重编程细胞的离体操作和给药难以应用到临床

癌症免疫治疗的成功取决于肿瘤特异性T细胞的启动。然而，肿瘤细胞经常下调抗原呈递，并建立一个免疫抑制微环境，这将免疫原性抗原呈递细胞排除在肿瘤之外。这些限制阻碍了包括免疫检查点阻断在内的癌症免疫疗法的广泛成功。1型常规树突状细胞(cDC1s)是一种罕见的树突状细胞亚群，是募集和激活细胞毒性T细胞的关键，它们在肿瘤中的存在与生存率的提高有关。既往研究表明，转录因子PU.1、IRF8和BATF3 (PIB)可在体外9天内直接将成纤维细胞或肿瘤细胞重编程为抗原呈递的cDC1样细胞。然而，这些重编程细胞的离体操作和给药对临床应用构成了重大挑战。

体内重编程肿瘤细胞治疗癌症

在这项研究中，隆德大学Carlos-Filipe Pereira教授团队开发了一种通过腺病毒传递转录因子PU.1、IRF8和BATF3在体内对肿瘤细胞进行重编程的方法，使它们能够作为1型常规树突状细胞呈递抗原。重编程肿瘤细胞重塑其肿瘤微环境，招募和扩增多克隆细胞毒性T细胞；诱导肿瘤消退；并在多种小鼠黑色素瘤模型中建立了长期的全身免疫。在人类肿瘤球体和异种移植物中，重编程为免疫原性树突状细胞的进展独立于免疫抑制，这通常限制了免疫治疗。作者的研究为体内免疫细胞重编程用于癌症免疫治疗的人体临床试验铺平了道路。相关工作以“In vivo dendritic cell reprogramming for cancer immunotherapy”为题发表在Science。

【文章要点】

一、体内cDC1重编程诱导的全身抗肿瘤免疫

本研究介绍了一种新的肿瘤免疫治疗方法——体内cDC1细胞的定向重编程。体外用PIB转录因子重编程的肿瘤细胞可以引发系统性的抗肿瘤免疫反应，而不依赖于外源性的TLR3激动剂刺激或模型抗原。在小鼠肿瘤模型中，直接在体内注射PIB转录因子转染的肿瘤细胞可以诱导部分肿瘤完全消退，并延长生存期。这种效果在与anti-PD-1和anti-CTLA-4免疫检查点抑制剂联合使用时更加显著。体内cDC1重编程诱导的抗肿瘤免疫反应是系统性的，可以抑制远端未处理的肿瘤生长，并产生持久性的免疫记忆。与单纯的髓系细胞重编程相比，cDC1重编程可以诱导更强的抗原呈递和交叉呈递能力，从而产生更强劲的抗肿瘤免疫反应。总之，这项研究提出了利用转录因子在体内重编程肿瘤细胞为免疫原性的cDC1样细胞，从而激活持久的抗肿瘤免疫。

图1 体内cDC1重编程诱导的全身抗肿瘤免疫

二、肿瘤微环境（TME）的重塑

cDC1重编程可以显著增加肿瘤内的免疫细胞浸润，形成类似于3级淋巴结构(TLS)的细胞簇。cDC1重编程导致肿瘤内T细胞亚群的显著改变，同时也观察到Treg细胞的大幅降低。在髓系细胞群中，cDC1重编程增加了cDC1、cDC2、pDC及单核细胞的比例，而降低了巨噬细胞的比例。重编程还增强了髓系细胞的PD-L1表达。在肿瘤引流淋巴结中，cDC1重编程主要增加了CD4⁺ T细胞的比例，而CD8⁺ T细胞、B细胞和NK细胞无明显变化。重编程后的cDC1样细胞未能在淋巴结中检测到，而是表现出驻留肿瘤的特征。功能上，采用细胞亚群耗竭实验证实CD4⁺ T细胞在cDC1重编程介导的抗肿瘤免疫反应中起关键作用，而CD8⁺ T细胞在较晚阶段也有重要贡献。

