肠道菌群调控通过抗原交叉呈递增强CAR T细胞免疫疗法的抗肿瘤效应

Modulation of the gut microbiota engages antigen cross-presentation to enhance antitumor effects of CAR T cell immunotherapy

作者信息Mireia Uribe-Herranz, Silvia Beghi, Marco Ruella, Kalpana Parvathaneni, Silvano Salaris, Nektarios Kostopoulos, Subin S George, Stefano Pierini, Elisavet Krimitza, Francesca Costabile, Guido Ghilardi, Kimberly V Amelsberg, Yong Gu Lee, Raymone Pajarillo, Caroline Markmann, Bevin McGettigan-Croce, Divyansh Agarwal, Noelle Frey, Simon F Lacey, John Scholler, Khatuna Gabunia, Gary Wu, Elise Chong, David L Porter, Carl H June, Stephen J Schuster, Vijay Bhoj, Andrea Facciabene
PMID36641624
期刊Mol Ther
发布时间2023-03-01
DOI10.1016/j.ymthe.2023.01.012

实验完整度

高

研究包含体外细胞实验、两种小鼠肿瘤模型(A20淋巴瘤和B16黑色素瘤)、人类粪便移植小鼠模型,以及临床患者样本分析,并进行了功能验证(如ELISpot)和机制验证(如基因表达分析)。

主要模型

A20小鼠B细胞淋巴瘤模型(BALB/c小鼠) B16-CD19黑色素瘤模型(C57BL/6小鼠) CT26结直肠癌模型(BALB/c小鼠) 人类粪便微生物群移植(FMT)小鼠模型

重点核对

A20肿瘤模型:皮下接种2×10^6个A20细胞,于第19天进行4 Gy全身照射(TBI)淋巴清除,第21天静脉注射1×10^6个CART-19细胞。 B16-CD19肿瘤模型:皮下接种1×10^5个B16-CD19细胞,于第9天和第16天静脉注射5×10^6个CART-19细胞。 万古霉素给药:通过饮用水给予0.5 g/L万古霉素,从肿瘤接种当天开始持续整个实验。 人类患者的CART-19峰值扩增:基于30例B-ALL患者队列,其中4例在CTL019输注后接受口服万古霉素,比较峰值扩增。 粪便微生物群移植:使用健康供体粪便,通过口服灌胃给予经抗生素预处理的A20荷瘤小鼠。

摘要

多项研究已显示共生微生物对T细胞功能的影响,特别是在癌症检查点免疫治疗背景下。在本研究中,我们使用多种临床前模型及临床相关性分析,探讨了万古霉素诱导的肠道菌群失调如何影响嵌合抗原受体(CAR)T免疫治疗。在两个鼠肿瘤模型中,造血系统CD19+ A20淋巴瘤和CD19+ B16黑色素瘤,与单独使用CART-19相比,接受口服万古霉素联合CD19靶向CAR T细胞(CART-19)治疗的小鼠表现出增强的肿瘤控制和肿瘤相关抗原(TAAs)交叉呈递。将人类健康供体的粪便微生物群移植到预处理小鼠中,重现了在原始肠道菌群小鼠中获得的结果。最后,接受CART-19治疗并口服万古霉素的B细胞急性淋巴细胞白血病患者,与未暴露患者相比,显示出更高的CART-19峰值扩增。这些结果证实了肠道菌群在CAR T细胞治疗中的作用,并提示使用万古霉素调节肠道菌群可能改善不同肿瘤类型CAR T细胞治疗后的预后。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肠道菌群调节(特别是万古霉素诱导的菌群失调)是否能增强CAR T细胞疗法的抗肿瘤效果,并探索其潜在机制。
核心机制
口服万古霉素通过调节肠道菌群组成,促进肿瘤内抗原呈递相关基因表达(如H2-K1、Psmb8、B2m、Tap1)及CD103+树突状细胞(DCs)浸润,增强肿瘤相关抗原(如AH1)的交叉呈递,从而激活内源性CD8+ T细胞反应。
主要证据
在A20淋巴瘤和B16-CD19黑色素瘤模型中,CART-19联合万古霉素显著抑制肿瘤生长,增加肿瘤内CD45.2(CAR T)和CD8+ T细胞浸润,并上调Ifng、Prf1、Grmb等效应分子表达。ELISpot和AH1四聚体染色证实增强了AH1特异性T细胞反应;过继转移实验显示该T细胞在CT26模型中提供肿瘤保护。临床队列中,暴露于口服万古霉素的B-ALL患者CART-19峰值扩增更高。
研究意义
研究结果表明,肠道菌群调节可能是增强CAR T细胞治疗疗效的有效方法,部分通过动员非CAR T细胞抗肿瘤免疫实现。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立肿瘤模型与治疗分组

建立A20淋巴瘤和B16-CD19黑色素瘤小鼠模型,并分组给予对照或CART-19联合万古霉素治疗。

BALB/c小鼠皮下接种2×10^6 A20细胞,C57BL/6小鼠皮下接种1×10^5 B16-CD19细胞;从接种当天给予口服万古霉素(0.5 g/L饮用水)。A20模型在第19天TBI(4 Gy),第21天静脉注射1×10^6 CART-19;B16-CD19模型在第9和16天分别注射5×10^6 CART-19。

