嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法已在血液肿瘤治疗中取得了显著的疗效，但在实体瘤治疗中却进展缓慢。相比T细胞，巨噬细胞（macrophage，M）在实体瘤微环境中不仅具有较强的肿瘤组织浸润能力，而且具有促进抗原提呈和增强T细胞杀伤活性的作用[1]。因此，巨噬细胞有潜力被开发为靶向肿瘤的嵌合抗原受体巨噬细胞（CAR-M）疗法，基于CAR-M的免疫细胞疗法是攻克实体瘤的重要途径。与原代巨噬细胞来源有限相比，人多能干细胞（hPSC）具有自我更新和多向分化潜能且易于基因编辑，为“现货型”CAR-M的制备提供了可能[2]。当前，hPSC分化产生CAR-M的相关研究尚处于早期阶段，现有分化方法存在周期长、产量低和细胞功能差等难题[3-4]。如何高效地将hPSC诱导分化为具有强抗肿瘤活性的CAR-M是hPSC-CAR-M疗法转化应用的关键。

2024年5月8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）程涛/沈俊/王建祥团队及中山大学医学院李昕团队合作在《Cell Stem Cell》（IF=23.9）期刊在线发表了题为“Activating innate immune responses repolarizes hPSC-derived CAR macrophages to improve anti- tumor activity”的研究论文。该研究围绕“效率”和“药效”，开发了hPSC定向CAR-M高效诱导分化体系，并通过联合激活固有-适应性免疫实现了hPSC-CAR-M的体内强劲抗肿瘤效应。

       在前期，该团队已成功建立了一套无血清、无基质细胞共培养，化学成分明确的hPSC体外单层造血分化体系[2,5]。在此早期造血分化研究基础上，该团队进一步优化开发了hPSC定向巨噬细胞高效分化体系，该体系可在2-3周内诱导单个hPSC产生6000个左右的巨噬细胞，相比现有体系提升效率100倍以上。

       为了探究hPSC-M的肿瘤靶向杀伤潜能，该团队设计了针对巨噬细胞的不同CAR结构，最终发现基于UBC启动子的CAR能够持久稳定地表达在hPSC及其分化全过程，且CAR的转导不影响巨噬细胞分化。在此基础上，该团队进一步评估了hPSC-CAR-M的体外肿瘤靶向杀伤潜能，发现hPSC-CAR-M不仅能吞噬和杀伤血液肿瘤细胞，而且能够杀伤乳腺癌和卵巢癌细胞。

为了探究hPSC-CAR-M的体内抗肿瘤活性，该团队首先对hPSC-CAR-M的体内持久性及肿瘤浸润性进行了评价，发现hPSC-CAR-M具有较强的体内持久性（>60天）和肿瘤浸润性。然而，在荷瘤小鼠体内hPSC-CAR-M抗肿瘤活性受抑，显著下调M1型巨噬细胞相关表型和信号。通过进一步验证和优化发现单磷酰脂质A（MPLA）和干扰素γ（IFN-γ）体内联合注射可以激活hPSC-CAR-M，从而增强hPSC-CAR-M抗肿瘤功能，包括显著降低肿瘤负荷和延长小鼠生存期。

       考虑到巨噬细胞具有促进抗原提呈和增强T细胞杀伤活性的作用，该团队接下来探索了hPSC-CAR-M可否通过激活T细胞启动适应性免疫应答来进一步增强抗肿瘤效应。研究发现，联合hPSC-CAR-M共同输注的T细胞能获得部分脱颗粒潜能，并产生体外肿瘤杀伤能力。进一步，在淋巴瘤异种移植小鼠模型中，该团队发现联合T细胞输注，能进一步增强hPSC-CAR-M体内抗肿瘤疗效，包括显著降低肿瘤负荷和延长小鼠生存期。最后，为了进一步评价hPSC-CAR-M的抗实体瘤作用，该团队构建了人乳腺癌和卵巢癌异种移植小鼠模型，并发现联合激活固有-适应性免疫可显著降低实体瘤负荷和延长小鼠生存期。

       总之，该研究提供了可显著提升hPSC-CAR-M分化效率和抗肿瘤活性的可行性策略，为探究CAR-M肿瘤免疫治疗奠定了方法学和理论学基础，具有较大的转化应用前景。

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）程涛教授、沈俊副研究员、王建祥教授和中山大学医学院李昕教授为共同通讯作者。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）沈俊副研究员、吕淑珍博士和徐颖茜副研究员为共同第一作者。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程和细胞生态海河实验室创新基金等的支持。

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       参考文献：

       1. Chen, Y., Yu, Z., Tan, X., Jiang, H., Xu, Z., Fang, Y., Han, D., Hong, W., Wei, W., and Tu, J. (2021). CAR-macrophage: A new immunotherapy candidate against solid tumors. Biomed Pharmacother 139, 111605. 10.1016/j.biopha.2021.111605.

       2. Shen, J., Xu, Y., Zhang, S., Lyu, S., Huo, Y., Zhu, Y., Tang, K., Mou, J., Li, X., Hoyle, D.L., et al. (2021). Single-cell transcriptome of early hematopoiesis guides arterial endothelial-enhanced functional T cell generation from human PSCs. Sci Adv 7, eabi9787. 10.1126/sciadv.abi9787.

       3. Su, S., Lei, A., Wang, X., Lu, H., Wang, S., Yang, Y., Li, N., Zhang, Y., and Zhang, J. (2022). Induced CAR-Macrophages as a Novel Therapeutic Cell Type for Cancer Immune Cell Therapies. Cells 11. 10.3390/cells11101652.

       4. Anderson, N.R., Minutolo, N.G., Gill, S., and Klichinsky, M. (2021). Macrophage-Based Approaches for Cancer Immunotherapy. Cancer Res 81, 1201-1208. 10.1158/0008-5472.CAN-20-2990.

       5. Shen, J., Zhu, Y., Zhang, S., Lyu, S., Lyu, C., Feng, Z., Hoyle, D.L., Wang, Z.Z., and Cheng, T. (2021). Vitronectin-activated alphavbeta3 and alphavbeta5 integrin signalling specifies haematopoietic fate in human pluripotent stem cells. Cell Prolif 54, e13012. 10.1111/cpr.13012.