DOI: https://doi.org/10.1038/s41421-024-00658-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38740803
تاريخ النشر: 2024-05-14
المؤلف: Yunyu Mao وآخرون
الموضوع الرئيسي: البحث وعلاج فيروس نقص المناعة البشرية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، يقدم المؤلفون نهجًا جديدًا لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية-1 باستخدام خلايا T المستقبلات المناعية الهجينة (CAR-T)، والتي تم تصميمها خصيصًا كخلايا M10. هذه الخلايا M10 مزودة بأجسام مضادة محايدة واسعة النطاق (bNAbs) ومستقبل CXCR5 الذي يوجهها إلى بصيلات B، مما يمكنها من أداء ثلاث وظائف حيوية: exerting cytotoxic effects on HIV-infected cells, neutralizing cell-free viruses following latency reversal, and homing to B-cell follicles.
تم تقييم فعالية خلايا M10 في تجربة سريرية شملت 18 مريضًا مصابًا بفيروس نقص المناعة البشرية-1، الذين تلقوا حقنتين من خلايا M10 المانحة بفاصل 30 يومًا، مدعومة بتحفيز chidamide لتنشيط خزان فيروس نقص المناعة البشرية-1. أظهرت النتائج أن 74.3% من الحقن أدت إلى قمع كبير لعودة الفيروس، مع متوسط انخفاض في الحمل الفيروسي بنسبة 67.1%. بالإضافة إلى ذلك، أظهر 10 مرضى انخفاضًا مستمرًا في مستويات RNA المرتبطة بالخلايا لفيروس نقص المناعة البشرية-1 (متوسط انخفاض قدره 1.15 log10) على مدى فترة متابعة مدتها 150 يومًا. من المهم أن خلايا M10 exerted selective pressure on the latent viral reservoir, ولم يتم الإبلاغ عن أي آثار جانبية كبيرة. تشير هذه النتائج إلى أن خلايا CAR-T M10 تمثل استراتيجية علاجية واعدة وآمنة لتحقيق علاج وظيفي لفيروس نقص المناعة البشرية-1/الإيدز.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التحدي العالمي المستمر الذي يطرحه متلازمة نقص المناعة المكتسب (الإيدز)، مع أكثر من 37.7 مليون فرد يعيشون مع فيروس نقص المناعة البشرية-1. بينما حسنت العلاج المضاد للفيروسات القهقرية (ART) النتائج السريرية للأشخاص الذين يعيشون مع فيروس نقص المناعة البشرية (PLWH)، إلا أنه لا يمكنه القضاء على خزان الفيروس، مما يتطلب علاجًا مدى الحياة ويعرض المرضى لسمية الأدوية والمقاومة. وبالتالي، فإن تحقيق الشفاء بدون ART هو هدف حاسم في أبحاث فيروس نقص المناعة البشرية. لقد ظهرت علاج خلايا CAR-T كاستراتيجية واعدة، خاصة مع التقدم في تصميم CAR الذي يعزز من توسيع خلايا T، واستمرارها، ونشاطها المضاد للفيروسات. ومع ذلك، لم تنجح خلايا CAR-T المضادة لفيروس نقص المناعة البشرية-1 الموجودة في منع عودة الفيروس بعد توقف ART، جزئيًا بسبب ظهور متغيرات الهروب.
