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目的: 继手术治疗、化学药物治疗、放射治疗、靶向治疗等多种肿瘤治疗手段问世之后,肿瘤的免疫治疗迅速发展,在多种肿瘤类型中都展现出良好的治疗效果,并且已经成为部分肿瘤的一线疗法,被认为是肿瘤治疗的第五大有效治疗手段。嵌合抗原受体修饰T细胞(Chimeric antigen receptor T cells,CAR-T)是一种非常有效的免疫治疗方法,可以模拟人体T细胞TCR的功能,当肿瘤细胞表面的抗原与嵌合抗原的抗体结合之后,可以将活化信号传递至T细胞胞内,迅速激活T细胞杀伤肿瘤细胞。CAR-T细胞治疗已经在白血病等血液系统肿瘤中取得了重大的突破及良好的治疗效果:2017年8月30日,美国FDA批准治疗B细胞恶性肿瘤的CD19-CAR-T细胞Kymriah(tisagenlecleucel;CTL019)上市,一个月之后,FDA又批准了另一种CD19-CAR-T细胞Yescarta(axicabtagene ciloleucel)上市。 根据《2015年中国癌症统计》最新报告显示,食管癌(esophageal cancer,EC)是我国发病率及死亡率均位居前列的恶性肿瘤,是亟待解决的影响人体寿命的重要健康问题。CAR-T细胞免疫治疗的出现,对治疗食管癌产生了深远的影响和新的希望。间皮素在食管癌中广泛高表达,是理想的CAR-T细胞治疗靶点,但是就目前的研究结果来看,间皮素CAR-T细胞治疗食管癌的效果并未达到预期。CAR-T细胞其发挥作用的场所在患者的淋巴管和血管是其在血液系统肿瘤中能产生良好的治疗效果的一个非常重要的原因,这些地方有足够的资源供CAR-T细胞存活和攻击肿瘤细胞。然而,在食管癌中,CAR-T细胞发挥杀伤功能的场所在食管癌组织中,食管癌细胞所处的微环境比较复杂,更有多种免疫逃逸机制的存在,严重抑制了CAR-T细胞的功能。 吲哚加双氧酶1(Indoleamine2,3-dioxygenase1,IDO1)是一种胞质血红素酶,是介导人体必需氨基酸色氨酸(tryptophan,Trp)转化为犬尿酸(kynurenine,Kyn)的重要代谢限速酶。人体必需氨基酸色氨酸的减少,能够激活一般性调控阻遏蛋白激酶2(general control nonderepressible2,GCN2),导致T细胞的凋亡。而IDO1代谢产物犬尿酸的增加,可以与芳烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR)结合,从而引起一系列生物效应,包括抑制T细胞的活性,诱导DCs的激活以及诱导Tregs的产生等。IDO1是形成肿瘤免疫抑制微环境的重要分子,其代谢产物犬尿酸在发挥抑制功能中起到最主要的作用。但是关于IDO1及其代谢产物犬尿酸在食管癌中的表达和功能却鲜有报道,而其对食管癌间皮素CAR-T细胞治疗的影响,目前尚无相关研究证实。 IDO1作为一种有效的肿瘤治疗靶点,现在已经有多种IDO1的抑制剂进入临床试验,其中研究进展最快的IDO1抑制剂是由美国Incyte公司开发的epacadostat(INCB024360),与美国默沙东公司的PD-1抑制剂Keytruda联用迅速进入临床三期试验,但是在2018年五月,三期临床结果宣布,联合用药并不能改善患者的生存期,宣告三期临床失败。但是,由于一期二期的IDO1抑制剂epacadostat(INCB024360)临床效果较好,因此,不能完全放弃此药的研究。本研究首次将IDO1的抑制剂与间皮素CAR-T细胞联用,并用透明质酸修饰的纳米材料氧化石墨烯负载epacadostat(INCB024360),以期恢复CAR-T细胞的功能取得更好的治疗效果。 