2

评估肿瘤生长与免疫细胞浸润

评估万古霉素联合CART-19对肿瘤控制的影响,并分析肿瘤和脾脏中免疫细胞的变化。

测量肿瘤体积;通过流式细胞术检测肿瘤和脾脏中CD45.1(CART-19)细胞、CD8+ T细胞比例;通过qPCR分析T细胞活化相关基因(Ifng、Prf1、Grmb)表达。

3

验证抗原呈递通路激活

验证万古霉素联合CART-19是否上调肿瘤内抗原呈递相关基因表达。

对B16-CD19肿瘤进行NanoString PanCancer IO 360分析,并通过qPCR验证A20和B16-CD19肿瘤中H2-K1、Psmb8、B2m、Tap1表达。

4

检测抗原交叉呈递及T细胞反应

评估组合治疗是否增强TAA(gp70/AH1)特异性T细胞反应和交叉呈递。

通过流式检测CD103+ DCs比例;qPCR检测Batf3和Irf8表达;ELISpot检测脾细胞对AH1肽的IFN-γ反应;体外共培养CD3+ T细胞与A20肿瘤细胞;在体内分离DC与gp70免疫T细胞共培养;AH1四聚体染色检测特异性CD8+ T细胞。

5

过继转移验证共享TAA的保护性免疫

验证组合治疗诱导的T细胞是否通过共享TAA(gp70)提供肿瘤保护。

从A20荷瘤小鼠(CAR T ± Vanco)脾脏分离CD3+ T细胞,经IL-2、抗CD3/CD28刺激扩增72小时,检测AH1特异性T细胞,然后过继转移至CT26荷瘤小鼠,评估肿瘤生长和免疫反应。

6

人类粪便微生物群移植验证

在携带人类肠道菌群的小鼠模型中验证万古霉素联合CART-19的效果。

用抗生素混合物清除小鼠肠道菌群,通过口服灌胃人类健康供体粪便,建立“人源化”菌群小鼠。接种A20肿瘤后,进行CART-19治疗,评估肿瘤生长、免疫细胞浸润及肠道菌群变化。

7

临床患者数据分析

评估暴露于口服万古霉素的B-ALL患者中CART-19的扩增情况。

回顾性分析30例接受CTL019治疗的B-ALL患者,其中4例在输注后口服万古霉素,通过qPCR检测外周血CART-19峰值扩增。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
万古霉素Sigma--
甲硝唑Sigma--
新霉素Sigma--
聚乙二醇4000----
RPMI培养基----
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
HEPES----
GlutaMAX----
Trizol试剂----
高容量cDNA逆转录试剂盒Applied Biosystems4368813
IV型胶原酶----
D型胶原酶----
ACK裂解缓冲液----
小鼠泛T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-095-130
CD11c分离试剂盒Miltenyi Biotec130-125-835
LIVE/DEAD可固定死细胞染色试剂Life TechnologiesL34957
AH1四聚体MBLTB-M521-1
Nanodrop ND1000----
NanoString PanCancer IO 360检测----
小鼠T细胞活化CD3/CD28磁珠Life Technologies--
RetronectinClontech--
白细胞介素-2----
白细胞介素-7----
白细胞介素-12Peprotech--
抗MHC-I抗体----
Multiscreen immobilon-P过滤板Millipore--
链霉亲和素-碱性磷酸酶偶联物----
硝基蓝四氮唑/5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸----
gp70 DNA质粒----
粪便DNA提取试剂盒Qiagen12830-50
Phusion高保真DNA聚合酶New England Biolabs--
AMPure XP磁珠Beckman Coulter--
XRAD320iX辐照仪----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
肿瘤模型建立
细胞系来源(A20, B16-CD19)、接种细胞数量、小鼠品系(BALB/c, C57BL/6)及年龄、性别
阅读提示:Materials and methods 'Cell lines and growth conditions' 和 'Tumor challenge'
抗生素处理
万古霉素浓度(0.5 g/L)、给药方式(饮用水)、给药持续时间、更换频率
阅读提示:Materials and methods 'Antibiotic administration'
CART-19制备
CAR构建体(CD19bbz)、转导方法、T细胞纯度、培养条件(IL-2、IL-7浓度)、转导效率
阅读提示:Materials and methods 'T cell isolation, activation, and CAR transduction'
CART-19治疗
淋巴清除方案(TBI剂量:4 Gy)、CART-19注射时间、剂量(A20: 1e6, B16: 5e6)、注射途径(尾静脉)
阅读提示:Materials and methods 'Mouse CART-19 cell therapy'
免疫监测
样本收集时间点(5天后)、流式抗体克隆、ELISpot反应条件(肽浓度、共培养时间)
阅读提示:Materials and methods 'Flow cytometry' 和 'ELISpot'
人类粪便移植(FMT)
供体筛选、粪便处理(浓度)、抗生素预处理、灌胃时间点(-1, 5, 20天)
阅读提示:Materials and methods 'Human-to-mouse FMT'
患者数据分析
患者队列纳入标准、样本量、万古霉素暴露定义、CART-19扩增测量方法(qPCR)
阅读提示:Materials and methods 'CAR T cell expansion and quantification in patients’ blood samples'