嵌合抗原受體T細(xì)胞（CAR-T）療法已經(jīng)顯著改變血液腫瘤治療格局，尤其在B細(xì)胞惡性腫瘤和多發(fā)性骨髓瘤中取得了突破性療效【1】。然而，臨床實(shí)踐也不斷提示，初始緩解并不等同于長(zhǎng)期治愈。部分患者在CAR-T細(xì)胞快速擴(kuò)增后仍會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞數(shù)量下降、功能衰退甚至疾病復(fù)發(fā)。CAR-T細(xì)胞能否在體內(nèi)長(zhǎng)期存續(xù)，是決定治療持久獲益的重要因素【2】。因此，理解CAR-T細(xì)胞在患者體內(nèi)“擴(kuò)增之后為何難以持久”，已成為細(xì)胞治療領(lǐng)域亟待回答的關(guān)鍵科學(xué)問題。

既往研究多從腫瘤抗原逃逸、T細(xì)胞耗竭、CAR結(jié)構(gòu)優(yōu)化或生產(chǎn)工藝改良等角度尋找答案。近年來，鐵死亡（ferroptosis）作為一種由鐵依賴性脂質(zhì)過氧化驅(qū)動(dòng)的調(diào)控性細(xì)胞死亡方式，被認(rèn)為與腫瘤治療、免疫調(diào)控和T細(xì)胞功能密切相關(guān)【3,4】。但在CAR-T治療過程中，治療性T細(xì)胞是否會(huì)在患者體內(nèi)發(fā)生鐵死亡，以及這種死亡方式是否會(huì)影響療效，此前仍缺乏直接證據(jù)。

2026年6月10日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院/良渚實(shí)驗(yàn)室黃河、錢鵬旭、胡永仙、王東睿、孔德麟團(tuán)隊(duì)在Nature Cancer雜志上發(fā)表了題為Iron-mediated ferroptosis impairs CAR-T cell function and antitumor efficacy的研究論文。通過整合多發(fā)性骨髓瘤和急性淋巴細(xì)胞白血病患者CAR-T治療后的縱向臨床樣本、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、血清代謝組、體外功能實(shí)驗(yàn)和多種小鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)CAR-T細(xì)胞在輸注后由快速擴(kuò)增進(jìn)入“衰減期”時(shí)，伴隨顯著的鐵死亡特征和血清鐵水平升高；血清來源鐵負(fù)荷可通過線粒體ROS積累和ACSL4相關(guān)脂質(zhì)重塑驅(qū)動(dòng)脂質(zhì)過氧化，進(jìn)而損害CAR-T細(xì)胞功能、持久性和抗腫瘤療效。該研究進(jìn)一步證明，藥理性抑制脂質(zhì)過氧化或通過基因編輯敲除ACSL4，能夠增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞在血液腫瘤和實(shí)體瘤模型中的抗腫瘤活性，為下一代更持久、更抗壓力的CAR-T細(xì)胞設(shè)計(jì)提供了新的機(jī)制依據(jù)和工程化方向。

從“耗竭”到“鐵死亡”：重新理解CAR-T細(xì)胞治療后的衰減

研究團(tuán)隊(duì)首先從接受CAR-T治療的多發(fā)性骨髓瘤和急性淋巴細(xì)胞白血病患者樣本出發(fā)，對(duì)輸注后不同時(shí)間點(diǎn)的CAR-T細(xì)胞狀態(tài)進(jìn)行縱向分析。結(jié)果顯示，CAR-T細(xì)胞在輸注后經(jīng)歷快速擴(kuò)增，隨后進(jìn)入明顯的“衰減期”。在這一階段，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析提示鐵死亡相關(guān)程序增強(qiáng)，而凋亡、壞死性凋亡、焦亡等經(jīng)典調(diào)控性細(xì)胞死亡通路并未表現(xiàn)出同等一致的上升趨勢(shì)。進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，患者來源CAR-T細(xì)胞中4-HNE、脂質(zhì)ROS和游離二價(jià)鐵等鐵死亡相關(guān)指標(biāo)顯著升高。這些結(jié)果提示，鐵死亡并非單純的體外應(yīng)激現(xiàn)象，而是在CAR-T治療過程中真實(shí)發(fā)生于患者體內(nèi)的細(xì)胞命運(yùn)改變。

這一發(fā)現(xiàn)的重要意義在于，它把CAR-T細(xì)胞“數(shù)量下降”和“功能衰退”從傳統(tǒng)耗竭敘事中進(jìn)一步拆解出來：治療性T細(xì)胞不僅會(huì)因持續(xù)抗原刺激而耗竭，也可能在治療后代謝環(huán)境的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入鐵依賴的脂質(zhì)過氧化死亡程序。換言之，CAR-T細(xì)胞在體內(nèi)并非只是與腫瘤細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)，也在承受來自系統(tǒng)性鐵穩(wěn)態(tài)改變的壓力。

