透過基因工程技術將T細胞啟用，並裝上定位導航到腫瘤的裝置-腫瘤嵌合抗原受體（Chimeric Antigen Receptor, CAR），可以將T細胞這個普通“武器”改造成“超級武器”，即為CAR-T細胞。CAR-T是治療B細胞惡性腫瘤的有效療法，但在實體瘤中療效有限。這些限制性的因素包括：腫瘤部位T細胞的遷移和浸潤不足、抑制訊號的持續存在、腫瘤限制性抗原的缺乏。此外，CAR-T療法的治療潛力也取決於CAR-T與腫瘤細胞之間形成裂解免疫突觸（lytic immune synapse, IS）的形成。
糖基化是最常見的蛋白質修飾之一，產物以糖蛋白的形式出現。糖蛋白是聚糖與蛋白質的天冬醯胺或絲氨酸、蘇氨酸殘基共價連線而成。與正常細胞相比，腫瘤細胞往往表現出異常的糖基化，形成一種極其多樣的細胞外聚糖外衣。這種聚糖外衣可能透過遮蔽免疫細胞的抗原表位或干擾免疫細胞功能，對抗腫瘤反應產生不利影響。b1–6 N-聚糖分支增多是腫瘤細胞最頻繁的變異之一，該糖基化修飾是N-乙醯氨基葡萄糖轉移酶V（由MGAT5基因編碼）活性增加的結果。MGAT5的表達受Ras-Raf-Ets訊號通路的正向調控，該通路在腫瘤中通常異常啟用，並直接參與腫瘤的生長、侵襲和轉移，在多種腫瘤模型中均被證明與生存降低和預後不良相關。
2022年1月19日，來自義大利的研究人員發現多種腫瘤的細胞外N-聚糖表達丰度與CAR-T細胞殺傷程度呈負相關。他們透過敲除胰腺癌（PAC）中的MGAT5發現，N-聚糖能干擾免疫突觸形成，減少轉錄啟用、細胞因子和細胞毒性，保護腫瘤免受CAR-T細胞的殺傷。這意味著，一旦破壞腫瘤細胞上的N-聚糖這層“糖衣”，CAR-T細胞活性即得到增強，成為殺傷胰腺癌的重磅“炮彈”。研究成果線上發表於最新一期的Science Translational Medicine（STM）。
研究成果（圖源：STM）
為了揭示N-聚糖在胰腺癌中的生物學作用，研究人員首先利用生物資訊學資料庫分析了參與這些糖基合成的糖基轉移酶的突變情況，發現cBioportal的3738名患者中，有19%樣本攜帶參與N-聚糖合成的糖基轉移酶的基因組改變，且這一特徵與不良預後相關。進一步分析確定僅分支型N-聚糖合成的基因變異與惡化的無病生存顯著相關，且大多數變異都是基因擴增。結合TCGA資料庫中胰腺癌樣本的RNA測序資料的富集分析顯示，與健康對照組相比，患者中分支型N-聚糖合成通路顯著富集。在富集的基因中，研究者重點關注了分支型N-聚糖生物合成的關鍵基因MGAT5。
胰腺癌患者的N-聚糖合成相關的基因變異及預後（圖源：STM）
敲除MGAT5後發現，CAR-T細胞44v6.28的抗腫瘤效果顯著增強，表現為腫瘤細胞溶解活性增加，干擾素和腫瘤壞死因子水平上升。這些結果說明，分支型N-聚糖遮蔽了CAR-T對胰腺癌抗原44v6.28的靶向性。
敲除MGAT5後腫瘤細胞與CAR-T細胞的變化（圖源：STM）
為了探明N-聚糖缺陷腫瘤細胞使得抗腫瘤療效增強的基礎，研究者分析了CAR-T細胞靶向過程的限制性步驟——免疫突觸IS的形成。結果顯示，缺乏MGAT5聚糖產物的胰腺癌細胞與CAR-T44v6.28之間形成了良好的IS，具有更高的F -肌動蛋白積累，更強的顆粒聚合，以及MTOC到F-肌動蛋白的距離縮短，這些是功能性細胞溶解的三個公認引數。對照組細胞中則沒有觀察到這種差異。該團隊還結合Jurkat細胞模型來分析細胞內訊號轉導事件，也得到與上述一致的結論。這些發現支援了胰腺癌對CAR-T細胞治療的抵抗機制，即腫瘤接觸和CAR-T訊號強度受分支型N-聚糖的調控。
敲除MGAT5後免疫突觸與功能性細胞溶解情況（圖源：STM）
既然基因層面對N-聚糖的抑制顯示出了良好效果，那麼從藥理學上克服腫瘤糖基化是否也能取得類似效果？研究者巧妙地利用葡萄糖/甘露糖類似物2DG來實現這一干預。2DG此前已被報道能干擾N -鏈糖基化，合併成新生糖蛋白的脂聯寡糖，引起糖基化整體異常狀態。研究人員發現，經2DG處理的胰腺癌細胞能被44v6.28細胞更有效地殺死，並在44v6.28細胞中引發了更強的轉錄作用，但在對照細胞中卻沒有這種效應。在胰腺癌小鼠異種移植模型中的實驗資料顯示，無論是低腫瘤負荷、高CAR-T細胞劑量模型，還是高腫瘤負荷、低CAR-T細胞劑量模型，2DG預先注射都能使得腫瘤對CAR-T細胞的攻擊更加敏感。此外，該研究還觀察到細胞表達抑制性受體的頻率顯著降低，如T細胞免疫球蛋白域和粘蛋白域3 （TIM-3）、淋巴細胞活化3、程式性細胞死亡蛋白1 （PD-1）和CD57。其中，PD-L1的PD-1相互作用在N-聚糖去除後減弱最為顯著。這些發現表明，與2DG聯合使用不僅可以提高腫瘤清除能力，還可能使CAR-T細胞避免發生免疫檢查點的抑制。
2DG處理後胰腺癌對44v6.28細胞敏感度的影響（圖源：STM）
在高腫瘤負荷胰腺癌異種移植小鼠模型中，研究人員比較2DG和44v6.28細胞單獨以及組合的長期聯合治療。在T3M-4異種移植模型中，重複注射2DG單獨治療小鼠被證明是無益的，而2DG和44v6.28細胞組合提供了最持久的腫瘤控制，優於兩種單獨治療方案。這一結果在BxPC3異種移植模型中亦得到證實。以上結果均表明，與2DG聯合治療可以提高44v6.28細胞的效力並減輕T細胞衰竭。不僅在胰腺癌，研究人員還發現與2DG共同治療可提高CAR-T細胞對包括膀胱癌和卵巢癌在內的多種腫瘤的治療效果。
胰腺癌模型中2DG處理、44v6.28細胞治療的比較（圖源：STM）
總之，CAR-T細胞與2DG聯合治療胰腺癌展現出良好的潛力，並且在其他多種腫瘤的治療中也取得良好效果，包括來自肺、卵巢和膀胱的腫瘤。總的來說，這項研究發現細胞外N-聚糖透過增加CAR-T細胞啟用閾值和促進CAR-T細胞衰竭使得腫瘤發生治療抵抗，也為合理改進實體腫瘤治療方法提供了新的思路和方向。
參考資料：
[1]Greco B, Malacarne V, De Girardi F, et al. Disrupting N-glycan expression on tumor cells boosts chimeric antigen receptor T cell efficacy against solid malignancies. Sci Transl Med.2022;14(628):eabg3072. doi:10.1126/scitranslmed.abg3072.