图2 肿瘤微环境（TME）的重塑

三、人类肿瘤中cDC1表型的诱导

在人源性肿瘤移植模型中，作者在体内注射PIB转录因子后可以诱导肿瘤细胞向cDC1样表型重编程。在注射后的9天内，可检测到大量(约70-75%)的重编程细胞表达CD45和HLA-DR， 并伴有部分细胞仅表达CD45或HLA-DR。这表明重编程过程在体内呈现渐进性。这些重编程细胞开始表达cDC1特异性标志物XCR1、CLEC9A和CD226，其表达水平明显高于体外重编程细胞。这说明体内环境有利于更完整的cDC1表型的形成。重编程细胞还表现出较高水平的HLA class I分子表达(2-4倍增加)，以及共刺激分子CD40的获得，反映出其增强的抗原呈递能力。总之，这些结果证实了PIB转录因子可以在体内有效地重编程人类肿瘤细胞为具有强免疫原性的cDC1样细胞。

图3 人类肿瘤中cDC1表型的诱导

四、人类免疫抑制肿瘤球体的重编程

作者将人类肿瘤细胞株培养成3D球状体，并进行PIB转录因子重编程，可以增强重编程效率。与2D单层培养相比，3D球状体模型中cDC1表型标记(如XCR1、CLEC9A)的表达更高、更快。转录组分析表明，3D球状体中的重编程细胞较2D培养显示更快的抗原呈递相关基因(如SPI1、IRF8、BATF3等)的激活，同时也更迅速地激活了肿瘤抗原呈递细胞基因谱。在包含免疫抑制细胞或免疫抑制性细胞因子的3D球状体中，cDC1重编程效率不受明显影响。在含有CAFs的3D球状体中，重编程的肿瘤细胞可诱导与之HLA-A2相符的外周血单核细胞产生IFN-γ、TNF-α和GranzymeB等细胞毒性因子，并减小球状体的大小，表明具有抗肿瘤免疫活性。

图4 人类免疫抑制肿瘤球体的重编程

五、由基因治疗方法驱动的系统性和持久性抗肿瘤免疫

作者在B16黑色素瘤模型中，采用腺病毒载体表达PIB转录因子(Ad-PIB)进行4次肿瘤内注射，联合抗PD-1和抗CTLA-4治疗，可以实现50%的完全缓解率，并持续100天无肿瘤复发。Ad-PIB治疗可以显著增加肿瘤内CD8⁺ T细胞的浸润，并使其呈现更有效的表型。在淋巴结中，Ad-PIB治疗也可诱导肿瘤特异性CD8+ T细胞，特别是效应记忆型CD8⁺ T细胞的增加。接受Ad-PIB治疗后长期存活的小鼠可以抵抗肿瘤复发和黑色素瘤细胞的肺转移。这可能与其体内产生了针对肿瘤抗原的中央记忆和效应记忆CD8⁺ T细胞有关。总之，这项基于cDC1重编程的基因治疗方法可以诱导持久的系统性抗肿瘤免疫反应，达到长期肿瘤控制，且安全性良好。

图5 由基因治疗方法驱动的系统性和持久性抗肿瘤免疫

【结论与展望】

与体外方法相比，体内肿瘤细胞重编程表现出更快的动力学和更高的保真度，并导致肿瘤驻留的cDC1样细胞显示出成熟的免疫原性特征。尽管存在免疫抑制的癌症相关成纤维细胞、髓源性抑制细胞或周细胞，但在人类癌症球体中，重编程有效诱导T细胞活化和肿瘤细胞消除。在小鼠免疫能力模型中，重编程肿瘤细胞在肿瘤内招募和扩增多克隆细胞毒性和记忆T细胞，同时减少耗竭和调节群体。在这项研究中，作者使用腺病毒载体原位递送PIB诱导肿瘤内cDC1样细胞的产生，导致肿瘤微环境的重塑，三级淋巴样结构的形成，以及多克隆细胞毒性和记忆T细胞的扩增。这项工作为一种现成的肿瘤特异性免疫疗法提供了临床前概念证明，这种疗法可以协调全身和持久的抗肿瘤免疫。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn9083