本文來源于微信公眾： 生物研發(fā)筆記 作者：老周

IL-9R CAR-T
不久前，《Immunity》在同一天上線了兩篇有關IL-9信號通路增強CAR-T療效的文章，通訊作者分別是CAR-T之父Carl H. June和Anusha Kalbasi。有意思的是，早在2022年，兩人就已經合作在《Nature》上發(fā)表了一篇《利用合成IL-9受體增強過繼性細胞療法》的文章，今天我們就一起打包學習一下吧。

01研究背景與問題
過繼性細胞療法，如CAR-T、TCR-T，雖然已經在血液瘤領域取得了顯著效果，但在治療實體瘤時療效有限。主要障礙包括：
（1）免疫抑制性的腫瘤微環(huán)境（TME）：導致CAR-T細胞難以浸潤和存活
（2）體內擴增和持久性差：輸入的T細胞在體內難以有效擴增和長期存活。
（3）T細胞功能耗竭：即使T細胞能夠擴增，也容易產生終末分化和功能失調。
（4）對預處理化療的依賴：通常需要先進行淋巴清除化療（一種有毒性的方案，限制了患者適用性）來為輸入的T細胞創(chuàng)造“空間”和細胞因子環(huán)境。

02正交嵌合IL-9受體 CAR-T
過繼性T細胞療法需要“清淋”的一個主要原因是為輸入的T細胞創(chuàng)造生長的空間，避免宿主細胞過度消耗IL-2等細胞因子。如果設計一種細胞因子，能特異性識別并促進過繼性T細胞的生長就能略過“清淋”這一有害預處理，這即是正交受體的概念。

設計原理：
2022年，研究團隊設計了一種全新的合成細胞因子受體系統(tǒng)，即正交合IL-9受體，把正交IL-2受體（o2R）的胞外域（ECD，負責與配體結合）與共同γ鏈細胞因子受體（如IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-21R）的胞內域（ICD，負責信號傳導）進行融合。這樣，改造后的T細胞表達的嵌合受體只能被相應改造的正交IL-2（oIL-2）激活，而不會被體內的天然IL-2激活，實現了對輸入T細胞的“選擇性”調控。

主要發(fā)現：
該研究發(fā)現，在測試的多種嵌合受體中， o9R（oIL-2R ECD + IL-9R ICD）T細胞表現尤為突出。它能夠同時激活STAT1、STAT3和STAT5信號通路，這是一種獨特的信號組合,使T細胞表現出更好的抗腫瘤特性：
（1）獲得干細胞記憶T細胞（Tscm）表型：o9R信號誘導T細胞高表達CD62L、CD95（Fas）和Sca-1等Tscm細胞的標志，這類細胞具有更強的自我更新能力和持久抗腫瘤活性。
（2）增殖較少但功能更強：o9R T細胞體外增殖能力弱于o2R T細胞，但其殺傷活性和干擾素-γ（IFN-γ）的產生能力更強。
（3）獨特的轉錄組特征：o9R信號賦予了T細胞一種“混合”表型，同時激活了與干細胞特性和效應功能/激活相關的基因，并下調了與T細胞功能障礙相關的基因（如Nr4a1, Tox）。這使其既能保持“年輕”狀態(tài)，又具備強大的即時殺傷能力。
在胰腺癌模型中，研究采用了瘤內注射表達oIL-2的腺病毒（Ad-oIL-2）的方式，將細胞因子信號限制在腫瘤局部。CAR-o9R T細胞聯(lián)合Ad-oIL-2展現了強大的抗腫瘤活性，即使在無預處理化療的小鼠中也能引發(fā)相當比例的腫瘤完全消退，效果顯著優(yōu)于CAR-o2R T細胞。
在人類T細胞中，ho9R信號同樣能誘導出Tscm表型。在經過多次腫瘤抗原反復刺激后，ho9R T細胞比ho2R T細胞能更好地維持干細胞特性，并產生更多細胞因子（如IFN-γ, TNF, IL-2），表現出更強的“多功能性”和持續(xù)殺傷能力。

03天然IL-R受體 CAR-T

理論基礎：
與傳統(tǒng)IL-2R、IL-15R、IL-21R等共同γ鏈細胞因子受體在體內廣泛表達不同，IL-9R在正常組織（包括T細胞）中表達水平極低，這使其成為一個天然的正交型受體，更安全、更具靶向性

設計策略及原理：
以此發(fā)現為基礎，兩個研究團隊分別將天然的IL-9R表達在腫瘤特異性的T細胞上（CAR-T，TCR-T），構造出CAR/TCR-IL9R T細胞。瘤內注射編碼IL-9的腺病毒（Ad-IL-9）在腫瘤局部提供IL-9信號，或與重組表達的IL-9聯(lián)合給藥，能選擇性激活并增強CAR-IL9R T細胞的功能。

Carl H June研究組主要發(fā)現：
● 卓越的抗腫瘤效果
（1）高效低劑量：極低劑量（低至3萬個細胞）的CAR-IL9R T細胞聯(lián)合Ad-IL-9，就能實現腫瘤的完全消退，其效果遠優(yōu)于需要百萬級細胞量的傳統(tǒng)CAR-T細胞。這大大降低了治療所需的細胞劑量
（2）長期持久性與免疫記憶：在腫瘤被清除后，這些小鼠能夠抵抗新一輪的腫瘤攻擊，表明CAR-IL9R T細胞在體內形成了長期免疫記憶。（3）增強的腫瘤浸潤與持久性：CAR-IL9R T細胞在血液和腫瘤中的擴增能力更強，存活時間更長（可達10周）。

