免疫細胞研究和細胞治療與自身免疫病

羅錫慶, 古潔若

中山大學附屬第三醫(yī)院風濕免疫科、廣東省免疫疾病臨床醫(yī)學研究中心(廣東廣州 510630)

在自身免疫病的治療中,免疫細胞研究和細胞治療作為一種新興的研究和治療手段,在自身免疫病的研究和治療中展現(xiàn)出巨大的潛力,已經(jīng)取得了一些初步的成果。例如,嵌合抗原受體T細胞(chimeric antigen receptor T cells,CAR-T)細胞治療已經(jīng)在系統(tǒng)性紅斑狼瘡等疾病的治療中顯示出良好的效果。然而,免疫細胞研究和細胞治療在自身免疫病的應用還處于初級階段,尚存在許多問題需要解決。未來,我們需要進一步研究致病免疫細胞相關(guān)機制以及進行細胞治療的安全性和有效性,優(yōu)化細胞的來源和制備過程,降低治療的成本,以期將細胞治療真正應用于自身免疫病的治療中。本文對細胞治療進行闡述,對其目前存在的問題進行分析與展望,以期推動細胞治療的臨床應用和研究水平的提高。

1 應用在自身免疫疾病的單細胞技術(shù)

1.1 免疫細胞研究現(xiàn)狀 人體是多細胞生命體,系統(tǒng)、器官和組織內(nèi)部的細胞存在形態(tài)和功能的異質(zhì)性。以往以二代測序等為代表的經(jīng)典分子生物學技術(shù)多以整個組織塊進行研究,只能獲得一群混合細胞的平均生物學信號,細胞間的差異不能體現(xiàn)出來。單細胞技術(shù)(single-cell technologies,SCT)能夠在單個細胞水平上解析基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、表觀組等分子水平的異質(zhì)性信息,從而對細胞表型進行分類和表征,鑒定其類型、功能、譜系分化等[1]。單細胞技術(shù)促進了對人健康和疾病狀態(tài)的復雜細胞類型和細胞網(wǎng)絡的全面了解,并在腫瘤學、免疫學、細胞發(fā)育等方面得到了廣泛應用,其中主要技術(shù)包括以下3種。

1.1.1 單細胞轉(zhuǎn)錄組測序(single cell RNA sequencing,scRNA-seq) scRNA-seq是通過分離單細胞后提取單個細胞 RNA,并將 mRNA 逆轉(zhuǎn)錄為 cDNA,并對 cDNA 進行測序的技術(shù)。它能夠捕獲單個細胞某個時點的所有 mRNA 總和,從而表征該細胞的狀態(tài)或者功能。近年來,已涌現(xiàn)了 Smart-seq、Drop-seq、CEL-seq、Smart-seq2 等技術(shù)[2]。單細胞轉(zhuǎn)錄組相較于普通轉(zhuǎn)錄組(bulk RNA-seq)的最大優(yōu)勢是以小樣本捕獲單細胞水平上的大量分子信息[3]。

1.1.2 單細胞免疫組庫測序 免疫組庫(immune repertoire,IR)是指個體在特定時間循環(huán)中所有淋巴系細胞抗原識別受體包括T細胞受體(T cell receptor, TCR)和B細胞受體(B cell receptor, BCR) 的 V(D)J 序列重排多樣性的總合,是細胞適應性免疫應答的基礎(chǔ)。同時 V(D)J 序列重排多樣性也造成了 T 細胞和 B 細胞的表型異質(zhì)性和克隆型多樣性[4]。因此,單細胞免疫組庫測序又稱單細胞 VDJ 測序(scVDJ-seq),是在 scRNA-seq 的基礎(chǔ)上,利用特定 PCR 引物對單個細胞 BCR 或者 TCR 互補決定區(qū) CDR3 區(qū)進行富集擴增,再結(jié)合高通量測序獲得單個細胞的克隆型。與傳統(tǒng)的V(D)J測序相比,scVDJ-seq能夠提供更詳細的信息,分析單個細胞水平上的免疫受體多樣性,能夠更精確地理解免疫細胞在健康和疾病狀態(tài)下的行為。scVDJ-seq 在追蹤淋巴細胞譜系分化、研究免疫應答、免疫記憶、尋找疾病特異性抗原、監(jiān)測感染期間免疫動態(tài)變化、疫苗和免疫治療的研發(fā)等具有應用價值[5]。

