Cancer Cell | 單細(xì)胞測序檢測揭示CAR-T脫靶效應(yīng)（2）

原創(chuàng)?風(fēng)不止步?圖靈基因?今天

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撰文：風(fēng)不止步

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研究利用單細(xì)胞分析報(bào)告了CAR靶點(diǎn)在各種組織中潛在的靶向、非腫瘤毒性景觀。隨著更多來自正常組織的大規(guī)模人類單細(xì)胞全息數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，靶標(biāo)、腫瘤外毒性概況的普遍性和準(zhǔn)確性可能會明顯增加。

2021年10月21日，冷涵博士等人在《Cancer Cell》上發(fā)表了一篇“Expression of chimeric antigen receptor therapy targets detected by single-cell sequencing of normal cells may contribute to off-tumor toxicity”的綜述。

嵌合抗原受體(CAR)工程細(xì)胞療法，利用基因改造的免疫細(xì)胞來產(chǎn)生定制的免疫反應(yīng)，已經(jīng)徹底改變癌癥治療。近年來，CAR工程細(xì)胞療法的臨床試驗(yàn)的數(shù)量、類型和適應(yīng)癥迅速增加。然而，靶向、非腫瘤效應(yīng)等，仍然是CAR工程細(xì)胞療法的主要限制。通過審視人類蛋白質(zhì)圖譜和基因型等大量表達(dá)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建一個(gè)CAR目標(biāo)的治療圖譜。最近的研究表明，單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）可以提供前所未有的高分辨率表達(dá)譜，根據(jù)靶點(diǎn)在稀有細(xì)胞亞群中的表達(dá)情況了解CAR療法的療效和安全性。例如，正常腦組織中的一小部分壁細(xì)胞表達(dá)CD19，并被CD19 CAR T細(xì)胞鎖定，這可能會通過增加大腦的血管通透性導(dǎo)致神經(jīng)毒性。為更好地了解CAR導(dǎo)向免疫療法的效果，迫切需要對不同正常組織的各種細(xì)胞類型中不同的CAR靶點(diǎn)的表達(dá)進(jìn)行系統(tǒng)的單細(xì)胞水平剖析。

在兩個(gè)獨(dú)立的單細(xì)胞隊(duì)列中分析了591個(gè)CAR靶點(diǎn)的表達(dá)，其中包括71個(gè)在2021年1月前的臨床試驗(yàn)中使用的和520個(gè)預(yù)測具有良好安全性的目標(biāo)，包括來自基于Microwell-seq的人類細(xì)胞景觀?(HCL)?和來自基于103 Genomics的成人細(xì)胞圖譜(AHCA)的84,363成人細(xì)胞scRNA-seq數(shù)據(jù)。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，人腦中7,906個(gè)細(xì)胞（0.15%）中只有12?個(gè)CD19可測量的壁細(xì)胞可能會導(dǎo)致潛在毒性，因此我們通過將CAR目標(biāo)定義為潛在風(fēng)險(xiǎn)基因（PRG）使用更嚴(yán)格的截止值。通過采用這一標(biāo)準(zhǔn)，分別從HCL和AHCA中識別出92個(gè)和88個(gè)PRG，并且在HCL和AHCA數(shù)據(jù)集中共享了57個(gè)PRG（超幾何測試p = 7.17 3 10 29）；這一結(jié)果表明我們的分析是穩(wěn)健的。通過允許用戶選擇不同的截止值（例如，可測量單元格的數(shù)量）來自定義數(shù)據(jù)門戶中?PRG的定義，從而考慮到靈活性。值得注意的是，CD19和BCMA（也稱為TNFRSF17）是已獲批的CAR T細(xì)胞療法用于治療血液癌癥的兩個(gè)靶基因，在單細(xì)胞分析和之前的批量表達(dá)數(shù)據(jù)分析中顯示出相對有限的表達(dá)模式。鑒于scRNA-seq分析稀有細(xì)胞群和/或類型的能力，能夠識別出幾種PRG，包括EGFR、PSCA和KDR(VEGFR2)，它們在特定組織中高于閾值，而這些組織尚未經(jīng)過通過批量表達(dá)分析確定了一個(gè)關(guān)注的組織（圖1A）。EGFR是在多項(xiàng)臨床試驗(yàn)中研究的CAR靶點(diǎn)（例如NCT02331693和NCT03182816），在多種組織中表達(dá)，包括胃（307個(gè)可測量細(xì)胞，占胃總細(xì)胞的2.2%，包括基質(zhì)細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和胃長細(xì)胞，圖?1B)，盡管通過批量分析未將EGFR鑒定為胃組織中的危險(xiǎn)表達(dá)模式。?EGFR CAR T細(xì)胞療法的I期臨床試驗(yàn)?(NCT01869166)報(bào)告了?EGFR陽性膽道癌和轉(zhuǎn)移性胰腺癌患者的胃腸道不良事件，這與單細(xì)胞分析結(jié)果非常吻合。KDR是?NCT01218867中研究的CAR靶點(diǎn)，由于在多個(gè)組織中的單細(xì)胞水平表達(dá)而具有潛在風(fēng)險(xiǎn)，包括肝臟（455個(gè)可測量細(xì)胞，占肝臟總細(xì)胞的4.3%），這是通過批量數(shù)據(jù)分析確定的未檢測到或低表達(dá)（圖?1B）。