لمعالجة هذه التحديات، تقترح الدراسة خلايا CAR-T ثلاثية الوظائف جديدة، تُسمى M10، والتي تدمج استراتيجيات متعددة لتعزيز الفعالية العلاجية. تم تصميم خلايا M10 باستخدام CAR ثنائي الخصوصية لاستهداف بروتينات غلاف فيروس نقص المناعة البشرية-1، وقطعة متغيرة أحادية السلسلة-Fc (scFv-Fc) مشتقة من الجسم المضاد 10E8 لتحييد الفيروسات الحرة، ومستقبل CXCR5 لتسهيل الهجرة إلى بصيلات B، حيث توجد الفيروسات الكامنة والنشطة لفيروس نقص المناعة البشرية-1. أظهرت التحقق الأولي في المختبر لخلايا M10 نتائج واعدة، وأظهر العلاج اللاحق لـ 18 فردًا من PLWH انخفاضات كبيرة في الفيروسية البلازمية ومستويات RNA المرتبطة بالخلايا لفيروس نقص المناعة البشرية-1. تدعم هذه النتائج إمكانية خلايا CAR-T M10 كنهج جديد نحو تحقيق علاج وظيفي لعدوى فيروس نقص المناعة البشرية-1.
طرق
يستعرض قسم “الطرق” المواد والإجراءات المستخدمة في البحث. يوضح الإعداد التجريبي المحدد، بما في ذلك أنواع المواد المستخدمة، والظروف التي أجريت فيها التجارب، والمنهجيات المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها. يبرز القسم أهمية القابلية للتكرار والدقة في التصميم التجريبي، مما يضمن إمكانية تفسير النتائج والتحقق منها بشكل موثوق.
بالإضافة إلى ذلك، قد تتضمن الطرق تحليلات إحصائية تم تطبيقها على البيانات، موضحة التقنيات المستخدمة لتقييم أهمية النتائج. قد يتضمن ذلك استخدام برامج أو خوارزميات محددة لمعالجة البيانات، فضلاً عن المعايير لاختيار العينات أو المشاركين في الدراسة. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتوفير نظرة شاملة على الإطار التجريبي الذي يدعم استنتاجات البحث.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تصميم خلايا CAR-T M10 لأداء ثلاث وظائف بيولوجية رئيسية: استهداف خلايا فيروس نقص المناعة البشرية المصابة من خلال التعرف عبر الأنماط على بروتين Env، وتحيد الفيروسات الحرة بعد عكس الكمون، والهجرة إلى بصيلات B. كان التصميم يتضمن بروتين اندماج ثنائي الخصوصية يجمع بين m36.4، وهو جسم مضاد أحادي النطاق يستهدف موقع ارتباط المستقبل CD4i، مع mD1.22، وهو متغير يستهدف موقع ارتباط CD4. أظهر هذا الاندماج نشاطًا محايدًا كبيرًا ضد فيروس نقص المناعة البشرية-1 Env بسبب خصوصيته العالية و affinity.
لزيادة فعالية خلايا CAR-T، أنشأ الباحثون جزيء CAR M31 عن طريق ربط m36.4 و mD1.22 باستخدام موصل 3× G4S، تلاه دمج مفصل CD28، ونطاق عبر الغشاء، ومجالات تحفيز إضافية (CD28 و 4-1BB)، ونطاق إشارة CD3ζ. بالإضافة إلى ذلك، لتسهيل إزالة الفيروسات الحرة، طوروا 10E8scFv-Fc، وهو بروتين اندماج للجسم المضاد المحايد بشكل واسع (bNAb) 10E8 مع IgG1 Fc متغير يمكن أن يحقق السمية الخلوية المعتمدة على الأجسام المضادة (ADCC). تم إدخال الجزء CAR و 10E8scFv-Fc في خلايا T باستخدام ناقلات فيروسية قائمة على فيروس نقص المناعة البشرية-1، مما يرمز بفعالية للمكونات اللازمة لزيادة النشاط المضاد لفيروس نقص المناعة البشرية.