1.1.3 單細胞轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)測序單細胞 ATAC 測序 (single-cell sequencing assay for transposase-accessible chromatin,scATAC-seq) 在真核生物細胞核中 DNA 通過高度有序包裝形成致密染色質(zhì),只有當轉(zhuǎn)錄或者復制時,DNA 會解開,允許轉(zhuǎn)錄因子或者其他調(diào)控因子才能結(jié)合到開放區(qū)域參與基因調(diào)控。這部分開放的染色質(zhì)區(qū)域被稱為開放染色質(zhì)。scATAC-seq技術(shù)利用 DNA 轉(zhuǎn)座酶 Tn5 復合物切割染色質(zhì)開放區(qū)域,通過標簽進行高通量測序,獲得染色體開放區(qū)域即轉(zhuǎn)錄因子、組蛋白修飾分子在染色質(zhì)的結(jié)合位點的信息[6]。通過將scATAC-seq與scRNA-seq結(jié)合,研究人員可以更好地理解調(diào)控元件和相應基因表達之間的關(guān)系,有助于構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡,提供對細胞功能和疾病機制更深入的理解[7]。

近年來單細胞組學技術(shù)發(fā)展迅猛,已基本覆蓋所有可檢測組學,如單細胞全基因組測序、單細胞表觀組(甲基化,染色質(zhì)可及性)測序、單細胞蛋白組和單細胞代謝組等。另外,單細胞空間轉(zhuǎn)錄組學在解決組織切片細胞水平的空間聯(lián)系和異質(zhì)性等問題取得一定進展。

1.2 免疫細胞研究挑戰(zhàn)和前景 隨著基礎(chǔ)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展和智能化對多組學分析方法的快速發(fā)展,基于單細胞測序技術(shù)的研究結(jié)果中,無論是在細胞層面上還是在免疫分子層面上,通過突破大數(shù)據(jù)多組學的分析方法,將為免疫疾病的靶向治療帶來新的精準治療和個性化治療的希望。我們還需要在臨床分型和疾病分子分型和器官損傷等方面建立大數(shù)據(jù)和樣本庫,才能更好更準地篩出有用的免疫細胞和分子靶點,提供臨床研究和應用。

2 細胞治療

2.1 背景 自身免疫病是一類由人體免疫系統(tǒng)失衡導致攻擊自身組織和器官的疾病[8],如類風濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等,給患者的生活帶來了巨大的痛苦和困擾。自身免疫病的發(fā)病機制尚不完全清楚,主要涉及遺傳、環(huán)境和免疫因素。其中,免疫因素在疾病的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。遺傳因素中,許多自身免疫疾病具有家族聚集性,表明遺傳因素在其發(fā)病中起著重要作用。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些與自身免疫疾病相關(guān)的基因,如HLA-DRB1、HLA-B27等[9]。這些基因的突變或變異可能導致免疫系統(tǒng)對自身組織的識別錯誤和攻擊。環(huán)境因素在自身免疫疾病的發(fā)生中也起著重要作用。例如,感染、藥物、化學物質(zhì)等都可能觸發(fā)免疫系統(tǒng)的異常反應,導致自身免疫疾病的發(fā)生。此外,一些生活方式因素,如飲食、運動、壓力等也可能與自身免疫疾病的發(fā)生有關(guān)。傳統(tǒng)自身免疫病的治療方法主要包括藥物治療,主要是通過抑制免疫系統(tǒng)的活性,減輕炎癥和組織損傷,但這也會帶來一定的不良反應,如感染、癌癥、骨質(zhì)疏松等。近年來,細胞治療作為一種新興的治療手段,已經(jīng)在自身免疫病的治療中展現(xiàn)出巨大的潛力,引起了廣泛的關(guān)注和研究[10]。

