CXCR4基因修饰通过增强肿瘤归巢与骨髓定位提升CAR-T细胞治疗B细胞恶性肿瘤疗效

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：CXCR4-modification enhances CAR-T efficacy by improving tumor tracking and bone marrow homing in B-cell malignancies

本研究针对CAR-T细胞在B细胞恶性肿瘤治疗中存在的肿瘤归巢能力不足与骨髓浸润效率低下的问题，通过基因工程技术构建CXCR4过表达的CAR-T细胞。研究发现，CXCR4hiCAR-T细胞能显著增强对CXCL12的趋化反应，在淋巴瘤和骨髓瘤模型中展现出优越的肿瘤清除能力和骨髓定位特征，并促进记忆性T细胞分化。临床实验初步验证其安全性和有效性，为优化CAR-T疗法提供了新策略。

　　

在肿瘤免疫治疗领域，嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法已在B细胞恶性肿瘤中展现出显著疗效，然而其临床应用仍面临两大挑战：治疗细胞难以有效浸润肿瘤部位，以及在体内的持久性不足。这直接影响了肿瘤清除效果和长期保护作用的发挥。特别是在B细胞淋巴瘤和多发性骨髓瘤（MM）中，肿瘤细胞常常浸润到CXCL12高表达的骨髓微环境中，而传统的CAR-T细胞由于表面CXCR4表达不足，难以有效追踪这些"藏匿"的肿瘤细胞。

近日发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》的研究论文"CXCR4-modification enhances CAR-T efficacy by improving tumor tracking and bone marrow homing in B-cell malignancies"为解决这一难题提供了创新性方案。该研究由国内团队完成，通过基因工程技术构建CXCR4过表达的CAR-T细胞，系统评估了其在B细胞恶性肿瘤治疗中的效果和机制。

研究人员采用的主要技术方法包括：慢病毒载体构建与CAR-T细胞制备、流式细胞术分析表面标志物表达、Transwell迁移实验评估细胞趋化能力、小鼠肿瘤模型（包括皮下移植瘤和系统性播散模型）验证体内疗效、免疫荧光染色分析组织浸润情况、RNA测序进行转录组分析，以及一项涉及复发/难治性B细胞淋巴瘤患者的 investigator-initiated clinical trial (IIT) 临床研究（NCT04684472）。

慢病毒介导的基因转导下调T细胞表面CXCR4表达

研究人员发现，传统的慢病毒转导过程会显著降低T细胞表面CXCR4的表达水平。这一现象在转导后6小时即可观察到，并可持续7天以上。通过FabFluor-pH Red标记技术，证实CXCR4发生了由细胞表面向细胞内区的重分布。为克服这一局限，研究团队构建了同时表达第二代CAR（CD19 CAR或BCMA CAR）和人CXCR4的串联载体，成功获得了CXCR4高表达（CXCR4^hi）的CAR-T细胞。

CXCL12在B细胞淋巴瘤中高表达，CXCR4修饰的CAR-T细胞显示增强的趋化活性

对TCGA数据库的分析显示，CXCL12在弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBCL）中高表达，且与患者不良预后相关。单细胞转录组数据分析进一步发现，在完全缓解（CR）患者中，CAR⁺T细胞的CXCR4表达水平显著高于疾病进展（PD）患者。体外Transwell实验证实，CXCR4^hiCAR-T细胞对CXCL12的趋化能力显著增强。在Raji^CXCL12皮下移植瘤模型中，CXCR4^hiCD19 CAR-T细胞在输注后24小时即在肿瘤组织、脾脏和骨髓中呈现更高积累。

CXCR4修饰的CD19 CAR-T细胞在B细胞淋巴瘤中显示增强的抗肿瘤能力

体外细胞毒性实验显示，CXCR4^hiCD19 CAR-T细胞与第二代CAR-T细胞具有相当的肿瘤细胞杀伤能力。而在体内实验中，CXCR4^hiCD19 CAR-T细胞展现出显著增强的抗肿瘤效果，即使在仅使用四分之一剂量（1×10⁶细胞）的情况下，仍能有效清除肿瘤。在系统性播散的Raji^luc模型中，CXCR4^hiCAR-T细胞治疗组小鼠的肝脏和骨髓中hCD19⁺肿瘤细胞数量显著减少，生存期明显延长。

骨髓微环境赋予CXCR4修饰的CD19 CAR-T细胞增强的记忆分化能力和长期免疫保护

研究发现，CXCR4^hiCD19 CAR-T细胞在骨髓中的积累量是传统CAR-T细胞的3倍以上，并且表现出更高比例的中心记忆T细胞（T_CM）和效应记忆T细胞（T_EM）。转录组分析显示，从骨髓中分离的CXCR4^hiCAR-T细胞高表达记忆T细胞相关基因集，同时低表达与增殖、活化和耗竭相关的基因。肿瘤再攻击实验证实，经CXCR4^hiCAR-T细胞治疗的小鼠能够对再次接种的肿瘤细胞产生长期保护作用。

CXCR4修饰的BCMA CAR-T细胞在多发性骨髓瘤中显示增强的抗肿瘤疗效

在多发性骨髓瘤模型中，CXCR4^hiBCMA CAR-T细胞同样表现出增强的趋化能力和抗肿瘤效果。即使在低剂量下，也能有效控制RPMI 8226^luc系统性播散模型的肿瘤生长，并实现长期缓解。

CXCR4修饰的CD19 CAR-T细胞在r/r B细胞淋巴瘤患者中表现出令人鼓舞的疗效

一项首次人体研究（NCT04684472）评估了自体CXCR4^hiCD19 CAR-T细胞在复发/难治性（r/r）B细胞淋巴瘤患者中的安全性和有效性。低剂量组（1×10⁶CAR⁺T细胞/kg）的4例患者中，3例达到完全缓解（CR），1例达到部分缓解（PR）。治疗相关不良事件主要为细胞因子释放综合征（CRS）和免疫效应细胞相关神经毒性综合征（ICANS），均为1-2级，且可自行缓解。

该研究通过系统的临床前和临床研究证实，CXCR4基因修饰可有效解决CAR-T细胞在B细胞恶性肿瘤治疗中的两大关键限制——肿瘤归巢能力不足和骨髓浸润效率低下。研究不仅揭示了CXCR4-CXCL12轴在CAR-T细胞骨髓归巢和记忆性T细胞分化中的重要作用，还通过临床实验初步验证了这一策略的安全性和有效性。值得注意的是，CXCR4^hiCAR-T细胞在低剂量下即可实现与传统CAR-T细胞相当甚至更优的疗效，这为降低治疗剂量、减少毒副作用提供了可能。此外，增强的骨髓归巢特性促进了记忆性T细胞的分化，有望实现更持久的抗肿瘤免疫保护。

这一研究成果为CAR-T细胞治疗的优化提供了新思路，特别是在涉及骨髓浸润的血液恶性肿瘤治疗中具有重要应用价值。CXCR4修饰策略不仅适用于CD19靶向的CAR-T细胞，在BCMA等其他靶点的CAR-T细胞中也展现出类似效果，体现了其广泛的适用性。随着进一步临床研究的开展，这一技术有望为更多血液肿瘤患者带来福音。