由诱导性多能干细胞(iPS细胞)生成T淋巴细胞,为T细胞免疫治疗提供了一种替代使用胚胎干细胞的新途径。该方法表明,通过利用以下任一方式 体外 或 体内 诱导系统能够使iPS细胞分化为常规T淋巴细胞和抗原特异性T淋巴细胞。
方法文章
由诱导性多能干细胞(iPS细胞)生成T淋巴细胞,为T细胞免疫治疗提供了一种替代使用胚胎干细胞的新途径。该方法表明,通过利用以下任一方式 体外 或 体内 诱导系统能够使iPS细胞分化为常规T淋巴细胞和抗原特异性T淋巴细胞。
过继性细胞转移(adoptive cell transfer, ACT)抗原特异性的CD8+ 细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)是治疗多种恶性肿瘤的有前景策略1。CTLs可通过T细胞受体(TCR)与肿瘤抗原相互作用来识别恶性细胞,并释放细胞毒素及细胞因子以杀伤恶性细胞。已知分化程度较低且具有中央记忆样表型(称为高反应性)的CTLs是基于ACT的免疫治疗中最理想的细胞群体,因为这类CTLs具有较强的增殖潜能,较已分化细胞更不易发生凋亡,并且对稳态细胞因子具有更强的响应能力2-7。然而,由于从患者体内获取大量此类CTLs存在困难,因此迫切需要开发一种新方法以生成高反应性的抗原特异性CTLs,从而实现ACT疗法的成功应用。
将T细胞受体转导至可自我更新的干细胞以实现免疫重建,在疾病治疗中具有治疗潜力 8-10然而,从患者体内获取胚胎干细胞(ESCs)的方法并不可行。尽管造血干细胞(HSCs)在临床治疗中的应用已十分广泛 11-13,造血干细胞的分化能力和增殖能力降低,且难以在体外扩增 体外 细胞培养 14-16. 近期iPS细胞技术的发展及一种 体外 无需任何外科手术即可从患者体内生成诱导多能干细胞的基因递送系统。此外,与胚胎干细胞类似,诱导多能干细胞具有无限增殖能力 体外,并已被证明可分化为造血细胞。因此,与胚胎干细胞(ESCs)或造血干细胞(HSCs)相比,诱导性多能干细胞(iPS细胞)在基于细胞疗法的免疫治疗中具有更大的应用潜力。
本文介绍了由诱导性多能干细胞(iPS细胞)生成T淋巴细胞的方法 体外,和 体内 由iPS细胞编程抗原特异性CTL以促进癌症免疫监视。刺激 体外 使用Notch配体可诱导iPS细胞向T细胞分化,而TCR基因转导可使iPS细胞分化为抗原特异性T细胞 体内,从而抑制肿瘤生长。因此,我们展示了由iPS细胞分化为抗原特异性T细胞的过程。本研究为生成用于过继性细胞治疗(ACT)的抗原特异性细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)提供了一种潜在更高效的方法,并有助于推动针对各类疾病的治疗策略的开发。
1. 细胞培养
2. 体外 编程
3. 在体 编程
4. 代表性结果
CD3 和 TCRβ 用作 T 细胞的标志物。为了确定 Notch 配体 DL1 对 iPS 细胞的刺激是否能够促进 T 细胞分化,我们检测了 CD3 和 TCRβ 的表达情况+ 在iPS细胞来源的细胞上,进一步分析CD4和CD8的表达,以CD3为门控依据+ 和 TCRβ+ 群体。如图所示,在第22天,CD3+ TCRβ+ CD4- CD8+ 由iPS细胞生成单阳性(SP)T细胞 体外此外,经刺激后,由iPS细胞衍生的SP细胞能够产生IL-2和IFN-γ。 体外 通过平板包被的抗CD3抗体和可溶性抗CD28抗体图 2),表明iPS细胞分化的T细胞具有功能活性。
过继转移至受体小鼠后,大部分经TCR基因转导的iPS细胞分化为CD8+ 细胞毒性T淋巴细胞(CTLs),其作出应答 体外 通过分泌 IL-2 和 IFN-γ 对肽刺激作出反应(图 3最重要的是,过继性移植TCR转导的iPS细胞可诱导OVA反应性CTL浸润至肿瘤组织,并保护动物免受肿瘤攻击(图 5-6因此,经TCR基因转导的iPS细胞可分化为具有功能的抗原特异性CTLs 体内.

