“當時我剛剛成為一個父親，在郵件里讀到關於這個不滿一歲孩子神經和消化系統癥狀的減輕、體重增加的消息，毫無疑問是我從事科研以來最歡欣鼓舞的時刻。”來自美國哈佛大學醫學院和波士頓兒童醫院的井然博士表示。
此前，美國威斯康辛州的一家醫院收治了一名患有罕見病的幼兒，醫生根據井然的一項研究結果，讓病人服用了在該研究中篩選出的化合物（一種非處方的營養補劑，因而無需臨床試驗的批准）。令人欣喜的是，醫生隨後觀察到了多種癥狀好轉的跡象。
圖 | 井然（來源：井然）
近日，井然博士和所在團隊研發出一種新型基於幹細胞的 CAR-T 細胞平台，並發表了相關論文。
據悉，這一領域目前關注的核心在於幹細胞來源的 T 細胞和人體外周 T 細胞相比，是否具有類似的功能和特性。
而此次工作首次對實驗室內“製造”的 T 細胞和人體血液中提取的 T 細胞，進行了多方面的“頭對頭”比較，不論是在體外實驗還是動物模型中，幹細胞來源的 T 細胞都顯示出成熟 T 細胞的特性和很強的抗腫瘤能力。
因此，井然希望這一新型技術路線，能讓 CAR-T 療法擺脫對自體細胞的依賴，從而大大提高它的可及性。
給 T 細胞安上“火眼金睛”
據介紹，此次研究旨在探索開發新的免疫細胞治療手段，尤其是新型的嵌合抗原受體 T 細胞（CAR-T，Chimeric Antigen receptor T-Cell Immunotherapy）療法。
當下，細胞治療和基因治療是醫療健康領域的熱點，而 CAR-T 療法可能是這其中最成功的例子之一。
從最早進入臨床到現在，CAR-T 細胞治療已歷經十多年的發展，從起初的一種探索性的療法，到今天儼然成為一種十分成熟、且被廣泛應用的治療方式，其有效性也得到了充分驗證。
一些最早接受 CAR-T 細胞治療的淋巴細胞白血病患者，在一次治療後的長達十多年間，其體內都未再檢測到腫瘤細胞的出現。因次，即使是一貫審慎的臨床醫生和科研人員，現在也開始使用“治癒”（cure）這樣一個很少在腫瘤治療領域中被用到的詞來描述 CAR-T 細胞治療。
那麼，該療法到底特殊在哪裡？其科學原理並不複雜。在我們體內的免疫細胞中，T 細胞就像巡邏的士兵，負責應對各種健康威脅，這些威脅既包括來自體外的病原體，也包括自身發生變異的腫瘤細胞。
所以，幾乎所有癌症的發生，都伴隨的這些士兵的“失職”——T 細胞有時無法有效識別腫瘤細胞，或者它們的功能受到了抑制。
而 CAR-T 細胞治療就是把病人體內的 T 細胞提取收集起來，然後通過基因編輯的手段，給它們裝備上嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor, CAR）這一利器，給其安上“火眼金睛”，從而以特異性的方式識別腫瘤細胞。
然後，再把這些改造後的 T 細胞重新輸回病人的體內，這時 CAR-T 細胞就能高效識別和攻擊腫瘤細胞。
作為一種“活的藥物”，CAR-T 細胞和我們體內的 T 細胞一樣可以長期生存、增殖、甚至具有“記憶”。研究人員已經證明，在經過一次治療的十年後，這些改造的 CAR-T 細胞依然在患者體內存在，並時刻“監控”着以防止腫瘤細胞的再次出現。
雖然 CAR-T 細胞治療具有上述優勢，它也有其局限性。比如，對實體腫瘤的有效性，CAR-T 細胞遠不如血液腫瘤。
此外，目前臨床上的 CAR-T 細胞來源都是病人的自體 T 細胞，雖然這樣能避免排異反應，尤其是移植物抗宿主病的發生，同時也極大限制了 CAR-T 細胞的應用。
首先，對於有些病人來說，比如低齡患兒、或一些前期經過多輪化療的病人，要從其體內收集足夠數量的健康的 T 細胞可能非常困難。
其次，自體 CAR-T 細胞治療實質上是一種個體化治療，不同病人的 T 細胞之間存在異質性，而且每次生產 CAR-T 細胞都需要經過 T 細胞的提取純化、基因編輯、體外擴增等一系列工序，這大大增加了生產過程的複雜性和生產周期。
最近一項調查顯示，目前在美國患者要想排上 CAR-T 治療需要等待長達六個月，而且最終只有四分之一病人能接受 CAR-T 治療。生產和質控的高門檻，直接導致了治療的高價格。
2021 年，CAR-T 治療甫一進入中國市場，其高達百萬元的高額費用就引起了各方爭論。而井然的這項研究，正是希望通過探索新的 CAR-T 細胞來源來解決這些問題。
其所採用的策略無需依賴收集外周血細胞，而是在實驗室內人工“製造”T 細胞。即藉助誘導性多能幹細胞，這種細胞類似於胚胎幹細胞，可以無限增殖並具有分化為不同細胞類型的潛能，通過在體外對幹細胞進行基因編輯和特異、高效的分化，從而得到一種新型的幹細胞來源的 CAR-T 細胞。
這種新型細胞被命名為 EZ-T 細胞，具有和人體內 T 細胞相類似的功能和特性，並且能有效持續地殺傷腫瘤細胞。
近日，相關論文以《EZH1 抑制產生成熟的 iPSC 衍生的 CAR T 細胞，具有增強的抗腫瘤活性》（EZH1 repression generates mature iPSC-derived CAR T cells with enhanced antitumor activity）為題發表在 Cell Stem Cell 上（IF 25.2），並成為當期封面文章。哈佛大學醫學院院長、美國國家醫學院院士、美國藝術與科學院院士喬治·戴利（George Daley）教授為通訊作者 [1]。
