細胞老化（cellular senescence）在生理上是避免癌前細胞擴散的一種抑癌機制，也有助於傷口修復，但在病理上，老化細胞的異常累積會產生發炎反應，導致慢性組織損傷並且誘發疾病。雖然許多研究團隊致力於研發能專一性清除老化細胞的抗老化藥物（senolytic agents），但過往這些藥物嘗試往往缺乏足夠的有效性或會引發其他副作用。在這篇研究中，紀念斯隆－凱特琳癌症中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）的研究團隊嘗試將嵌合抗原受體 T 細胞（Chimeric antigen receptor T cell, CAR T cell）設計成能專一毒殺老化細胞的抗老化療法（senolytic therapy），並且以一系列的實驗測試其清除老化細胞的效果 [1]。
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（圖一） 圖片來源：doi:10.1038/s41392-020-00268-7 圖片說明：老化細胞 uPAR 表現與老化模式及 CAR T cell 作用示意。
首先，研究團隊利用不同 RNA 序列資料庫分析（RNA-sequencing analysis）尋找適合作為標靶的細胞表面抗原，包括確認在小鼠細胞、組織以及人類檢體中老化細胞有高度表現的抗原，選擇出候選標靶為尿激酶型血纖維蛋白溶解酶原活化因子受體（urokinase plasminogen activator receptor, uPAR）（圖一）。uPAR 本身在細胞訊息傳遞中，會協調胞外基質（extracellular matrix）降解，是纖維溶解（fibrinolysis）、傷口癒合甚至癌細胞在組織中侵犯重要的機制。同時這個途徑也是老化細胞其中一種老化相關分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）[2]。經過篩選的小鼠 CAR T 細胞（m.uPAR-h.28z CAR T cell）具有專一辨識 uPAR 的單鏈變異區段（single chain variable fragment）的能力，且在細胞毒性實驗顯示 m.uPAR-h.28z CAR T 細胞能有效且專一地胞殺作用清除老化細胞，例如帶有老化表面抗原的急性淋巴性白血病的小鼠模式 B 細胞（uPAR-expressing and uPAR-negative NALM6 ）中，過度表現 uPAR 的細胞會被清除，但對照組不表現 uPAR的 B 前驅細胞不會產生胞殺作用（圖二）。
（圖二） 圖片來源：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2403-9 圖片說明：h.19-h.28z 是標靶 CD19 的 CAR T cell，作為陰性對照組；m.uPAR-h.28z 是實驗組；UT 是陽性對照組。從圖中可以看到 NALM6-m.uPAR 細胞株（同時表現 CD19 和 uPAR）可以誘發 h.19-h.28z 和 m.uPAR-h.28z 的胞殺作用，而 NALM6 細胞株（表現 CD19）只能誘發 h.19-h.28z 的反應，顯示 m.uPAR-h.28z 能專一且有效辨識 uPAR。
接著，團隊依據 uPAR 相關聯的老化機轉分為以下三部分探討 m.uPAR-h.28z CAR T 細胞（以下簡稱 CAR T 細胞）清除老化細胞的效果，分別為致癌基因誘導型、治療誘導型、培養誘導型。
一、致癌基因誘導型老化（oncogene-induced senescence, OIS）
研究團隊利用 OIS 小鼠模型，利用生物光分析給予 CAR T 細胞前後的老化細胞數量與分布，結果證實 CAR T 細胞能在老化的肝臟細胞周圍聚集，並且降低老化肝臟細胞的數量（圖三）。
（圖三） 圖片來源：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2403-9 圖片說明：NRAS+ 是經由癌症基因誘發老化的細胞，圖中可看到 m.uPAR-h.28z CAR T cell 組別的 NRAS+ 細胞幾乎完全被清除。
二、治療誘導型老化（therapy-induced senescence, TIS）
由於過去研究顯示將抗老化藥物與易誘發老化的抗癌藥合併給予在小鼠模型上可改善治療結果 [3]，團隊於是利用小鼠肺癌模型（murine lung adenocarcinoma KrasG12D;p53−/− , KP cells）進行實驗。探討給予會誘發組織老化的抗癌藥物 MEK 抑制劑（trametinib）和 CDK 4/6 抑制劑（palbociclib）之後，再測試 m.uPAR-h.28z CAR T cell 能否抑制老化細胞的數量，結果顯示具有顯著降低老化細胞數並且延長小鼠存活率的效果。
三、培養誘導型老化（culture-induced senescence）
在非酒精性脂肪肝（non-alcoholic steatohepatitis, NASH）及四氯化碳導致小鼠肝纖維化模型中，在肝纖維化區域堆積的老化肝臟星狀細胞（hepatic stellate cells, HSCs）數量能夠受到 CAR T 細胞清除而減少同時在生物冷光儀（luminometer）也有 CAR T 細胞聚集的證據。此外，也能降低血中肝指數及可溶性血纖維蛋白溶解酶原活化因子（soluble uPAR, suPAR）。證實 CAR T 細胞能清除不同刺激誘發的肝纖維化動物模型下的老化細胞。
確認 CAR T 細胞對不同機轉產生的老化細胞皆能有效清除之後，研究團隊也針對劑量在小鼠模型上進行測試。研究結果發現低劑量的情況下，小鼠能維持活躍狀態，身體指標無任何異常；但在高劑量的情況下，小鼠會出現失溫、體重減輕以及發炎相關細胞激素上升（IL6, GM-CSF, G-CSF, IFN𝛾）的現象。團隊指出高劑量下的不良反應與執行 CAR T 細胞治療時常見的細胞激素釋放症候群（cytokine release syndrome, CRS）相似，皆與巨噬細胞（macrophage）的聚集活化有關，且可透過降低劑量或使用 IL6R 或 IL1R 抑制劑來預防。
這篇研究不但顯示尿激酶型血纖維蛋白溶解酶原活化因子受體（uPAR）是重要的老化細胞辨識指標，更為 uPAR 專一性 T 細胞療法 （uPAR-specific CAR T-cell therapy） 作為清除老化細胞的抗老化療法（senolytic therapy）奠定里程碑。不過實際應用於臨床的個人化治療尚待更多安全性研究做鋪墊。未來的研究或許能朝向尋找合併療法併能降低副作用的方向進行探討，為老化相關的疾病（senescence-associated pathologies）的治療增添一個新的治療方向。
參考文獻：
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- Huang, Y., & Liu, T. (2020). Step further towards targeted senolytic therapy: Therapeutic potential of uPAR-CAR T cells for senescence-related diseases. Signal Transduction and Targeted Therapy, 5(1). https://doi.org/10.1038/s41392-020-00268-7
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撰文｜張芷榕
審稿｜陳帝亢
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