近年来，嵌合抗原受体T细胞（CAR-T细胞）免疫疗法的高速发展为肿瘤患者，特别是难治/复发性B细胞淋巴瘤/白血病患者带来了革命性且行之有效的治疗方案，部分长期缓解病例甚至令人感受到了疾病完全治愈的曙光。然而，约30%至50%的白血病患者在CAR-T细胞诱导的肿瘤完全缓解后一年内会出现疾病的复发[1-3]。进一步提升CAR-T细胞的持久抗肿瘤效果，延长患者无病生存期，对于推动CAR-T细胞疗法的发展，帮助更多患者从这一免疫治疗方案中获益至关重要。以往研究表明，CAR-T细胞的干性，即早期记忆细胞样表型与其体内扩增能力正相关，回输具有早期记忆细胞表型的CAR-T细胞可以显著改善治疗效果[4-5]，但如何促进CAR-T细胞的在体干性维持，特别是经历激活之后的干性回归仍有待研究。

2024年4月10日，中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）冯晓明研究员和姜尔烈主任医师合作团队在《Molecular Therapy》（IF=12.4）在线发布了题为“GSNOR overexpression enhances CAR-T cell stemness and anti-tumor function by enforcing mitochondrial fitness”的文章。该研究发现，抗原刺激诱导的半胱氨酸S-亚硝基化（S-nitrosylation）失调推动了CAR-T细胞干性丢失，过表达S-亚硝基谷胱甘肽还原酶（GSNOR）可通过降低S-nitrosylation水平改善线粒体动力学稳态及代谢，提升CAR-T细胞的抗肿瘤活性。

研究人员通过实验发现，CAR-T细胞的激活偶联着一氧化氮的释放，后者通过促进蛋白质半胱氨酸残基S-nitrosylation修饰而干扰线粒体动力学稳态，抑制了CAR-T细胞记忆表型。同时，持续性的T细胞受体（TCR）刺激信号导致一氧化氮代谢关键调控因子GSNOR的表达抑制，进一步推动了CAR-T细胞的S-nitrosylation失调、线粒体去极化及耗竭表型加深。利用一氧化氮合成酶抑制剂干预或者过表达GSNOR可以逆转一氧化氮对T细胞记忆表型的抑制，提升T细胞响应重复性刺激的扩增能力。

基于上述发现，该研究构建了GSNOR-CAR共表达载体，并对比了GSNOR-CAR-T与常规CAR-T细胞的抗肿瘤效果。在体外实验中，GSNOR-CAR-T细胞响应抗原刺激表现出增强的干扰素γ（IFN-γ）表达，并在肿瘤细胞重复性刺激下表现出更强的扩增能力。进一步研究发现，共表达GSNOR提升了CAR-T细胞应激后的效应表型分化，同时降低了CAR-T细胞耗竭相关的糖酵解代谢、缺氧反应及细胞凋亡。进一步研究发现，共表达GSNOR提升了CAR-T细胞线粒体嵴的密度，进而改善了CAR-T细胞的线粒体平均膜电位、呼吸潜能以及活性氧（ROS）释放。

       在体内实验中，过表达GSNOR增强了CAR-T细胞对白血病模型小鼠疾病进展的抑制效果，提升了小鼠体内的CAR-T细胞数量，延长了小鼠的生存期。机制上，小鼠淋巴器官内的GSNOR-CAR-T细胞相比对照组CAR-T细胞表现出更显著的记忆表型及更低的耗竭性标记分子表达，且这一CAR-T细胞表型差异的趋势在回输后相比回输前明显增大，提示过表达GSNOR促进了CAR-T细胞在小鼠体内的干性回归。在另一实体瘤模型中，GSNOR同样表现出了对CAR-T细胞抗肿瘤效果的促进作用。

       综上，该研究提出持续性的抗原刺激通过诱导一氧化氮合成与GSNOR的表达抑制干扰CAR-T细胞线粒体稳态，可能是限制CAR-T细胞干性与临床效果持续性的一个重要因素。因此，GSNOR是提升CAR-T细胞干性的潜在靶点，通过提升GSNOR表达水平可以改善CAR-T细胞的抗肿瘤效应，是改善患者治疗效果的一个新思路。

       中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）冯晓明研究员和姜尔烈主任医师为共同通讯作者，牛卿主管技师为第一作者。该项目获得国家重点研发计划、国家自然科学基金青年项目、天津市科技计划、中国医学科学院医学与健康科技创新工程等的支持。

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       参考文献：

       1. Park, J.H., Riviere, I., Gonen, M., Wang, X., Senechal, B., Curran, K.J., Sauter, C., Wang, Y., Santomasso, B., Mead, E., Roshal, M., et al. (2018). Long-Term Follow-up of CD19 CAR Therapy in Acute Lymphoblastic Leukemia. The New England journal of medicine 378, 449-459. 10.1056/NEJMoa1709919.

       2. Maude, S.L., Laetsch, T.W., Buechner, J., Rives, S., Boyer, M., Bittencourt, H., Bader, P., Verneris, M.R., Stefanski, H.E., Myers, G.D., Qayed, M., et al. (2018). Tisagenlecleucel in Children and Young Adults with B-Cell Lymphoblastic Leukemia. The New England journal of medicine 378, 439-448. 10.1056/NEJMoa1709866.

       3. Cappell, K.M., Sherry, R.M., Yang, J.C., Goff, S.L., Vanasse, D.A., McIntyre, L., Rosenberg, S.A., and Kochenderfer, J.N. (2020). Long-Term Follow-Up of Anti-CD19 Chimeric Antigen Receptor T-Cell Therapy. Journal of clinical oncology: official journal of the American Society of Clinical Oncology 38, 3805-3815. 10.1200/JCO.20.01467.

       4. Arcangeli, S., Bove, C., Mezzanotte, C., Camisa, B., Falcone, L., Manfredi, F., Bezzecchi, E., El Khoury, R., Norata, R., Sanvito, F., Ponzoni, M., et al. (2022). CAR T cell manufacturing from naive/stem memory T lymphocytes enhances antitumor responses while curtailing cytokine release syndrome. The Journal of clinical investigation 132. 10.1172/JCI150807.

       5. Denk, D., Petrocelli, V., Conche, C., Drachsler, M., Ziegler, P.K., Braun, A., Kress, A., Nicolas, A.M., Mohs, K., Becker, C., Neurath, M.F., et al. (2022). Expansion of T memory stem cells with superior anti-tumor immunity by Urolithin A-induced mitophagy. Immunity 55, 2059-2073 e2058. 10.1016/j.immuni.2022.09.014.