Nat Immunol丨嵌合抗原受體共刺激結構域對非對稱T細胞分裂介導命運誘導的調控作用

撰文 | 林無隅

嵌合抗原受體（CAR）T細胞療法在血液惡性腫瘤和難治性自身免疫性疾病的治療中取得了顯著療效，但由于患者體內的長期疾病控制效果存在差異，腫瘤復發仍是一個普遍問題。這種持久的療效在很大程度上依賴于CAR T細胞在體內的長期存活，這由具有持續免疫監視能力的成熟長壽記憶T細胞的形成所維持【1】。在傳統的T細胞中，非對稱細胞分裂（ACD）已被證實是介導效應T細胞與記憶T細胞命運分化的核心機制，親代細胞分裂后會產生一個靠近靶標、具有糖酵解和效應特征的近端子細胞（Proximal Daughter Cell），以及一個處于靜息狀態、兼具氧化代謝和記憶特征的遠端子細胞 （Distal Daughter Cell）。盡管目前所有經FDA批準的CAR T細胞產品都融入了4-1BB（BBζ）或CD28（28ζ）共刺激結構域，且它們在臨床上表現出截然不同的表型特征（如4-1BB促進長期存活，而CD28促使快速擴增和細胞毒性） ，但是這些不同的臨床相關共刺激結構域在早期如何影響CAR T細胞的命運抉擇，以及它們如何調控非對稱分裂過程，在很大程度上仍未被闡明。

為了闡明共刺激結構域對早期CAR T細胞命運的控制機制，2026年6月22日，來自美國賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院皮膚病學系以及細胞免疫治療中心、病理學及實驗醫學系的Christoph T. Ellebrecht團隊在NatureImmunology雜志上發表了題為Fate induction through asymmetric T celldivision is modulated by chimeric antigenreceptor costimulatory domains的文章，作者將一種改良的靶標誘導分子鄰近標記方法（LIPSTIC技術，一種利用酶促標記測定分子鄰近接觸的技術）與多維、正交的多組學單細胞分析技術相結合，系統比對并分析了BBζ和28ζ CAR T細胞在首次分裂后的分化軌跡。通過整合表面蛋白質組學、轉錄組學、代謝組學以及染色質可及性分析，研究表明共刺激結構域能夠精確調控非對稱細胞分裂的性質，從而塑造后代細胞的命運。研究發現，CD28和4-1BB在子細胞之間驅動了截然不同的分子分化：28ζ雖具有較高的表面蛋白質非對稱性，但其子細胞間的轉錄、表觀遺傳和代謝差異卻較為平淡，導致長期存活率降低 ；相反，BBζ通過產生更為強烈的轉錄和表觀遺傳非對稱性，成功分化出具備長期持久存活能力的遠端記憶傾向子細胞 。這一成果揭示了共刺激信號控制CAR T細胞命運的底層機制，為優化下一代細胞免疫療法奠定了堅實的理論基礎 。

作者首先利用LIPSTIC技術精確追蹤和分離了CAR T細胞首次分裂產生的兩類子細胞：繼承了免疫突觸熒光標記的近端子細胞和未標記的遠端子細胞 。流式細胞術和單細胞表面蛋白質組學（CITE-seq）分析表明，盡管28ζ CAR T細胞具有更高且更均一的表面受體表達，并在首次分裂后展現出更強的表面蛋白質組空間極化 ，但在深入分析后，28ζ近端與遠端子細胞之間的基因表達差異極小 。相比之下，基于Parse Biosciences平臺的單細胞轉錄組測序清晰顯示出BBζ的子細胞在轉錄圖譜上實現了更寬、更徹底的空間兩極分化，其遠端子細胞顯著富集了與干細胞特性及靜息狀態相關的關鍵基因（如LEF1、IL7R和KLF2） 。

在表觀遺傳和代謝層面，作者運用了10x Genomics單細胞多組學（ATAC + 基因表達）和液相色譜-質譜（LC-MS）代謝組學技術進行深度剖析 。主成分分析（PCA）表明，BBζ近端和遠端子細胞在整體代謝物分布上沿第一主成分拉開了顯著的差異，而28ζ子細胞則緊密聚集，顯示其代謝非對稱性非常微弱 。具體數據顯示，BBζ遠端子細胞中具有更高水平的谷氨酰胺（提示其更傾向于氧化磷酸化代謝模式），而近端子細胞的乳酸和AMP（與糖酵解及高ATP周轉相關）則大幅上升，且這種代謝分化的空間幅度在BBζ中遠超28ζ 。同時，單細胞ATAC-seq層面的差異可及染色質區域（DARs）定量也證實，4-1BB信號在首次分裂時誘導了遠多于CD28的表觀遺傳非對稱重塑，賦予了遠端子細胞獨特的染色質開放狀態。

為了驗證上述分子差異對實際抗腫瘤功能的影響，作者通過體外殺傷試驗和NSG小鼠免疫缺陷模型進行了長期的功能評估 。體外功能測試顯示，兩類的近端子細胞都表現出更快的細胞增殖以及更高的CD25效應標記物表達 ，而遠端子細胞則維持相對靜息，但在面對IL-2或IL-15等穩態細胞因子時表現出極強的二次擴增潛力 。更關鍵的體內長期存活與“壓力測試”腫瘤模型數據顯示，在注射30天后，只有回輸了BBζ遠端記憶傾向子細胞的小鼠外周血中保留了最高的T細胞計數，且在面臨Nalm6白血病細胞再次回輸挑戰時，僅有BBζ遠端子細胞組展現出了持久且徹底的腫瘤負荷控制能力 。

綜上所述，該研究通過整合LIPSTIC細胞追蹤系統和單細胞多組學、高分辨代謝組學方法，深刻揭示了4-1BB與CD28共刺激結構域在調控CAR T細胞早期非對稱分裂中的核心差異 。實驗表明，受體表面的強極化并不必然等同于其內部下游分子命運的持久分化，4-1BB結構域獨特的信號傳導機制是在早期催化并穩定轉化出轉錄、表觀遺傳和代謝極性，進而催生出高存活潛能記憶后代的關鍵 。這一發現成功在細胞和分子水平上闡明了臨床上4-1BB比CD28 CAR T產品更具長期持久性的底層生物學機制 。該研究所確立的分子機制和調控規律，不僅打破了以往對CAR T細胞早期分化的粗獷認知，也為未來通過精準工程化改造設計“持久型”新一代細胞免疫治療產品提供了關鍵的設計藍圖和理論依據 。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10542-3

制版人： 十一

參考文獻

Cappell, K. M. & Kochenderfer, J. N. Long-term outcomes following CAR T cell therapy: what we know so far.Nat. Rev. Clin. Oncol.20, 359–371 (2023).

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