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Enhancing CAR-T Cell Antitumor Efficacy through Metabolic Reprogramming via GLUT1 Overexpression
Abstract: The intensive nutrient requirements needed to sustain T cell activation and proliferation, combined with competition for nutrients within the tumor microenvironment, raise the prospect that glucose availability may limit CAR-T cell function. Here, we seek to test the hypothesis that stable overexpression (OE) of the glucose transporter GLUT1 in primary human CAR-T cells would improve their function and antitumor potency. We observe that GLUT1OE in CAR-T cells increases glucose consumption, glycolysis, glycolytic reserve, and oxidative phosphorylation, and these effects are associated with decreased T cell exhaustion and increased Th17 differentiation. GLUT1OE also induces broad metabolic reprogramming associated with increased glutathione-mediated resistance to reactive oxygen species, and increased inosine accumulation. When challenged with tumors, GLUT1OE CAR-T cells secrete more proinflammatory cytokines and show enhanced cytotoxicity in vitro, and demonstrate superior tumor control and persistence in mouse models. Our collective findings support a paradigm wherein glucose availability is rate limiting for effector CAR-T cell function and demonstrate that enhancing glucose availability via GLUT1OEt antitumor immune function.
摘要:维持T细胞激活和增殖所需的密集营养需求,加上肿瘤微环境内对营养物质的竞争,提出了葡萄糖可用性可能限制CAR-T细胞功能的前景。在此,我们试图验证一个假设,即在原代人类CAR-T细胞中稳定过表达(OE)葡萄糖转运蛋白GLUT1将改善其功能和抗肿瘤效力。我们观察到,GLUT1过表达的CAR-T细胞增加了葡萄糖消耗、糖酵解、糖酵解储备和氧化磷酸化,这些效应与减少T细胞耗竭和增加Th17分化相关。GLUT1过表达还诱导了广泛的代谢重编程,与增加的谷胱甘肽介导的活性氧抵抗和增加的肌苷积累相关。当面对肿瘤挑战时,GLUT1过表达的CAR-T细胞分泌更多的促炎细胞因子,并在体外显示出增强的细胞毒性,同时在小鼠模型中表现出优越的肿瘤控制和持久性。我们的集体发现支持了一个范式,即葡萄糖可用性是效应T细胞功能的限制因素,并证明了通过GLUT1过表达增强葡萄糖可用性可以增强抗肿瘤免疫功能。
研究背景:
1、CAR-T细胞疗法在肿瘤治疗中展现出巨大潜力,但其功能受到肿瘤微环境中营养物质竞争的限制,尤其是葡萄糖的可用性可能成为影响CAR-T细胞效力的关键因素。
2、研究表明,T细胞的激活和增殖需要大量能量和营养物质支持,而肿瘤微环境中的代谢压力可能导致T细胞功能耗竭。因此,通过代谢工程手段提升CAR-T细胞的葡萄糖摄取能力,可能是一种增强其抗肿瘤功能的有效策略。
3、本课题拟通过稳定过表达葡萄糖转运蛋白GLUT1,探索其对CAR-T细胞代谢重编程、功能增强及抗肿瘤效力的影响。
4、该研究不仅为CAR-T细胞疗法的优化提供了新思路,也为代谢调控在肿瘤免疫治疗中的应用奠定了理论基础,具有重要的科学意义和临床转化价值。
本研究的科学设想:通过在CAR-T细胞中稳定过表达葡萄糖转运蛋白GLUT1,增强其葡萄糖摄取和代谢能力,从而改善其抗肿瘤功能及持久性,为克服肿瘤微环境代谢限制提供新策略。
一、研究内容
- 🍓GLUT1过表达对CAR-T细胞代谢的影响
- 检测GLUT1过表达(OE)对CAR-T细胞葡萄糖摄取、糖酵解、氧化磷酸化及代谢储备的影响。
- 分析GLUT1 OE是否诱导CAR-T细胞的代谢重编程,包括谷胱甘肽介导的活性氧抵抗和肌苷积累的变化。
- 🍅GLUT1过表达对CAR-T细胞功能的影响
- 评估GLUT1 OE对CAR-T细胞耗竭状态、Th17分化及促炎细胞因子分泌的影响。
- 检测GLUT1 OE CAR-T细胞在体外的细胞毒性及对肿瘤细胞的杀伤能力。
- 🍒GLUT1过表达CAR-T细胞的抗肿瘤效力评价
- 在荷瘤小鼠模型中,评估GLUT1 OE CAR-T细胞的肿瘤控制能力及体内持久性。
- 分析GLUT1 OE CAR-T细胞在肿瘤微环境中的代谢适应性和功能维持机制。
二、研究方案及技术路线
- 🥑构建GLUT1过表达的CAR-T细胞
- 利用慢病毒载体将GLUT1基因稳定转导至原代人类CAR-T细胞中,建立GLUT1 OE CAR-T细胞系。
- 通过qPCR和Western Blot验证GLUT1的表达水平。
- 🍈代谢特征分析
- 使用Seahorse代谢分析仪检测GLUT1 OE CAR-T细胞的糖酵解速率和氧化磷酸化能力。
- 通过代谢组学分析(LC-MS/MS)检测细胞内代谢物(如谷胱甘肽、肌苷)的变化。
- 🥝体外功能实验
- 通过流式细胞术检测CAR-T细胞的耗竭标志物(如PD-1、TIM-3)和Th17分化标志物(如RORγt、IL-17)。
- 使用ELISA检测细胞培养上清中促炎细胞因子(如IFN-γ、TNF-α)的分泌水平。
- 通过共培养实验评估GLUT1 OE CAR-T细胞对肿瘤细胞的杀伤效率。
- 🍑体内抗肿瘤实验
- 构建荷瘤小鼠模型(如B细胞淋巴瘤或实体瘤模型),注射GLUT1 OE CAR-T细胞。
- 定期监测肿瘤体积和小鼠生存期,评估CAR-T细胞的肿瘤控制能力。
- 通过流式细胞术和免疫组化分析CAR-T细胞在肿瘤组织中的浸润和持久性。
- 🥭数据整合与机制分析
- 整合代谢组学、转录组学和功能实验数据,揭示GLUT1 OE增强CAR-T细胞功能的分子机制。
- 重点分析葡萄糖代谢与CAR-T细胞抗肿瘤功能之间的关联。
三、技术路线图
- 细胞构建:原代CAR-T细胞 → 慢病毒转导GLUT1 → GLUT1 OE CAR-T细胞系。
- 代谢分析:Seahorse代谢分析 → 代谢组学检测 → 代谢重编程机制解析。
- 功能验证:体外细胞毒性实验 → 细胞因子分泌检测 → 荷瘤小鼠模型实验。
- 数据整合:多组学数据整合 → 机制分析与模型构建 → 研究结论与临床转化。
预期成果:
- 明确GLUT1过表达对CAR-T细胞代谢重编程的影响:揭示GLUT1过表达如何增强CAR-T细胞的葡萄糖摄取、糖酵解和氧化磷酸化能力,并阐明其与细胞功能改善的关联机制。
- 验证GLUT1过表达CAR-T细胞的抗肿瘤效力:在体外和荷瘤小鼠模型中证实GLUT1过表达CAR-T细胞具有更强的细胞毒性、肿瘤控制能力及体内持久性。
- 提供代谢工程优化CAR-T细胞疗法的新策略:为克服肿瘤微环境代谢限制、增强CAR-T细胞功能提供理论依据和技术支持,推动其在临床中的应用。
最后编辑于 03-03 · 浏览 305