圖 | 相關論文（來源：Cell Stem Cell）
審稿人高度認可此次研究的原創性和應用價值。課題組獲得的實驗數據，也是審稿人和期刊編輯支持論文發表的關鍵。
把實驗室“製造”的 T 細胞改造成 CAR-T 細胞
該項目最早立項於 2018 年，數據收集和分析、以及論文寫作於 2022 年初完成。雖然因為疫情原因受到一些影響，總的來說比較順利，尤其考慮到幹細胞研究周期長的特點，比如每一次從幹細胞到 T 細胞的分化，都需要將近兩個月。
此次研究主要分為三階段：第一階段是探索幹細胞分化的技術路線和最優條件。這也是困擾該領域多年的一個問題。
之前，對幹細胞向 T 細胞的分化，大多需要藉助一種小鼠來源的基質支持細胞。而且，所得到的 T 細胞其成熟度和功能性，都和外周 T 細胞有顯著的差異。
從一開始，該團隊就很明確研究目標：即研發出適合臨床轉化的細胞培養和分化體系。因此，他們摒棄了對小鼠來源基質支持細胞的使用。
基於此，其進一步在細胞分化過程中，通過基因編輯手段對特定表觀遺傳因子進行調控，從而最大限度提高分化效率和特異性，同時促進 T 細胞在體外的成熟。
克服了細胞分化這一技術瓶頸之後，在第二階段課題組主要採用多種分子生物學手段對 EZ-T 細胞的特性進行分析。這一階段的研究重點在於解答一個“像不像”的問題，也即到底在多大程度上，從幹細胞得來的 T 細胞類似於人體血液中的 T 細胞。
當實驗數據顯示出極高的相似度之後，研究便進入第三階段，要開始解決“能不能用”的問題。
這個階段，該團隊把實驗室“製造”的 T 細胞改造成 CAR-T 細胞，然後在體外和動物體內對其腫瘤殺傷抑制的能力進行檢測。
結果發現，EZ-T 細胞不但顯示出了和供者來源 T 細胞類似的抗腫瘤能力，並且能夠產生一種類似於記憶 T 細胞的亞群，這一細胞群體對 CAR-T 細胞的持續時間發揮着關鍵作用。通過以上這三個步驟，課題組完成了從建立實驗體系、分析細胞表徵、到檢測細胞功能的一個完整閉環。
親身體驗“波士頓模式”
井然表示：“研究中每一個進展都是令人欣喜的，如果研究結果能給患者帶來幫助則尤其令人難忘。”
其讀博士期間在南卡羅萊納醫科大學再生醫學和細胞生物學教授斯蒂芬·鄧肯（Stephen Duncan）教授的實驗室，利用幹細胞分化的肝臟細胞對一種罕見的遺傳疾病進行研究。這種疾病在幼兒和兒童時期出現癥狀並且致命，而且沒有任何治療的手段。
通過藥物篩選，井然和同事發現了一些有潛在治療價值的化合物，同時也發表了更早的一篇論文。
後來，在他博士畢業、並搬到波士頓開始新工作之後，有一天收到了一封來自 Duncan 教授的郵件，告訴了文章開頭的好消息——那名幼兒的病症開始趨好。
而井然對於科研的熱愛，或許要從讀大學說起。其本科就讀於中南大學，在湘雅醫學院的醫學遺傳學國家重點實驗室做畢業論文時，他第一次親身感受到了生命醫學研究的魅力。
之後，其進入北京大學醫學部生化系，師從倪菊華老師。他說：“倪老師幫助我進一步樹立了對科研的興趣。在老師的鼓勵和支持下，我完成碩士階段的學習後赴美，在威斯康辛醫學院攻讀博士學位。”
井然的博士生導師 Stephen Duncan 教授，是最早利用幹細胞研究肝臟發育和疾病的學者之一。在該實驗室讀博期間，他決定將幹細胞在再生醫學作為自己的長期研究方向。
博士畢業後，他加入哈佛大學醫學院和波士頓兒童醫院 George Daley 教授的團隊，繼續從事幹細胞方面的工作。
“George Daley 教授是幹細胞領域的先驅和血液發育及相關疾病方面的專家，在這裡我能和來自全世界的優秀科研工作者一起從事免疫細胞治療的前沿研究。除了實驗室的小環境，波士頓地區的大生態也得天獨厚。從基礎研究的開展、專利申請和授權、技術平台的合作轉化、到新公司的孵化孕育，我有幸親身體驗了生命醫藥產業創新的‘波士頓模式’，這為我提供了非常寶貴的學習機會。”他表示。
而下一步的工作重心，就是研究成果的轉化和應用。此次研究中，他和同事就這一新技術在多個國家申請了專利。2021 年夏天，該團隊完成了對波士頓的一家生物科技公司（Elevate Bio）的專利授予許可，技術平台的轉化工作從那時就已開始。
2022 年 8 月 4 日，在本次論文發表的同一天，由哈佛醫學院院長 George Daley 院士牽頭，波士頓兒童醫院和 Elevate Bio 達成合作協議並宣布成立一家新的公司，來專註於這項技術的臨床應用。
“在這個合作框架內，學界和業界的團隊正在對技術平台做進一步優化和研發，我們希望這些工作的推進能加速研究成果向臨床應用的轉化。”井然最後表示。
參考資料：
1.Jing, R., Scarfo, I., Najia, M. A., da Rocha, E. L., Han, A., Sanborn, M., ... & Daley, G. Q. (2022). EZH1 repression generates mature iPSC-derived CAR T cells with enhanced antitumor activity. Cell Stem Cell, 29(8), 1181-1196.
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