免疫系統(tǒng)異常反應為核心的問題:自身免疫疾病的發(fā)生與免疫系統(tǒng)的異常反應密切相關(guān)。正常情況下,免疫系統(tǒng)能夠識別和清除體內(nèi)的病原體和異常細胞。然而,在自身免疫疾病中,免疫系統(tǒng)錯誤地將自身組織和器官識別為外來物質(zhì),從而產(chǎn)生抗體等免疫因子導致免疫反應,攻擊和破壞自身的組織和器官。

2.2 治療現(xiàn)狀 近年來,傳統(tǒng)的藥物治療主要是通過抑制免疫系統(tǒng)的活性來減輕疾病的癥狀,但這種方法往往會帶來嚴重的不良反應。因此,尋找一種既能有效治療自身免疫病,又能避免嚴重不良反應的治療方法成為了研究的重點。腫瘤相關(guān)的細胞治療進展為自身免疫病的治療提供了大量的技術(shù)和基礎(chǔ)研究的新思路。細胞治療在自身免疫疾病中的應用近年來發(fā)展迅速,包括干細胞治療、免疫細胞治療和基因修飾細胞治療等。

2.2.1 干細胞治療 干細胞是一種具有自我更新和分化為多種細胞類型的能力的細胞。大量的研究提示,無論是動物實驗或人體臨床研究,均顯示干細胞移植可以通過免疫調(diào)節(jié)、促進受損的組織和器官修復來治療自身免疫疾病[11-14]。例如,自身免疫病的系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性硬化癥患者,可以通過干細胞移植來調(diào)節(jié)其免疫和炎癥反應、抑制其體內(nèi)炎癥因子水平,促進修復受損組織[15-23]。

2.2.2 免疫細胞治療 T細胞是獲得性免疫細胞系統(tǒng)中的重要成分,負責識別和攻擊病原體和異常細胞等。細胞毒性T淋巴細胞(cytotoxic T lymphocytes,CTL)細胞回輸治療是一類從患者的自身血液中采集并進行體外擴增、活化處理具有直接攻擊和殺傷感染體內(nèi)異常細胞(如病毒感染細胞或癌細胞)能力的CTL免疫細胞后重新注入到患者體內(nèi),以增強免疫系統(tǒng)對疾病的反應的治療手段。這種治療方法常用于輔助治療免疫缺陷疾病[24]以及治療癌癥[25]。通過注入大量經(jīng)過增強的CTL細胞,可以提高機體對癌細胞的識別和殺傷能力,從而增強免疫系統(tǒng)對腫瘤的攻擊[26]。自身免疫性疾病近年來也在如何預防腫瘤風險和已發(fā)生腫瘤的患者治療中得到關(guān)注。

2.2.3 基因修飾細胞治療 基因修飾細胞是一種經(jīng)過基因改造的方式增強針對特定的細胞進行識別和攻擊的精準免疫細胞,有助于減輕癥狀和改善疾病進展。精準免疫細胞的常見類型包括嵌合抗原受體T細胞(chimeric antigen receptor T cells,CAR-T細胞)和T細胞受體T細胞(T cell receptor-gene engineered T cells, TCR-T細胞)。

2.2.3.1 CAR-T細胞 通過基因改造將T細胞表面的抗原受體改變成能夠識別特定腫瘤抗原的受體,結(jié)合了T細胞的強大免疫反應能力和抗體的特異性識別能力。CAR-T細胞被用于治療某些類型的白血病和淋巴瘤等血液腫瘤和并逐漸應用于治療自身免疫性疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡[27]。CAR-T細胞治療可以針對性地攻擊特定異常細胞,對正常細胞的損害較小,在體內(nèi)可以長期存在提供持續(xù)的癌癥監(jiān)控和治療。但該治療可能引起不良反應如大量細胞因子快速釋放到血液中引起細胞因子釋放綜合征(cytokine release syndrome,CRS)。自身免疫性B細胞在自身免疫性疾病的發(fā)病機制中起著關(guān)鍵作用,例如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、皮肌炎等。單克隆抗體如利妥昔單抗對自身免疫性疾病的治療效果較差,主要是由于引起自身免疫的致病B細胞在淋巴器官和炎癥組織中的存在。使用嵌合CD19抗原的自體CAR-T細胞治療已經(jīng)引入了自身免疫性疾病的治療中。CD19-CAR-T細胞能迅速而持久地清除循環(huán)中的B細胞,并且能使系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者達到臨床緩解和血清學C反應蛋白、白細胞介素-6下降,抗雙鏈DNA抗體滴度明顯下降[27]。該臨床研究中CAR-T細胞治療僅有輕度CRS,耐受性良好。CD19-CAR-T細胞治療在系統(tǒng)性紅斑狼瘡中是可行的、可耐受、有效的治療手段。

