨床免疫治療提供了新的思路。然而，CAR-TFoxp3細胞在臨床試驗中的療效和持久性仍需進一步研究。

參考文獻：
[1]Congyi Niu, Huan Wei, Xuanxuan Pan, Yuedi Wang, Huan Song, Congwen Li, Jingbo Qie, Jiawen Qian, Shaocong Mo, Wanwei Zheng, Kameina Zhuma, Zixin Lv, Yiyuan Gao, Dan Zhang, Hui Yang, Ronghua Liu, Luman Wang, Wenwei Tu, Jie Liu, Yiwei Chu, Feifei Luo,Foxp3 confers long-term efficacy of chimeric antigen receptor-T cells via metabolic reprogramming, Cell Metabolism, Volume 37, Issue 6,2025, Pages 1426-1441.e7,ISSN 1550-4131, https://doi.org/10.1016/j.cmet.2025.04.008.