嵌合抗原受体T细胞（Chimeric antigen receptor T cells, CAR-T）癌症免疫疗法利用基因工程技术修饰癌症病人自身的T细胞使获得肿瘤特异性以达到抗癌的功能。临床试验表明，CAR-T细胞在治疗许多血液瘤，尤其是B细胞急性淋巴性白血病中有着相当显著的疗效。然而，由于肿瘤微环境对T细胞增殖和效应功能的抑制，其在固体肿瘤中的效果普遍不佳。目前热门的研究方向普遍专注于对T细胞进行进一步的修饰从而提升CAR-T细胞在固体肿瘤中的增殖和效应功能。过去的研究发现，利用促生长细胞因子，比如IL2或者IL15可以显著的提升CAR-T细胞在肿瘤中的增殖从而延长其能在体内的存活和抗癌功能。但是，IL-2和IL-15信号亦可以激活体内其他的免疫细胞，比如NK细胞和记忆T细胞，导致系统性炎症反应，比如毛细血管渗漏综合症。因此，将促生长信号选择性地作用于CAR-T细胞成了领域内的难题之一。
2020年2月3日，来自美国北卡罗莱纳大学教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）的Gianpietro Dotti教授和其博后许扬团队在Nature Biotechnology上发表了题为 “Interleukin-23 engineering improves CAR T cell function in solid tumors”的文章。他们的研究发现IL23细胞因子可以特异性地作用于激活状态下的CAR-T细胞并提高其在识别肿瘤抗原后的增殖以及在多个固体肿瘤模型中抗癌功能。
IL23属于IL-12细胞因子家族，在炎症反应，尤其是Th17细胞诱导的自身免疫疾病中发挥重要作用。IL23是一个异源二聚体的细胞因子，由 IL23a p19 和 IL12b p40 两个亚基组成。IL23一般由活化的巨噬细胞或者树状细胞产生并作用于表达IL23受体的Th17细胞促进其增殖和稳定性。而在这篇文章中，研究者发现了IL23独立于Th17的功能并利用其特性开发出应用于CAR-T细胞的细胞因子。
首先，研究者发现IL23受体（IL23R）选择性地表达于激活的人源记忆T细胞上，而在未激活的T细胞中并无显著表达。加入重组IL23蛋白后可以显著提升激活后T细胞的增殖能力而对未激活的T细胞并无明显的作用。同时，研究者排除了IL23对活化记忆细胞的促生长功能是源于其诱导Th17分化或增殖的可能性。为了利用IL23在激活中T细胞的特异性功能，研究者试图让CAR-T细胞自身过表达IL23从而使其可以在被肿瘤激活后接收到IL23的生长信号。在这个过程中，研究者意外地发现，IL23其中一个亚基，IL23a p19，在 T细胞中亦由TCR/CD28激活信号诱导表达，而另一个亚基IL12b p40并不在T细胞中表达。通过对T细胞转染过表达p40的载体，活化T细胞中表达的p19亚基结合转入的p40亚基，从而产生并分泌完整的IL23蛋白。相反，未活化的T细胞因为缺少p19并不会分泌IL23蛋白。因此，研究者结合了细胞自身对IL23受体和p19亚基的调控机制和p40基因修饰，使得IL23的分泌和作用范围限制在激活后的T细胞，极大的减少了细胞因子系统性释放和作用的风险。
随后，研究者将p40导入人源CAR-T细胞中，发现识别肿瘤细胞后激活的CAR-T细胞会诱导性地分泌IL23并且显著地提高了CAR-T细胞增殖能力以及在体外抗癌功能。研究者在免疫缺失小鼠中的建立了神经母细胞瘤和胰腺癌的人源肿瘤模型，发现过表达p40的CAR-T细胞相比于对照载体转染的CAR-T细胞的抗癌功能有着极大的提升。在多轮体内肿瘤刺激的体内模型中，p40过表达CAR-T细胞可以持续地抑制肿瘤生长和复发，显示出极大的临床潜力。
为了验证p40修饰和分泌的IL23的安全性，研究者将鼠源p40蛋白导于OT1 T细胞中，并利用p40或是对照载体转染OT1细胞治疗OVA过表达黑色素瘤B16模型。与异源小鼠模型相似，p40导入的OT1 T细胞可以更好的控制黑色素瘤的生长。同时，研究者对小鼠组织进行了分析，他们只在肿瘤中检测到了T细胞产生的IL23的蛋白，而在血清中无法检测到IL23。在血液，脾脏，淋巴结中的免疫细胞指标，p40组和对照组都几乎一致，而在肿瘤中，p40显著提升了过继转入的OT1细胞的数量。最后，研究者通过一系列体外实验，发现因导入p40而产生的IL23蛋白会优先结合产生IL23的T细胞，而在附近同样处于激活状态并表达IL23R的细胞上并不会有显著的结合。这一系列实验证明了IL23在体内作用的位置和细胞上的特异性，进一步保证了其安全性。
综上，本研究描述了作用于CAR-T细胞新型的细胞因子系统p40/IL23。相比于之前利用IL2或者IL15提高CAR-T细胞增值的研究，p40/IL23细胞因子系统不仅在抗癌功能上更加优秀，在安全性上因为IL23特殊的作用机制，也有其独特的优势。目前此研究已经在美国申请了ZL并会在不久的将来进入临床测试阶段。
此项研究以北卡罗莱纳大学教堂山分校Lineberger 综合癌症中心Gianpietro Dotti和许扬博士为共同通讯作者。于北卡罗莱纳大学教堂山分校完成联合培养的西安交通大学第二附属医院马兴聪博士为第一作者。
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