2.2.3.2 T細胞受體T細胞(T cell receptor-gene engineered T cells,TCR-T細胞) 通過對存在于T細胞表面可以識別并識別由主要組織相容性復合體分子呈遞的抗原肽片段的蛋白質(zhì)受體TCR進行基因改造,將TCR改變成能夠識別特定抗原肽片段的受體[28]。TCR-T細胞可以識別癌細胞內(nèi)部的抗原,而CAR-T細胞通常只能識別癌細胞表面的抗原,因此TCR-T細胞被用于治療某些實體腫瘤[29]。

免疫細胞治療在自身免疫病方面也有廣闊的應用前景和潛力,它們可以通過選擇性地消除或抑制參與自身免疫反應的免疫細胞,或激活具有免疫調(diào)節(jié)或抗炎作用的免疫細胞,來達到治療或預防自身免疫病的目的。例如,一項研究使用CAR-T細胞治療了難治性的系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者,使其實現(xiàn)了快速的臨床緩解,沒有明顯的不良反應[27]。TCR-T細胞療法在臨床實踐中仍處于研究和發(fā)展階段,但已顯示出在某些類型的癌癥治療中的潛力。相比CAR-T細胞療法,TCR-T細胞療法可以針對更廣泛的抗原范圍,因為它使用的是天然TCR,而不是基于抗原受體的重組結(jié)構(gòu),在治療自身免疫性疾病中也有廣泛的前景,仍需更多的深入研究。

2.3 細胞治療的挑戰(zhàn)和前景 細胞治療作為一種前沿的醫(yī)療技術(shù),在自身免疫病的治療中展現(xiàn)出巨大的潛力,但目前還存在一些挑戰(zhàn)和需要解決的問題。

2.3.1 安全性 細胞治療涉及引入或修復人體組織和器官,因此安全性是一個重要的問題。目前,細胞治療的安全性仍然需要進一步研究和評估,以確?；颊叩陌踩?/p>

2.3.2 有效性 雖然細胞治療在一些自身免疫疾病的治療中取得了一定的效果,但其有效性仍然需要進一步研究和驗證。此外,不同患者的治療效果可能存在差異,因此個體化的治療策略也是一個重要的研究方向。

2.3.3 倫理問題 細胞治療涉及到人體的組織和器官,因此倫理問題也是一個重要的考慮因素。例如,細胞的來源和使用等問題都需要進行深入的討論和規(guī)范。

2.3.4 成本和技術(shù)挑戰(zhàn) 細胞治療的成本高昂,且細胞的來源和制備過程復雜。降低成本和優(yōu)化制備過程是推廣細胞治療的關(guān)鍵。

2.3.5 長期效果和不良反應 細胞治療的長期效果和潛在不良反應需要更多的臨床數(shù)據(jù)來評估和監(jiān)控。

2.3.6 技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)范化 隨著科技的進步,新的技術(shù)如CRISPR基因編輯等可能為細胞治療帶來更多可能性。同時,治療的標準化和規(guī)范化也是提高治療效果和安全性的關(guān)鍵。

2.4 展望 盡管存在一些挑戰(zhàn)和問題,細胞治療在自身免疫疾病的治療領(lǐng)域中仍然具有廣闊的前景。隨著科學技術(shù)的不斷進步和研究的深入,相信細胞治療將為自身免疫疾病的治療帶來新的突破和希望。

利益相關(guān)聲明:作者聲明不存在任何利益沖突。

作者貢獻說明:羅錫慶負責文獻的搜集篩選和撰寫論文;古潔若負責主題的選定、論文框架的構(gòu)建、指導論文修訂和對最終的論文進行了審閱和批準。