2026.05.11

实体瘤的肿瘤微环境（TME）是制约T细胞疗法疗效的关键因素。该环境以低氧、低pH、多种抑制性信号（如细胞表面受体、代谢产物、脂质等）及高瘤内压力为特征，会持续诱导浸润的T细胞出现功能抑制、耗竭乃至死亡，严重限制TCR-T、CAR-T等T细胞免疫疗法在实体瘤中的治疗效果与疗效的持久性。本研究旨在优化T细胞体外制备工艺，在细胞生产阶段对治疗性T细胞进行肿瘤微环境预适应驯化，提升其在恶劣肿瘤微环境中的存活能力与抗肿瘤功能。

研究团队采用AVATAR Odyssey培养系统，在小规模非病毒基因编辑过程中精准调控氧浓度与压力，使T细胞在制备阶段接受类肿瘤微环境（TME）条件的预适应驯化。通过该方式，成功获得经代谢重编程的TCR-T细胞，显著提升其在低氧、高压等恶劣TME条件下的适应性与抗肿瘤效能。

实验设计：三组对照，精准对比驯化效果

研究依托AmplifyBio非病毒基因编辑平台，构建靶向HPV-16 E7蛋白的特异性TCR-T细胞，并将其分为三组培养，重点对比不同环境下的细胞表现： 

• 对照组：常氧常压（常规培养箱，氧浓度约18.6%） 

• 实验组1：5% O₂/5 PSI（AVATAR系统精准调控） 

• 实验组2：1% O₂/5 PSI（AVATAR系统精准调控）

随后通过细胞活力检测、流式细胞术、海马代谢分析、体外杀伤实验、小鼠体内模型验证等多项检测，全面评估T细胞的增殖、代谢、功能等核心性能。

实验结果

研究人员使用3名健康供体的PBMC构建HPV特异性TCR-T细胞，将其分别置于三组条件下扩增培养14天后，系统评估细胞的活力、增殖能力、表型特征、代谢水平、基因表达模式及体内外抗肿瘤功能。

1. 低氧高压下TCR-T细胞保持高活力，适度低氧不影响扩增

两组实验组细胞活力与常氧对照组无显著差异；5% O₂/5 PSI组细胞扩增倍数与常氧组相当；1% O₂/5 PSI组的总扩增倍数显著下降，且CD8阳性T细胞的扩增倍数降低幅度更为显著。

图 1. 三种培养条件下 HPV 特异性 T 细胞的活力与扩增情况

2. TCR 编辑效率与记忆表型整体稳定

三种培养条件下TCR编辑效率相近（平均35%–45%），仅1% O₂/5 PSI组CD8阳性T细胞编辑效率略低。常氧组与5% O₂/5 PSI组中，绝大多数CD4与CD8阳性T细胞呈干细胞样记忆表型，两组间无显著差异；而1% O₂/5 PSI组的细胞表型则出现明显改变。

图 2. 不同培养条件下 TCR 编辑效率及 T 细胞亚群分析

3. 耗竭表型整体较低，1% O₂/5 PSI 组 CD25、CD39 表达上升

三组 CD4⁺、CD8⁺T 细胞的耗竭标志物（4-1BB、TIM-3、TIGIT、PD-1、LAG-3）表达水平均处于较低水平，未出现明显功能耗竭；低氧条件与抑制性受体 TIM3、TIGIT 以及低水平的 PD-1 表达升高相关，同时也与活化标志物 CD25 及 TME 相关抗原 CD39 的表达升高相关。

图 3. 不同培养条件下 T 细胞表型特征分析

4. 5% O₂/5 PSI 条件诱导抗肿瘤炎症基因特征

RNA测序显示：5% O₂/5 PSI组低氧相关基因（HSF4、IGFBP2、VEGFA）、mTORC1信号通路、糖酵解通路显著上调；同时IL-2、IFN-γ、TNF-α、IL-6等介导的抗肿瘤、促炎通路激活，提示细胞效应功能提升。1% O₂/5 PSI组低氧通路、糖酵解通路、细胞应激通路均上调，但IFN-γ通路下调。

图 4. 肿瘤微环境预处理相关的抗肿瘤炎症基因表达特征

5. 5% O₂/5 PSI 组线粒体功能完整，呼吸储备能力正常

海马代谢分析显示：常氧组与5% O₂/5 PSI组耗氧率（OCR）、备用呼吸能力（SRC）相当，线粒体功能正常；1% O₂/5 PSI组OCR与SRC显著降低，呼吸与糖酵解潜能下降；5% O₂/5 PSI组细胞呈现出典型的低氧适应代谢特征——糖酵解依赖程度增强，同时线粒体功能得以完整保留。

图 5. 不同培养条件下 T 细胞的氧消耗与代谢表型变化

6. 5% O₂/5 PSI 组体外杀伤显著增强，体内肿瘤控制效果稳定

体外杀伤实验（模拟肿瘤微环境）：5% O₂/5 PSI 组在低效靶比（1:30、1:50、1:100）下仍表现出更强的肿瘤杀伤能力，1% O₂/5 PSI 组杀伤效果最差； NOG 小鼠体内模型实验：经5% O₂/5 PSI 驯化的 TCR-T 细胞，体内肿瘤控制效果与常氧组相当，且具备稳定的体内抑瘤能力。

图 6.TCR-T 细胞体外杀伤活性及体内肿瘤控制效果

实验结论

本研究通过三组对照实验证实，AVATAR Odyssey培养系统可在低氧/高压类肿瘤微环境条件下稳定制备功能性HPV特异性TCR-T细胞，其中5% O₂/5 PSI是本研究条件下平衡细胞扩增与功能提升的最优预适应驯化条件。该条件下，T细胞的活力、增殖能力、TCR编辑效率及干细胞样记忆表型均保持稳定，且能诱导代谢重编程——在增强糖酵解依赖的同时保留线粒体功能与备用呼吸能力。

功能学验证显示，该组T细胞在低效靶比下体外杀伤能力显著增强，体内抑瘤效果稳定；RNA测序亦揭示其抗肿瘤促炎通路被特异性激活。1% O₂/5 PSI的过度低氧条件会损害T细胞功能（扩增下降、线粒体功能受损、IFN-γ通路下调），无法实现有效预适应。低氧诱导的CD39高表达可能与耗竭或组织驻留记忆T细胞（TRM）形成有关，需进一步探索。

综上，本研究提出的T细胞体外类肿瘤微环境预适应驯化策略，为突破实体瘤T细胞治疗瓶颈提供了可工业化转化的新路径。该策略无需复杂的后续基因改造，仅通过AVATAR系统精准模拟TME核心特征，即可重塑T细胞的代谢与功能表型，在保障临床制备效率的同时提升其抗肿瘤效能。未来，可通过更贴近临床的实验体系进一步验证该策略的临床转化价值，推动其早日应用于实体瘤患者的治疗。