مناقشة
في هذه الدراسة، طور المؤلفون خلايا CAR-T متعددة الوظائف جديدة، تُسمى M10، تهدف إلى تعزيز فعالية علاج فيروس نقص المناعة البشرية-1. تم تصميم خلايا M10 للتعبير عن CAR يستهدف بروتين غلاف فيروس نقص المناعة البشرية-1 (Env) ومستقبل CXCR5 الكيميائي لتسهيل الهجرة الانتقائية إلى المراكز الجرثومية، حيث توجد خزانات فيروس نقص المناعة البشرية الكامنة. أظهرت التجارب في المختبر أن خلايا M10 أظهرت سمية خلوية قوية ضد خلايا الهدف التي تعبر عن Env، مع زيادة كبيرة في إنتاج السيتوكينات مقارنة بخلايا CAR-T التقليدية. كما سلطت الدراسة الضوء على قدرة خلايا M10 على تحييد فيروس نقص المناعة البشرية-1 الحر من خلال إفراز جسم مضاد محايد واسع النطاق (bNAb) واستهداف فعال لمتغيرات Env المختلفة من سلالات فيروس نقص المناعة البشرية المختلفة.
أظهرت التجربة السريرية التي شملت 18 مشاركًا مصابًا بفيروس نقص المناعة البشرية-1 بشكل جيد أن حقن خلايا M10 كانت متوافقة بشكل جيد، مع عدم الإبلاغ عن أحداث سلبية كبيرة. أسفر نظام العلاج، الذي جمع بين حقن خلايا M10 وعامل عكس الكمون chidamide، عن انخفاض كبير في الأحمال الفيروسية البلازمية ومستويات RNA المرتبطة بالخلايا لفيروس نقص المناعة البشرية-1، مما يشير إلى انخفاض في حجم خزان الفيروس. من الجدير بالذكر أن خلايا M10 أظهرت قدرة متفوقة على إزالة فيروس نقص المناعة البشرية المعاد تنشيطه مقارنة بالعلاجات السابقة لخلايا CAR-T، محققة فعالية بنسبة 74.3% في قمع الارتفاعات الفيروسية الناتجة عن chidamide. تشير هذه النتائج إلى أن خلايا M10 تمثل استراتيجية علاجية واعدة لمعالجة تحديات الكمون وخزان فيروس نقص المناعة البشرية-1.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41421-024-00658-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38740803
Publication Date: 2024-05-14
Author(s): Yunyu Mao et al.
Primary Topic: HIV Research and Treatment
Overview
In this study, the authors present a novel approach to HIV-1 treatment using chimeric antigen receptor T (CAR-T) cells, specifically engineered as M10 cells. These M10 cells are equipped with endogenic broadly neutralizing antibodies (bNAbs) and the follicle-homing receptor CXCR5, enabling them to perform three critical functions: exerting cytotoxic effects on HIV-infected cells, neutralizing cell-free viruses following latency reversal, and homing to B-cell follicles.
The efficacy of M10 cells was evaluated in a clinical trial involving 18 HIV-1 patients, who received two allogenic M10 cell infusions spaced 30 days apart, complemented by chidamide stimulations to activate the HIV-1 reservoir. The results indicated that 74.3% of the infusions led to significant suppression of viral rebound, with an average viral load reduction of 67.1%. Additionally, 10 patients exhibited a persistent decrease in cell-associated HIV-1 RNA levels (average reduction of 1.15 log10) over a 150-day follow-up period. Importantly, M10 cells also exerted selective pressure on the latent viral reservoir, and no significant adverse effects were reported. These findings suggest that M10 CAR-T cells represent a promising and safe therapeutic strategy for achieving a functional cure for HIV-1/AIDS.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the ongoing global challenge posed by acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), with over 37.7 million individuals living with HIV-1. While antiretroviral therapy (ART) has improved clinical outcomes for people living with HIV (PLWH), it cannot eliminate the viral reservoir, necessitating lifelong treatment and exposing patients to drug toxicities and resistance. Consequently, achieving ART-free remission is a critical goal in HIV research. Chimeric antigen receptor T (CAR-T) cell therapy has emerged as a promising strategy, particularly with advancements in CAR design that enhance T cell expansion, persistence, and antiviral activity. However, existing anti-HIV-1 CAR-T cells have not successfully prevented viral rebound post-ART discontinuation, partly due to the emergence of escape variants.
