PolarTIL programming reveals an essential role for TGF-β1 in antitumor memory in human cutaneous malignancies

人类免疫系统是一支庞大且内在的防御部队，不断在体内巡逻，以识别并摧毁细菌和病毒等入侵者。近年来，医生们已经学会了如何利用这支军队中的特定部分：被称为 T 细胞的白细胞。这些细胞经过训练，能够识别癌症细胞独特的标记并对其发起攻击。使用这种能力的一种强有力方式是，提取患者自身的癌细胞，找到那些已经侵入肿瘤的 T 细胞，并在实验室中将其培养，直到生长出数十亿个。这一过程被称为过继性细胞疗法（adoptive cell therapy），它挽救了许多生命，尤其是在黑色素瘤等皮肤癌领域。然而，一个主要的障碍依然存在。当使用标准方法在实验室中培养这些细胞时，它们往往会失去其锐利的锋芒。它们会变得疲惫、耗竭，一旦被放回患者体内，在对抗癌症方面的效力就会下降。科学家们长期以来一直在寻找一种方法，既不需要通过基因改造，也不需要使用复杂且昂贵的程序，就能让这些细胞保持年轻、精力充沛并随时准备战斗。

埃默里大学（Emory University）的一个研究小组发现了一种通过改变这些细胞生长环境来实现这一目标的方法。他们不再依赖于传统的方法——即向细胞提供持续的高剂量生长因子白细胞介素-2（interleukin-2），而是在培养过程的最开始阶段，引入了一次短暂且特定的不同化学信号脉冲。他们将这种新产品称为 PolarTIL。结果令人震惊。在小鼠模型和人类组织样本中，这些经过重编程的细胞生长得更快，数量更多，并且保留了一种独特的、强大的身份特征，使其能够比标准细胞更有效地摧로肿瘤。最令人惊讶的是，研究人员发现了一个长期以来被认为会抑制免疫系统的分子——TGF-beta 1，实际上对于这次成功至关重要。在整个过程中移除它，会导致细胞完全停止工作，这推翻了癌症治疗领域的一个普遍假设，并为治疗实体瘤揭示了一条新路径。

这一发现的旅程始于对 T 细胞行为的一个简单观察。在实验室中，当科学家使用高剂量的白细胞素-2 来培养 T 细胞时，细胞虽然会增殖，但往往会向耗竭状态漂移。随着时间的推移，它们会失去在体内存续的能力以及杀死癌细胞的能力。研究人员假设，如果他们能在细胞生长的初始阶段改变给出的指令，他们就能引导细胞进入一种更持久、更强大的状态。他们看向了一类特定的免疫细胞，即 Type-17 细胞，这类细胞在其他背景下以其能够提供长期保护而闻名。他们设计了一种细胞因子（cytokines）鸡尾酒——这是细胞用来相互交流的化学信使——来模拟这种环境。这个鸡尾酒包括了诸如白细胞素-1 beta（interleukin-1 beta）、白细胞素-6（interleukin-6）和白细胞素-21（interleukin-21）等信号，以及单剂次的 TGF-beta 1。

当他们将这一策略应用于从小鼠肿瘤中提取的 T 细胞时，差异立竿见影。使用新方法 PolarTIL 培养的细胞比使用标准高剂量白细胞素-2 培养的细胞增殖数量多得多。但真正的考验在于这些细胞是否真的能治愈疾病。研究人员将扩增后的细胞注射回患有侵略性黑色素瘤的小鼠体内。接受标准细胞治疗的小鼠仅观察到肿瘤生长有轻微延迟，这在统计学上并不显著。相比之下，接受 PolarTIL 细胞治疗的小鼠肿瘤完全消失了。更重要的是，这些小鼠在 100 天内都保持了无癌状态。当研究人员用新的一剂癌细胞挑战这些治愈的小鼠时，动物在没有任何帮助的情况下击退了新的感染，这证明了该治疗创造了持久的、全身性的免疫力。这种持久性并非偶然；研究人员表明，这种保护依赖于转移细胞的持续存在。当研究人员从治愈的小鼠体内移除供体细胞时，保护作用消失了，癌症也随之回归。