图1. iPS细胞分化的形态学特征。在不同时间点,将小鼠iPS细胞与OP9-DL1细胞在α-MEM培养基中共同培养,培养基中添加20%胎牛血清(FCS)、2.2 g/L碳酸氢钠,并含有5 ng/ml mFlt3L和1 ng/ml mIL-7。

图 2. 由iPS细胞分化生成T细胞。小鼠iPS细胞与OP9-DL1细胞共培养,方法如图 1所述。第22天时,分离并分析由iPS细胞衍生的细胞。A) 在CD3+和TCRβ+群体设门后,分析CD4+ CD8-或CD4- CD8+细胞。B) 细胞在37 °C、5% CO2条件下,使用包被抗CD3抗体和可溶性抗CD28抗体刺激5小时。在对活的CD4- CD8+ T细胞设门后,通过胞内染色分析IL-2和IFN-γ的表达。

图3. 抗原特异性CD8+ 由iPS细胞分化T细胞 体内OT-I TCR基因转导的iPS细胞被注射 i.v. 到C57BL/6小鼠体内。六至十周后,检测OVA特异性CD8+ Vβ5+ T细胞发育情况被确定。A) CD8+ Vβ5+ 来自汇集的淋巴结和脾脏的T细胞在流式细胞术分析中经CD8设门后进行分析+ 群体。B)在圈选CD8后,通过细胞内细胞因子染色检测IL-2和IFN-γ的产生(深色线条;阴影区域表示同型对照)+ Vβ5+ 群体。C) 体内 增殖/细胞毒性检测。CFSE你好 (右侧峰)和 CFSElo (左侧峰)靶细胞用OVA致敏257-264 分别注射肽段和对照,并在iPS细胞转移后十周或OT-I CTL转移后一天注射到小鼠体内。

图 4. 过继转移表达OT-I TCR基因的诱导多能干细胞可抑制肿瘤生长。将表达OT-I TCR基因的诱导多能干细胞过继转移至C57BL/6小鼠体内。一组小鼠注射来自OT-I TCR转基因小鼠的OVA反应性CD8+ T细胞,另一组小鼠未进行细胞转移。在细胞转移后六周或次日,对小鼠进行E.G7肿瘤细胞攻击。在第20天,计数腹腔内的肿瘤细胞数量。

图5. iPS细胞来源的抗原特异性CTL浸润至肿瘤组织。在肿瘤攻击后的第30至35天,检测肿瘤组织中肿瘤反应性T细胞的浸润情况。A) H&E染色。炎症细胞浸润于肿瘤组织中(↓)。B) 免疫组织化学染色。OVA特异性Vα2+ CTL(红色)浸润至表达OVA的肿瘤组织(绿色)。C) 肿瘤组织制备的单细胞悬液经CD8+细胞群设门后,通过流式细胞术分析Vα2+和Vβ5+的表达情况。