To address these challenges, the study proposes a novel tri-functional CAR-T cell, termed M10, which integrates multiple strategies to enhance therapeutic efficacy. M10 cells are designed with a bispecific CAR for targeting HIV-1 envelope glycoproteins, a single-chain variable fragment-Fc (scFv-Fc) derived from the 10E8 antibody for neutralizing free viruses, and the CXCR5 receptor to facilitate migration into B-cell follicles, where latent and active HIV-1 viruses reside. Initial in vitro validation of M10 cells showed promising results, and subsequent treatment of 18 PLWH demonstrated significant reductions in plasma viremia and cell-associated HIV-1 RNA levels. These findings support the potential of M10 CAR-T cells as a novel approach toward achieving a functional cure for HIV-1 infection.
Methods
The “Methods” section outlines the materials and procedures utilized in the research. It details the specific experimental setup, including the types of materials used, the conditions under which experiments were conducted, and the methodologies employed for data collection and analysis. The section emphasizes the importance of reproducibility and precision in the experimental design, ensuring that the results can be reliably interpreted and validated.
Additionally, the methods may include statistical analyses applied to the data, outlining the techniques used to assess the significance of the findings. This could involve the use of specific software or algorithms for data processing, as well as the criteria for selecting samples or participants in the study. Overall, this section serves to provide a comprehensive overview of the experimental framework that supports the research conclusions.
Results
In this study, M10 CAR-T cells were engineered to perform three key biological functions: targeting HIV-infected cells through cross-clade recognition of the Env protein, neutralizing cell-free viruses post-latency reversal, and homing to B-cell follicles. The design involved a bispecific fusion protein combining m36.4, a single-domain antibody that targets the CD4i coreceptor-binding site, with mD1.22, a mutant targeting the CD4-binding site. This fusion demonstrated significant neutralizing activity against HIV-1 Env due to its high specificity and affinity.
To enhance the functionality of the CAR-T cells, the researchers created an M31 CAR molecule by linking m36.4 and mD1.22 with a 3× G4S linker, followed by the incorporation of a CD28 hinge, transmembrane domain, costimulatory domains (CD28 and 4-1BB), and the CD3ζ signaling domain. Additionally, to facilitate the clearance of cell-free viruses, they developed 10E8scFv-Fc, a fusion protein of the broadly neutralizing antibody (bNAb) 10E8 with a mutant IgG1 Fc that can mediate antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC). The CAR moiety and 10E8scFv-Fc were introduced into T cells using two HIV-1-based lentivirus vectors, effectively encoding the necessary components for enhanced anti-HIV activity.
Discussion
In this study, the authors developed a novel multifunctional CAR-T cell, termed M10, aimed at enhancing the efficacy of HIV-1 treatment. M10 cells were engineered to express a CAR targeting the HIV-1 envelope protein (Env) and a CXCR5 chemokine receptor to facilitate selective migration to germinal centers, where latent HIV reservoirs are located. In vitro experiments demonstrated that M10 cells exhibited robust cytotoxicity against Env-expressing target cells, with a significant increase in cytokine production compared to conventional CAR-T cells. The study also highlighted the ability of M10 cells to neutralize free HIV-1 through the secretion of a broadly neutralizing antibody (bNAb) and to effectively target various Env variants from different HIV clades.
The clinical trial involving 18 participants with well-controlled HIV-1 infection showed that M10 cell infusions were well tolerated, with no significant adverse events reported. The treatment regimen, which combined M10 cell infusions with the latency-reversing agent chidamide, resulted in a substantial reduction in plasma viral loads and cell-associated HIV-1 RNA levels, indicating a decrease in the size of the viral reservoir. Notably, the M10 cells demonstrated a superior capacity to clear reactivated HIV compared to previous CAR-T cell therapies, achieving a 74.3% efficacy in suppressing viral spikes induced by chidamide. These findings suggest that M10 cells represent a promising therapeutic strategy for addressing the challenges of HIV-1 latency and reservoir clearance.