王皞鹏, PhD副教授 研究员 博士生导师

1. 解析基底信号形成机制，研发新型抗耗竭CAR-T 疗法 (Cell Research, 2023)

CAR-T细胞治疗是通过在T细胞上表达嵌合型抗原受体（Chimeric Antigen Receptor, CAR），使其在患者体内识别并杀伤肿瘤细胞的一种肿瘤免疫疗法。虽然多款上市的CAR-T药物在血液肿瘤中展现出显著的疗效，但其在治疗实体瘤方面一直疗效不佳，其中一个重要原因是CAR-T 细胞容易功能耗竭。如何解决功能耗竭这一难题是实体肿瘤CAR-T治疗中的热点与难点。近期研究发现，多数实体肿瘤CAR受体在无肿瘤抗原刺激时，仍然会产生一种持续的基底信号（tonic signal），而这种基底信号，会持续刺激CAR-T细胞，导致CAR-T细胞功能耗竭。同时，近期临床研究也表明，基底信号的过度不足也会影响CAR-T细胞的持续和疗效。因此，了解基底信号形成和维持的机制可以帮助设计高持续、抗耗竭的CAR-T细胞，提高CAR-T疗效。目前，领域内对CAR的基底信号的研究匮乏，基底信号是如何形成的、基底信号又是如何影响CAR- T疗效等一系列重要科学问题尚待解决。

2023年3月8日，上海科技大学生命科学与技术学院王皞鹏研究团队与复旦大学附属眼耳鼻喉科医院吴海涛团队、中科院分子细胞科学卓越创新中心许琛琦实验室，以及上海市第一人民医院宋献民课题组合作在Cell Research上发表了题为 Tuning Charge Density of Chimeric Antigen Receptor Optimizes CAR-T Cell Fitness 的研究论文（封面文章），成功解析了CAR-T细胞中基底信号形成的机制，提出了基于基底信号调控的CAR理性设计（rational design）系统；通过此全新的设计角度，可显著提高CAR-T细胞的存活优势（fitness）和抗肿瘤效果，为推进CAR-T细胞治疗实体瘤提供了新策略。

该研究发现几乎所有CAR受体都存在不同强度的基底信号，而CAR受体表面PCP介导的静电作用是基底信号的重要发生机制。CAR基底信号对CAR-T抗肿瘤功能的影响是双向的，不能简单概括为有害或有益。研究者提出了一个峰尖模型（Peak Theory）:过于微弱的CAR基底信号不能支持CAR-T细胞的体内稳态增殖，导致CAR-T 细胞体内持续能力受限;与之相反，如果基底信号过于强劲，会持续刺激CAR-T细胞，使之功能耗竭。通过调整盐离子浓度或者点突变优化PCP结构可以做到定向调控基底信号强度，使CAR-T细胞处在最佳的活性状态，进而在回输患者后发挥最佳的抗肿瘤疗效。更重要的是，该研究表明PCP的分数在46-56时，可以产生最优的基底信号和抗肿瘤活性。因此，在设计下一代CAR时，CAR-T设计者可以通过调整PCP介导的基底信号强度，理性设计CAR的结构，从而大大加速CAR-T的研发效率和进程，推动肿瘤尤其是实体瘤CAR-T治疗研究领域的发展进步。

封面故事：孔子观欹器的典故
孔子带着弟子们在鲁桓公的庙里参观，在那里看到一件被称作“欹”（音同戚，倾斜的意思）的器物。孔子向他的学生介绍说，这是鲁桓公放在座位右边的歆器，用来警戒鲁桓公自己（座右铭的来源）。“欹”器有三种状态：空的时候就会倾斜，水在不多不少的时候就端端正正地立着，水装满的时侯就会倾覆（中庸之道）。CAR-T细胞如欹器一般，基底信号（tonic signaling）好比装在欹器里的水。过弱的基底信号会导致T细胞持续性不足，不多不少的基底信号可以让T细胞保持在最佳状态，而过强的基底信号又会引发T细胞耗竭。

2. 利用合成免疫学的方法开发新型的CAR-T 疗法 (Immunity, 2020)