随后，团队转向人类组织，以观察这种方法在受控的小鼠环境之外是否有效。他们收集了来自包括黑色素瘤和默克尔细胞癌在内的各种皮肤癌患者的肿瘤样本。他们将样本分成两组，一组用标准的、高剂量的白细胞素-2 进行培养，另一组则采用新的 PolarTIL 策略。结果与小鼠研究一致。PolarTIL 培养出的细胞是标准培养物的五倍。此外，它们包含更少的调节性 T 细胞（一种可能会意外关闭癌症攻击的免疫细胞）。相反，PolarTIL 培养物富含具有组织驻留记忆（tissue-resident memory）标记的细胞，这种状态允许免疫细胞在特定组织中生存并保持战斗准备状态。这些细胞也更具侵略性，在实验室中杀死患者肿瘤细胞的速度更快，并释放出更高水平的用于摧毁癌症的化学武器。

为了理解这些细胞内部发生了什么，研究人员查看了它们的遗传蓝图。他们发现 PolarTIL 细胞不仅仅是标准细胞的一个略有不同的版本；它们处于一种根本不同的状态。标准细胞保留了它们最初从肿瘤中取出时的许多耗竭特征。然而，PolarTIL 细胞改变了它们的遗传编程。它们开启了与穿梭组织和与其他免疫细胞相互作用相关的基因，同时关闭了与耗竭相关的基因。它们还表现出对能够识别肿瘤的最有效细胞克隆进行扩增的偏好，而不仅仅是生长那里存在的任何细胞。这表明，在培养开始时给予的短暂信号脉冲足以重编程整个种群，从而筛选出最有效的战士。

最出人意料的发现出现在研究人员试图弄清楚他们的化学鸡尾酒中哪一部分在发挥主要作用时。他们系统地移除了每种成分，以观察会发生什么。他们发现，移除大多数信号只会稍微减少细胞数量，但细胞仍然有效。然而，当他们移除 TGF-beta 1 时，整个过程崩溃了。这令人震惊，因为在癌症研究中，TGF-beta 被广泛认为是抑制免疫系统并帮助肿瘤隐藏的分子。事实上，许多目前的疗法旨在阻断 TGF-beta。然而，在这种特定的语境下，在细胞培养的极早期阶段，TGF-beta 1 是不可或缺的。没有它，细胞就无法发育出组织驻留标记，无法在体内存续，并失去了治愈癌症的能力。研究人员得出结论，早期接触 TGF-beta 1 并不是在抑制细胞，而是在教导它们如何成为实现治愈所需的持久、驻留型战士。

这一发现挑战了该领域长期以来的一个信念。它表明，信号本身的性质不如信号出现的时机和语境重要。一个在一种环境下起抑制作用的分子，在另一种环境下可以作为关键的指导者。PolarTIL 细胞还展示了在能量使用上的转变，它们更多地依赖于支持长期生存的代谢途径，而不像标准细胞那样依赖于快速消耗殆尽的途径。此外，这些细胞显示出与免疫系统其他部分（如 B 细胞）进行沟通的能力增强，这有助于协调对肿瘤的全面攻击。

这项工作的意义对于癌症治疗的未来是重大的。研究人员指出，他们新方法中使用的所有化学物质都已经具备了人类使用所需的高质量形式，这意味着这种方法可以相对快速地转化为临床应用。通过仅仅改变实验室培养的初始条件，他们能够创造出一种比目前已有的产品更强大、数量更多且更持久的产品。这为那些对其他疗法没有反应的实体瘤患者提供了新的希望，提供了一种生成强大、自维持的免疫细胞军队的方法，而无需复杂的基因工程。这项研究证实，更好的癌症疗法的关键可能不在于增加复杂性，而在于理解那些引导免疫系统走向持久胜利的精确、早期的指令。