CAR T-терапия нарушает когнитивные функции через активацию микроглии

CAR Т-терапия стала революционным подходом к лечению раков крови. Этот метод также проходит клинические испытания для лечения других опухолей, в том числе опухолей головного мозга. Однако при CAR Т-терапия возникают различные побочные эффекты, в том числе острая нейротоксичность. Согласно клиническим наблюдениям, у значительной части пациентов возникают неврологические симптомы, в первую очередь проблемы с памятью и вниманием, которые сохраняются до года после курса лечения. Ученые из Стэнфордского университета (США) решили проверить, действительно ли CAR Т-терапия может вызвать когнитивные нарушения.

Для исследования ученые использовали несколько мышиных моделей. Часть из них представляла собой ксенографтные модели опухолей человека: остеосаркому (менее и более агрессивный подтипы), глиому и B-клеточный острый лимфобластный лейкоз. Также в анализ включили иммунокомпетентных мышей с меланомой: перед CAR Т-терапией они, как и реальные пациенты, проходили химиотерапевтическую лимфодеплецию флударабином и циклофосфамидом. Локализацию специально подбирали таким образом, чтобы проанализировать и опухоли ЦНС, и опухоли вне ее. Глиому лечили анти-GD2 CAR Т-клетками; лейкоз, агрессивную остеосаркому и меланому (последние две опухоли отредактировали так, чтобы они экспрессировали CD19) — анти-CD19 CAR T-клетками, неагрессивную остеосаркому — анти-GD2 или анти-B7H3 CAR Т-клетками.

Когнитивные способности животных после лечения проверяли с помощью теста на узнавание нового объекта. Он позволяет оценить кратковременную (в интервале до 5 минут) память и способность удерживать внимание. В этом тесте животных помещают в специальную камеру, в которой находятся два предмета — мышам дают возможность их изучить. На следующем этапе тестирования один из предметов заменяют на новый и оценивают, как меняется поведение животного: поймет ли оно, что один предмет новый, а другой уже ему знаком? В этом тесте животные с глиомой, лейкозом и агрессивной остеосаркомой, которых лечили CAR Т-клетками, показали себя хуже, чем животные с теми же опухолями, которым вместо CAR Т-клеток вводили обычные Т-клетки в качестве плацебо. В модифицированной версии теста, направленной на оценку долговременной памяти, промежуток между ознакомлением с предметами и введением нового объекта в среду увеличивался до 1 или 24 ч. Все животные с опухолями, получавшие CAR Т-терапию, в нем также продемонстрировали худшие результаты, свидетельствующие о проблемах с памятью.

Что интересно, когнитивных нарушений не обнаружили после лечения неагрессивной остеосаркомы. Как оказалось, у животных с ней, в отличие от мышей с агрессивной остеосаркомой, был снижен уровень цитокинов в спинномозговой жидкости.

Поведение иммунокомпетентных мышей с меланомой оценить не удалось, так как из-за боли животные испытывали трудности с движением. Однако ученые отметили, что когнитивные нарушения возникали даже просто у мышей, которым проводили химиотерапевтическую лимфодеплецию без последующей CAR Т-терапии. Оказалось, что только этой химиотерапии, которой не было у других мышиных моделей, тоже достаточно для того, чтобы вызвать проблемы с памятью и вниманием.

Также исследователи оценили пространственную память животных, опосредованную гиппокампом, с помощью Т-образного лабиринта. В этом тесте мышей помещали в лабиринт с двумя ответвлениями и позволяли животному выбрать, куда оно хочет направиться. После того как мышь уходила в одном из направлений, ей закрывали дорогу назад и позволяли ознакомиться с местностью. Затем мышь снова помещали в начало лабиринта и позволяли ей сделать новый выбор — всего эту процедуру повторяли десять раз. На следующий день тест проводили аналогично, но между раундами мышь возвращали в ее клетку. В этом тесте мыши с глиомой, лейкозом и агрессивной остеосаркомой, которых лечили CAR Т-клетками, также показали себя хуже, чем мыши с «плацебо». Как и в предыдущем тесте, мыши с неагрессивной остеосаркомой справились с заданием, а у мышей, которым проводили химиотерапевтическую лимфодеплецию, тоже проявлялись нарушения памяти.