● 優(yōu)秀的抗衰竭能力
研究團隊利用單細胞RNA測序（scRNA-seq）等先進技術解析了IL-9信號如何重編程CAR-T細胞：
對CD8+ T細胞：IL-9信號能引導細胞朝向中央記憶和效應狀態(tài)分化，同時遠離終末耗竭狀態(tài)。這使得CD8+ CAR-T細胞既能保持“年輕”、可長期存活的干細胞樣特性，又具備強大的即時殺傷能力。RNA速度分析預測，IL-9處理的細胞會向功能狀態(tài)演進，而對照組細胞則走向耗竭。
對CD4+ T細胞：IL-9信號促進其向具有增殖能力的效應狀態(tài)發(fā)展，并偏向于產生抗腫瘤相關的Th1和Th9細胞亞型，這些細胞能分泌大量IFN-γ和TNF-α等關鍵抗腫瘤細胞因子。

● 抗原壓力下維持CAR-T細胞功能
在體外模擬腫瘤微環(huán)境的持續(xù)抗原刺激實驗中，IL-9信號幫助CAR-T細胞：
（1）維持表面CAR的表達：避免因抗原刺激導致的CAR分子丟失。
（2）保持CD4+和CD8+亞群的平衡。
（3）保留早期記憶表型，并表現出更強的細胞因子分泌和腫瘤殺傷能力

● STAT4介導的信號機制
研究發(fā)現，IL-9信號不僅能激活經典的STAT3和STAT5通路，還意外地、強效地激活了STAT4。STAT4傳統(tǒng)上被認為是IL-12信號的關鍵介質，與Th1細胞分化和IFN-γ產生密切相關。通過CRISPR-Cas9技術敲除STAT4基因證實，STAT4是IL-9信號發(fā)揮增強作用（尤其是誘導IFN-γ產生）的關鍵分子。這表明IL-9通過激活STAT4，賦予了CAR-T細胞更優(yōu)越的功能特性。

Anusha Kalbasi研究團隊主要發(fā)現：
● 與Carl H June研究組的發(fā)現類似，Kalbasi團隊也獨立證明了工程化CAR/TCR-IL9R T細胞具有高效的抗腫瘤效果，能增強擴增與腫瘤浸潤，同樣地能誘導干細胞記憶T細胞（Tscm）表型--更強的正我更新能力與抗腫瘤活性。

● 機制研究發(fā)現，IL-9R信號能激活獨特的STAT蛋白組合，除了已知的STAT1、STAT3和STAT5，還能強效激活STAT4，這就使IL-9信號具備了多種細胞因子的優(yōu)點，即IL-12的效應功能（通過STAT4）、IL-2的增殖能力（通過STAT5）以及IL-21等的干細胞特性維持能力（通過STAT3），這種獨特的混合信號優(yōu)勢是其賦予CAR-T卓越療效的基礎。

● 不同的是，該研究組又進一步深入探究了IL-9R信號強度與抗腫瘤效果之間的關系，發(fā)現了“金發(fā)姑娘原則（Goldilocks Principle）”,即IL-9R的信號強度存在一個最適窗口，過弱或過強的信號都會損害療效。

研究團隊通過結構生物學指導，對IL-9或IL-9R進行改造，分別削弱（如IL-9Q115T突變）或增強（如IL-9R3x/5x突變）其信號。結果表明，無論是信號減弱還是過度增強，都會削弱T細胞的抗腫瘤效果。這說明天然的IL-9/IL-9R信號強度本身就處于一個最優(yōu)區(qū)間。

● 更進一步地，研究團隊發(fā)現STAT1作為T細胞命運的“調節(jié)器”。通過精細設計IL-9R胞內域的單個氨基酸突變，研究團隊成功“偏置”了其激活的STAT信號組合，特別是調控了STAT1的激活水平，發(fā)現：
（1）高pSTAT1（IL-9RPR突變）：驅動T細胞向終末效應細胞分化，增殖能力差，抗腫瘤效果不佳。
（2）低pSTAT1（IL-9RAQ突變）：促使T細胞維持干細胞樣和記憶性狀態(tài)，體內擴增能力極強，但效應功能稍弱。
（3）中等pSTAT1（野生型IL-9R）：使T細胞處于最佳平衡狀態(tài)，同時具備強大的效應功能和持久的記憶潛力，因此抗腫瘤效果最好。

04總結與意義
兩項研究相互印證又相互補充，系統(tǒng)性地將IL-9/IL-9R從一個相對“冷門”的細胞因子對，提升為下一代過繼性T細胞療法，特別是實體瘤治療領域的一個極具前景的核心武器，是對抗實體瘤的一項突破性進展。它們從概念提出、機制深化到臨床轉化前景，構成了一個完整的研究體系，深化了我們對如何通過重編程細胞因子信號來優(yōu)化T細胞命運的理解，為未來開發(fā)更智能、更有效的癌癥免疫療法指明了方向。
（1）實體瘤治療新策略：首次將IL-9/IL-9R作為天然的“正交”系統(tǒng)用于增強工程化T細胞療法，為克服實體瘤治療障礙提供了強大、安全的新工具。
（2）闡明新機制：揭示了IL-9R信號意外激活STAT4這一全新機制，并闡明其通過最優(yōu)的STAT信號強度和平衡（特別是STAT1的調節(jié)作用）來重編程T細胞命運，使其獲得“超級”抗腫瘤能力。
（3）臨床轉化潛力：該策略在多種臨床前模型中均顯示卓越療效，且采用臨床可行的系統(tǒng)給藥方式，為開發(fā)下一代針對實體瘤的T細胞療法鋪平了道路。