FOXO1 поддерживает память CAR T-клеток и позволяет им персистировать дольше

Несмотря на успех технологии CAR-T в лечении гематологических злокачественных заболеваний и одобрение FDA нескольких CAR-T-препаратов, этот подход имеет существенные недостатки. Более чем у половины пациентов, успешно ответивших на CAR-T-терапию, впоследствии происходит рецидив. На то, что лечение у конкретного пациента будет успешным, указывает повышенное количество CAR T-клеток с фенотипом клеток памяти, а также сниженное истощение. Авторы нового исследования, опубликованного в Nature, установили, что эти свойства CAR-T-клеток находятся под контролем транскрипционного фактора FOXO1.

CAR-T-клетки могут иметь несколько фенотипов, которые различаются противоопухолевой активностью, а также способностью персистировать в организме пациента. Каждый фенотип экспрессирует характерные для него поверхностные маркеры. Наибольшими цитотоксическими свойствами и лучшей персистентностью обладают стволовые T-клетки памяти (T memory stem cells). Они превосходят по этим признакам T-клетки центральной памяти, которые, тем не менее, также имеют выраженные противоопухолевые свойства. Эффекторные T-клетки уступают T-клеткам памяти по противоопухолевой активности и быстрее переходят в истощенное состояние.

Та же исследовательская группа ранее показала, что, помимо FOXO1, фенотип клеток памяти находится под контролем еще одного транскрипционного фактора, TCF1. Оба эти фактора способствуют переходу истощенных CAR T-клеток в клетки памяти за счет временной остановки передачи сигнала через CAR. Чтобы установить, как оверэкспрессия FOXO1 и/или TCF1 скажется на функционировании CAR T-клеток, авторы исследования трансдуцировали CAR T-клетки ретровирусным вектором, содержащим дополнительную копию генов FOXO1 или TCF1. Оказалось, что повышенная экспрессия FOXO1, но не TCF1, повышает экспрессию маркеров фенотипа клеток памяти, а также ряда транскрипционных факторов, включая эндогенный TCF1. Более того, нокаут FOXO1 приводил к худшей выживаемости CAR T-клеток и снижал их способность контролировать опухолевые клетки. Таким образом, именно FOXO1 необходим для противораковой активности CAR T-клеток. Далее было показано, что только при оверэкспрессии FOXO1, но не TCF1, снижается уровень экспрессии маркеров истощения. Оверэкспрессия TCF1, напротив, приводила к истощению CAR T-клеток и их переходу в эффекторный фенотип.

Ученые предположили, что FOXO1 и TCF1 отвечают за различные профили экспрессии генов и потому каждая отдельная CAR T-клетка имеет уникальный набор поверхностных маркеров и функциональностей. Они секвенировали РНК CD4- и CD8-T-клеток с оверэкспрессией FOXO1 или TCF1 и установили, что клетки с оверэкспрессией FOXO1 или TCF1 имеют гораздо больше дифференциально экспрессируемых генов, чем генов с одинаковой экспрессией, причем этот эффект наблюдался как в CD4, так и в CD8 T-клетках. Анализ вариации наборов генов (Gene set variation analysis, GSVA) показал, что FOXO1 способствовал экспрессии генов факторов, ассоциированных с фенотипом клеток памяти, таких как SELL, IL7R, LEF1 и TCF7, и при этом подавлял экспрессию генов, ассоциированных с истощенным фенотипом, в частности, TOX, HAVCR2, ENTPD1 и CD244. Генная онтология позволила установить, что FOXO1 регулирует аутофагию и клеточный катаболизм. В то же время оверэкспрессия TCF1 способствовала фенотипу истощения.

Дальнейшие исследования показали, что и FOXO1, и TCF1 действительно взаимодействуют с хроматином и ремоделируют его. FOXO1 снижает доступность хроматина в области некоторых генов, способствующих фенотипу истощения, а также уменьшает количество ассоциированных с истощением эпигенетических меток. Однако FOXO1 при этом повышает доступность хроматинов и у ряда генов, ассоциированных с эффекторным фенотипом, противоположным фенотипу памяти.

Как было показано на мышиной ксенографтной модели B-клеточного лейкоза, повышение экспрессии FOXO1 в CAR-T-клетках положительно сказывалось на исходе лечения, в отличие от оверэкспрессии TCF1. Повышенная терапевтическая эффективность CAR-T-клеток с оверэкспрессией FOXO1 была показана и в случае хронического лимфоцитарного лейкоза. Стоит отметить, что для функциональности FOXO1 не нужен ген TCF7, который на повышенном уровне экспрессируется в клетках с оверэкспрессией FOXO1.

Одно из существенных ограничений CAR T-терапии — ее низкая эффективность в отношении солидных опухолей. Однако повышение экспрессии FOXO1 делает терапию более эффективной и в этом случае, как было показано на мышах с остеосаркомой.

Таким образом, транскрипционный фактор FOXO1 способствует фенотипу памяти и снижает уровень истощения CAR-T-клеток, а его повышенная экспрессия в CAR-T-клетках позволяет обойти ряд ограничений стандартной CAR-T-терапии. Авторы отмечают, что активность FOXO1 пациентов, получавших CAR T-клетки или инфильтрирующие опухоль лимфоциты коррелирует с положительными клиническими результатами.

Одновременно в Nature опубликована статья австралийских авторов, которые получили сходные результаты другими методами. Они изучали влияние интерлейкина-15 (IL-15), который иногда вводят пациентам вместе с CAR T-клетками, чтобы продлить их персистирование. IL-15 переводит Т-клетки в состояние, подобное стволовым клеткам (менее дифференцированное), но при этом может снижаться противоопухолевая активность. Исследователи выяснили, что IL-15 активирует гены, связанные с FOXO1, и разработали CAR T-клетки, производящие FOXO1 в больших количествах. Эти клетки были сходны со стволовыми, обладали высокой эффекторной активностью при стимуляции антигеном и не демонстрировали истощения, причем эффект был одинаковым для клеток мышей и людей.

CAR-T клетки уничтожают опухоль эффективнее, если экспрессировать в них химерный вариант CTLA-4