图6. 过继转移经OT-I TCR基因转导的iPS细胞可维持小鼠存活。将经OVA TCR基因转导的iPS细胞过继转移至C57BL/6小鼠体内,并如图4所述用E. G7肿瘤细胞进行攻击。通过Kaplan-Meier生存曲线显示小鼠在第50天的存活情况(n=6)。
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对于基于ACT的疗法, 体外 大量高活性抗原特异性T细胞的制备 体内 再次输注是一种最佳方法。尽管我们的 体外 该方法可由iPS细胞获得功能性T细胞,但大量iPS细胞来源的细胞在四周内死亡,尤其在第四周尤为显著。我们得出结论:由DL1介导的Notch信号通路以及IL-7和FLt3L提供的存活信号不足以维持iPS细胞来源的T细胞前体的存活,可能需要其他存活因子协同作用以调控这些细胞的成熟。TCR基因转导及 体外 使用Notch配体刺激可有效引导iPS细胞向T细胞分化,然而iPS细胞来源的抗原特异性T细胞仍无法长期存活,这阻碍了获得足够数量的iPS细胞来源抗原特异性T细胞用于基于过继性细胞转移(ACT)的免疫治疗。
T淋巴细胞在胸腺中的发育是一个高度有序的过程。那些不表达CD4和CD8的未成熟胸腺细胞被称为双阴性(DN)细胞。DN前体细胞根据CD44和CD25的表达情况进一步划分为不同的发育亚群:DN1(CD44+CD25-)、DN2(CD44...
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未声明任何利益冲突。
我们感谢京都大学的 Shinya Yamanaka 博士提供 iPS-MEF-Ng-20D-17 细胞系,圣裘德儿童研究医院的 Dario Vignali 博士支持提供 OT1-2A•pMig II 载体,多伦多大学免疫学系的 Juan Carlos Zuniga-Pflucker 博士支持提供 OP9-DL1 细胞系,以及宾夕法尼亚州立大学医学院药理学系的 Kent E Vrana 博士在本研究设计方面提供的帮助。本项目获得美国国家癌症研究所(资助号:K18CA151798)、Barsumian 信托基金和黑色素瘤研究基金会(J. Song)的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| C57BL/6J 小鼠 | 杰克逊实验室 | 000664 | |
| B6.129S7-Rag1tm1Mom/J | 杰克逊实验室 | 002216 | |
| 抗 CD3 (2C11) 抗体 | BD 生物科学 | 553058 | |
| 抗 CD28 (37.51) 抗体 | BD 生物科学 | 553295 | |
| 抗 CD3 (17A2) 抗体 | BioLegend | 100202 | |
| 抗 CD4 (GK1.5) 抗体 | BioLegend | 100417 | |
| 抗 CD8 (53-6.7) 抗体 | BioLegend | 100714 | |
| 抗 CD25 (3C7) 抗体 | BioLegend | 101912 | |
| 抗 CD44 (1M7) 抗体 | BioLegend | 103012 | |
| 抗 CD117 (2B8) 抗体 | BioLegend | 105812 | |
| 抗 TCR-β (H57597) 抗体 | BioLegend | 109220 | |
| 抗 IL-2 (JES6-5H4) 抗体 | BioLegend | 503810 | |
| 抗 IFN-γ (XMG1.2) 抗体 | BioLegend | 505822 | |
| DMEM | Invitrogen | ABCD1234 | |
| α-MEM | Invitrogen | A10490-01 | |
| FBS | Hyclone | SH3007.01 | |
| 布雷菲尔德菌素 A | Sigma-Aldrich | B7651 | |
| 聚凝胺 | Sigma-Aldrich | 107689 | |
| GeneJammer | Integrated Sciences | 204130 | |
| RNA 试剂盒 | Qiagen | 74104 | |
| DNA 试剂盒 | Qiagen | 69504 | |
| CD8 分离试剂盒 | Miltenyi Biotec | 130-095-236 | |
| ACK 裂解缓冲液 | Lonza Inc. | 10-548E | |
| mFlt-3L | PeproTech Inc | 250-31L | |
| mIL-7 | PeproTech Inc | 217-17 | |
| 明胶 | Sigma-Aldrich | G9391 | |
| FITC-抗 OVA 抗体 | Rockland Immunochemicals | 200-4233 | |
| 通透缓冲液 | Biolegend | 421002 | |
| BSA | Sigma-Aldrich | A7906 | |
| 甲醛 | Sigma-Aldrich | F8775 | |
| 0.4 μm 滤膜 | EMD Millipore | ||
| Moflo 细胞分选仪 | Dako | ||
| Calibur 流式细胞仪 | BD Biosciences | ||
| LSR II 流式细胞仪 | BD Biosciences | ||
| 小鼠固定器 | Braintree Scientific, Inc. |
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