CAR-T疗法是通过在患者自身T细胞上表达嵌合型抗原受体（Chimeric Antigen Receptor, CAR），使其在体内识别并杀伤肿瘤细胞的一种肿瘤免疫疗法。CAR-T疗法已在血液癌中展现出令人瞩目的疗效，并批准用于治疗急性B淋巴细胞白血病以及特定类型的非霍奇金淋巴瘤。然而作为一种新的疗法，CAR-T治疗也有其局限性。越来越多的临床数据显示，高达30%-50%的CAR-T疗法治疗的患者会出现肿瘤复发现象，并且其中大多数病人会在接受CAR-T治疗后一年内出现复发。导致肿瘤的复发原因有多种，其中CAR-T细胞的体内持续能力（in vivo persistence），即CAR-T细胞在患者体内存活时间的长短，是一个决定性的因素。在急性淋巴细胞白血病以及慢性淋巴细胞白血病临床研究中都发现，CAR-T疗法的疗效和CAR-T细胞的体内持续能力呈正相关性。因此，探索CAR-T细胞的体内持续能力的调控机制已成为当下的研究热点。

我们研究团队与合作者在Immunity上发表了题为Chimeric Antigen Receptor Designed to Prevent Ubiquitination and Downregulation Showed Durable Antitumor Efficacy的研究论文（封面文章），通过研究CAR受体蛋白在CAR-T细胞中运输降解的调控机制，设计了一种新型的可循环CAR，显著地提高了CAR-T细胞的体内持续能力和抗肿瘤效果，为防止CAR-T治疗后肿瘤的复发提供了新策略。可循环CAR-T技术已于2020年底成功完成技术转让。

Wentao Li, Shizhen Qiu, Jian Chen, Shutan Jiang, Wendong Chen, Jingwei Jiang, Fei Wang, Wen Si, Yilai Shu, Ping Wei, Gaofeng Fan, Ruijun Tian, Haitao Wu, Chenqi Xu, Haopeng Wang. Chimeric Antigen Receptor Designed to Prevent Ubiquitination and Downregulation Showed Durable Antitumor Efficacy. Immunity. 2020.

Immunity杂志邀请了国际专家做了前瞻性点评

3. 利用全基因组CRISPR 遗传筛选，绘制T 细胞功能调控网络 (PNAS，2018)

作为人体免疫系统的重要组成部分，T细胞在对肿瘤细胞的免疫监控和杀伤中起着至关重要的作用。但是，肿瘤细胞能够利用多种方法来抑制T细胞的抗肿瘤活性，从而逃避机体免疫系统的攻击。因此在临床上，可以通过提高T细胞的活性来治疗肿瘤。目前，基于T细胞的肿瘤免疫疗法已经在临床上取得令人瞩目的成功，具有广泛的应用前景。但是现有的治疗方法只对一部分的肿瘤病人有效，并且还有着相当程度的副作用。因此，进一步研究T细胞激活的调控机理，将有助于开发新的肿瘤免疫治疗方法以改善疗效，并让更多的病人受益。

我们研究团队与加州大学旧金山分校Arthur Weiss实验室，以及中山大学魏来课题组合作在PNAS杂志上发表了题为 A genome-wide CRISPR screen identifies FAM49B as akey regulator of actin dynamics and T cell activation 的研究论文。我们实验室前期已经建立一个研究T细胞的基因编辑工具箱。此项目利用CRISPR全基因组遗传筛选，系统性地研究了T细胞激活的分子机制，绘制了人类T细胞功能的调控图谱。值得一提的是，该工作是世界上首次报道的基于T细胞功能调控的全基因组CRISPR筛选。

美国国家癌症研究所癌症研究中心副主任，Lawerence Samelson博士对于该工作给予了高度评价。Samelson博士认为：尚等人报道的针对Jurkat T 细胞的全基因组CRISPR筛选对于免疫领域是一个重要的贡献。该工作所报道的T细胞调控的正负调控因子对于许多科学家将非常有用。这个杰出的研究对于免疫细胞的激活和信号传导领域起到了重要的贡献。Shang et al by reporting a genome-wide CRISPRscreen in Jurkat T cells have performed an important service for the immunologycommunity. The lists of activating and inhibitory molecules that they havereported will be of great use to many investigators. This is an excellent studyand important contribution to those studying lymphocyte activation and signaltransduction in general.

4. 开发针对T 细胞淋巴瘤的CAR-T 治疗 (国家重点研发计划，2019）

CAR-T疗法在治疗B细胞来源的白血病和淋巴瘤取得了令人瞩目的疗效，但是对于同样是血液淋巴系肿瘤的T细胞肿瘤，CAR-T治疗一直没有好的治疗方案 。这主要是由于 CAR-T细胞，患者的T细胞肿瘤以及患者体内的T细胞这三种细胞本质上都是T细胞，从逻辑上很难找到一个靶点来有效地区分这三种细胞（见下图）。我们团队和一线临床团队合作，开发了一种可以可有效治疗T细胞肿瘤的CAR-T疗法。我们于2022年5月开始了临床实验。