Исследователи обнаружили, что даже спустя месяц после терапии у мышей (кроме тех, у кого была неагрессивная остеосаркома) в крови и спинномозговой жидкости был повышен уровень цитокинов и хемокинов, таких как CCL11, CCL2, CCL7, CXCL10. Считается, что только одного CCL11 достаточно, чтобы вызвать когнитивные нарушения.

В мозге животных также было повышено количество реактивной микроглии, особенно в субкортикальной области и в гиппокампе. Это не было характерно для мышей с неагрессивной остеосаркомой. Секвенирование РНК мозга мыши с агрессивной остеосаркомой после CAR Т-терапии показало, что микроглия активна: в ней была повышена экспрессия хемокинов CCL11, CCL19, CCL24, CCL27, CXCL1, а также рецептора хемокинов CCR6.

В субкортикальной области снижалось количество олигодендроцитов и их предшественников. Те же изменения наблюдались после химиотерапевтической лимфодеплеции, но не встречались у мышей с неагрессивной остеосаркомой. Ученые предположили, что активированная микроглия может уничтожать олигодендроциты, таким образом влияя на целостность миелиновых оболочек.

Во взрослом возрасте у животных продолжается нейрогенез в двух областях гиппокампа. Он обеспечивает пластичность мозга, которая важна для работы памяти. Исследователи показали, что у мышей с глиомой, лейкозом и агрессивной остеосаркомой, прошедших CAR T-терапию, уровень нейрогенеза снизился на 40–50%. Как и в других тестах, изменений не было у мышей с неагрессивной остеосаркомой. У мышей, проходивших химиотерапию, также снизился уровень нейрогенеза, но последующая CAR T-терапия не усугубила это состояние.

CAR Т-клетки животным вводили внутривенно, как это и делается в клинической практике. Однако в случае с опухолями мозга иногда Т-клетки вводят в желудочки мозга. Ученые попробовали ввести анти-GD2 CAR T-клетки в разных дозировках мышам с глиомой. Проблемы с памятью, выявленные в поведенческих тестах, и реактивность микроглии наблюдались при двух дозировках — 500 тысяч и миллион клеток, но не при низкой дозировке — 100 тысяч клеток.

Исследователи также показали, что похожие изменения возникают и в мозге людей, проходивших CAR Т-терапию. Для этого они провели секвенирование РНК отдельных ядер для посмертных образцов префронтальной коры и субкортикальной области пациентов с глиомой, которые получали анти-GD2 Т-клетки. Для сравнения авторы проанализировали образцы пациентов, не получавших такого лечения. У всех пациентов, проходивших CAR T-терапию, обнаруживалась активная микроглия, в которой была снижена экспрессия гомеостатических генов P2RY12, CX3CR1, NAV2, но при этом повышалась экспрессия реактивных генов SPP1 и TMEM163. Отличия в экспрессии генов обнаружились также в олигодендроцитах и в их предшественниках.

Ученые проверили, можно ли фармакологически предотвратить развитие когнитивных нарушений после CAR Т-терапии. Они пробовали вводить животным анакинру — антагонист рецептора IL-1, который применяют для лечения острой нейротоксичности. Однако этот препарат не помог. Зато избавиться от когнитивных нарушений и от потери олигодендроцитов удалось с помощью PLX5622 — ингибитора колониестимулирующего фактора CSF1R. Без этого фактора микроглия не пролиферирует и погибает, и ее временное отсутствие (в течение всего двух недель) улучшило состояние животных. Положительный эффект также наблюдался при использовании SB-328437 — ингибитора рецептора хемокинов CCR3.

Белки спинномозговой жидкости позволят предсказать риск нейротоксичности CAR T-терапии