最近的研究開發(fā)了邏輯''和''開關(guān)，使CARs的構(gòu)造更加復(fù)雜，以增加工程細(xì)胞的激活，并盡量減少毒性。構(gòu)建一個(gè)由320,884個(gè)風(fēng)險(xiǎn)較小的邏輯''和''設(shè)計(jì)基因?qū)Φ念A(yù)定義列表的單細(xì)胞級安全景觀。如果基因?qū)χ械膬蓚€(gè)基因在100個(gè)以上的非免疫細(xì)胞中同時(shí)可被測量，并且在至少一個(gè)組織中占細(xì)胞總數(shù)的2%以上，我們將其定義為潛在風(fēng)險(xiǎn)對（PRPs）。從HCL分析中確定2972個(gè)PRPs，從AHCA分析中確定了8895個(gè)PRPs，兩個(gè)數(shù)據(jù)集共有1509個(gè)PRPs。其中，一些PRPs至少包括一個(gè)PRG。在HCL和AHCA中，EGFR-APP和EGFR SEC61G被確定為廣泛表達(dá)于氣管、甲狀腺、胸膜、宮頸和動(dòng)脈的細(xì)胞中。大多數(shù)不包含PRG的PRPs，如APP-CD63，在HCL的38,183個(gè)細(xì)胞（占總細(xì)胞的11.1%）中可以測量，在HCL的28個(gè)組織中擴(kuò)大到22種不同的細(xì)胞類型，在AHCA的20,478個(gè)細(xì)胞（占總細(xì)胞的5.9%）中擴(kuò)大到14種不同的細(xì)胞類型。

為了幫助研究界設(shè)計(jì)CAR靶點(diǎn)，開發(fā)一個(gè)用戶友好的數(shù)據(jù)門戶--單細(xì)胞水平的CAR靶點(diǎn)基因毒性（CARTSC;https://hanlab.tamhsc.edu/CARTSC/），以允許瀏覽和搜索單細(xì)胞水平的單一靶點(diǎn)和邏輯''和''設(shè)計(jì)開關(guān)表達(dá)。用戶還可以檢查免疫細(xì)胞和/或組織中選定基因的表達(dá)模式。

本研究利用單細(xì)胞分析報(bào)告了CAR靶點(diǎn)在各種組織中潛在的靶向、非腫瘤毒性景觀。隨著更多來自正常組織的大規(guī)模人類單細(xì)胞全息數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，靶標(biāo)、腫瘤外毒性概況的普遍性和準(zhǔn)確性可能會明顯增加。研究并不建議停止基于PRG和/或PRPs的臨床試驗(yàn)。相反，應(yīng)該提前考慮這些目標(biāo)，以規(guī)避目標(biāo)上、腫瘤外的毒性，并密切監(jiān)測以獲得毒性的早期跡象。

研究的幾個(gè)局限性：由于缺乏大規(guī)模的單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，無法基于單細(xì)胞分辨率的蛋白質(zhì)表達(dá)來分析CAR靶標(biāo)的潛在毒性?？乖磉_(dá)密度是CAR細(xì)胞的一個(gè)重要考慮因素，在研究中無法對其進(jìn)行表征。此外，scRNAseq中的稀疏表達(dá)模式無法分析激活劑-抑制劑（邏輯“和非”）基因?qū)Φ臐撛诙拘?，其中兩個(gè)基因都在一個(gè)組織中表達(dá)以降低毒性。腫瘤和正常組織中全面的單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)將為預(yù)測與CAR療法相關(guān)的毒性提供更多見解。將繼續(xù)定期更新數(shù)據(jù)門戶，以包括最新的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，未來將更深入地覆蓋和/或豐富稀有細(xì)胞群。

教授介紹

冷涵博士，副教授-德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院UTMB生物化學(xué)與分子生物學(xué)系

研究興趣：

盡管癌癥治療方案取得了進(jìn)步，但大多數(shù)癌癥類型仍然缺乏充分表征和有效的靶向療法來改善疾病診斷、預(yù)后和患者生存結(jié)果。因此，迫切需要更全面地了解疾病的分子基礎(chǔ)并開發(fā)新的預(yù)后和治療策略。冷涵博士開創(chuàng)一系列泛癌方法，為癌癥治療提供臨床見解，特別是了解藥物反應(yīng)的機(jī)制（Cell Systems，2018；Nature Metabolism，2019；Nature Immunology，2019；NatureCommunications，2019；Genome Medicine，2019；自然通訊，2020a；自然通訊，2020b；基因組醫(yī)學(xué)，2020a；基因組醫(yī)學(xué)，2020b；致癌基因，2021）。這些研究闡明了為目前缺乏有效治療選擇的癌癥類型開發(fā)創(chuàng)新療法的未來臨床考慮。將進(jìn)一步開發(fā)高度創(chuàng)新的預(yù)后和治療策略，有可能對生物醫(yī)學(xué)研究產(chǎn)生重大影響。

參考文獻(xiàn)

Ying Jing, Yuan Liu et al .Expression of chimericantigen receptor therapy targets detected by single-cell sequencing of normalcells may contribute to off-tumor toxicity.(2021)