本文主要研究了食管癌中IDO1的表达及其在食管癌肿瘤微环境的意义,并研究了其代谢产物犬尿酸对间皮素CAR-T细胞功能的影响,最后采用纳米材料氧化石墨烯负载IDO1的抑制剂来恢复IDO1对间皮素CAR-T细胞功能的抑制。 第一部分 食管癌微环境浸润的T细胞诱导IDO1的表达及其表达的临床意义 方法: 1)用TIMER数据库分析食管癌微环境中IDO1的表达与T细胞浸润的关系。 2)用相关性分析的方法分析IFN-γ的表达与IDO1表达的相关性。 3)用qRT-PCR的方法检测食管上皮细胞系和食管癌细胞系中IDO1的基因表达水平及IFN-γ对食管癌细胞IDO1基因表达的影响。 4)用western blot的方法检测IFN-γ对食管癌细胞IDO1蛋白表达的影响。 5)用TCGA的测序结果分析食管癌中IDO1的表达情况及IDO1对食管癌患者临床分期和生存的影响。 结果: 1)食管癌微环境中浸润的T细胞与IDO1的表达有明显相关性。 2)食管癌组织中IFN-γ的表达与IDO1的表达成正相关。 3)IFN-γ明显诱导食管癌细胞IDO1的基因和蛋白表达水平。 4)所有食管相关细胞系均能检测到IDO1基因的表达,其中在EC109中的表达水平最高,在450中的表达水平最低,食管癌细胞系中IDO1的基因表达水平比食管正常上皮细胞系的表达水平更高。 5)食管癌组织中IDO1的表达明显高于食管正常组织 6)Ⅱ期之后食管癌患者的IDO1的表达水平高于Ⅱ期之前的食管癌患者 7)IDO1的表达水平与患者的生存成负相关 第二部分 IDO1能够通过其代谢产物犬尿酸抑制间皮素CAR-T细胞的功能 方法: 1)用分子克隆技术构建间皮素CAR慢病毒表达载体 2)用密度梯度离心法获得健康人外周血中的单个核细胞。 3)用免疫磁珠分选的方法获得单个核细胞中的CD8+T细胞 4)用慢病毒感染的方法制备间皮素CAR-T细胞,并用流式细胞术检测其转染效率 5)用流式细胞术检测犬尿酸对间皮素CAR-T细胞表面分子表达的变化,胞内因子分泌及杀伤功能的影响 结果: 1)间皮素CAR-T细胞制备成功并且转染效率高达58.5% 2)犬尿酸诱导间皮素CAR-T细胞表面抑制型分子PD-1表达上调,同时还抑制其激活型分子CD28表达 3)犬尿酸抑制间皮素CAR-T细胞胞内因子IL-2及IFN-γ的分泌 4)犬尿酸抑制间皮素CAR-T细胞的杀伤功能 第三部分 GOHA负载的IDO1抑制剂能够有效改善间皮素CAR-T细胞功能 方法: 1)用化学合成的方法构建GOHA纳米药物载体 2)利用π-π堆积力的作用将INCB负载到GOHA上 3)用紫外扫描,红外扫描及粒径分析仪对GOHA-INCB药物进行表征 4)利用甲醇游离法检测GOHA-INCB药物的载药量及包封率 5)用qRT-PCR的方法检测药物对IDO1基因表达的影响 6)用ELISA的方法检测IDO1的酶活性及药物对间皮素CAR-T细胞杀伤功能因子分泌的影响 7)用流式细胞术检测药物对间皮素CAR-T细胞功能的影响 结果: 1)透明质酸修饰的氧化石墨烯纳米载药系统构建成功 2)纳米载药体系成功负载了IDO1抑制剂INCB 3)用氧化石墨烯负载的IDO1抑制剂能够更有效地抑制IDO1的活性,从而逆转IDO1对CAR-T细胞功能的抑制。 结论: 1)食管癌微环境中浸润的T细胞能够通过分泌IFN-γ诱导代谢酶IDO1的上调,并且IDO1在食管癌组织中的表达明显高于食管正常组织,IDO1表达水平与食管癌患者的临床病理分期还有不良预后相关。 2)IDO1能够通过其代谢产物犬尿酸抑制间皮素CAR-T细胞的活性及杀伤肿瘤细胞的功能。 3)用透明质酸修饰的氧化石墨烯负载的IDO1抑制剂能够更有效地抑制IDO1的活性,从而逆转IDO1对CAR-T细胞功能的抑制。