血清來源鐵負(fù)荷：治療后微環(huán)境中的隱性“剎車”

鐵是T細(xì)胞增殖、線粒體呼吸和效應(yīng)功能不可或缺的元素，但當(dāng)鐵負(fù)荷超過細(xì)胞穩(wěn)態(tài)調(diào)控能力時(shí)，也會(huì)成為驅(qū)動(dòng)脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞損傷的關(guān)鍵因素。本研究發(fā)現(xiàn)，患者CAR-T細(xì)胞衰減期伴隨血清鐵水平升高和細(xì)胞內(nèi)鐵積累。血清蛋白質(zhì)組與代謝組結(jié)果進(jìn)一步提示，治療前鐵負(fù)荷相關(guān)特征可能與療效差異相關(guān)，而衰減期血清中多不飽和脂肪酸等鐵死亡易感底物也發(fā)生改變，為鐵催化脂質(zhì)過氧化提供了更易感的代謝環(huán)境。

為了驗(yàn)證血清鐵是否只是伴隨現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)在體外和小鼠體內(nèi)進(jìn)行了多層次功能驗(yàn)證。生理范圍內(nèi)的鐵濃度即可誘導(dǎo)CAR-T細(xì)胞脂質(zhì)過氧化、擴(kuò)增受損和死亡；在小鼠模型中，高鐵飲食增加CAR-T細(xì)胞鐵負(fù)荷和脂質(zhì)ROS，削弱其抗白血病療效并縮短緩解時(shí)間。相反，鐵死亡抑制劑Ferrostatin-1（Fer-1）能夠降低脂質(zhì)ROS、改善CAR-T細(xì)胞數(shù)量和記憶樣表型，并增強(qiáng)體內(nèi)抗腫瘤作用。這說明血清鐵并不是治療過程中的旁觀指標(biāo)，而是能夠直接改變CAR-T細(xì)胞命運(yùn)的功能性壓力源。

值得注意的是，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單抑制鐵攝取或降低鐵運(yùn)輸相關(guān)分子并不能有效保護(hù)CAR-T細(xì)胞，反而可能損害其基礎(chǔ)功能。這提示鐵本身并非“越少越好”，真正更合理的干預(yù)節(jié)點(diǎn)可能位于鐵誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化執(zhí)行環(huán)節(jié)。

線粒體ROS與ACSL4：鐵壓力如何轉(zhuǎn)化為CAR-T細(xì)胞功能崩塌

機(jī)制上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步追蹤了鐵壓力從代謝擾動(dòng)走向鐵死亡執(zhí)行的過程。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析顯示，鐵處理后的CAR-T細(xì)胞中氧化磷酸化、脂肪酸代謝和ROS相關(guān)通路被激活，尤其是耗竭樣CD8+ CAR-T細(xì)胞對(duì)鐵誘導(dǎo)損傷更加敏感。線粒體層面的檢測(cè)進(jìn)一步顯示，鐵負(fù)荷可造成線粒體ROS升高、膜電位下降、ATP產(chǎn)生受損和超微結(jié)構(gòu)破壞。線粒體鐵硫簇是呼吸鏈功能的重要基礎(chǔ)【5】，因此持續(xù)鐵負(fù)荷可能把原本有利于T細(xì)胞功能的代謝活躍狀態(tài)推向氧化損傷。在這一過程中，線粒體既是鐵代謝的重要場(chǎng)所，也是放大氧化損傷和鐵死亡壓力的關(guān)鍵細(xì)胞器。

在鐵死亡執(zhí)行層面，ACSL4成為連接鐵壓力與脂質(zhì)過氧化的核心節(jié)點(diǎn)。ACSL4能夠促進(jìn)多不飽和脂肪酸活化并進(jìn)入膜磷脂，從而增加可被氧化的脂質(zhì)底物庫【6,7】。研究顯示，鐵處理顯著增強(qiáng)ACSL4磷酸化，并推動(dòng)HETEs、HODEs和HDoHE等氧化脂質(zhì)產(chǎn)物積累。通過CRISPR-Cas9敲除ACSL4后，CAR-T細(xì)胞對(duì)鐵誘導(dǎo)鐵死亡的敏感性顯著下降，脂質(zhì)ROS和4-HNE水平降低，GPX4/SLC7A11等抗氧化相關(guān)變化得到部分恢復(fù)，多不飽和脂質(zhì)底物的氧化消耗也明顯減弱。這些結(jié)果說明，鐵并不是簡(jiǎn)單地“毒害”CAR-T細(xì)胞，而是通過線粒體ROS與ACSL4驅(qū)動(dòng)的脂質(zhì)重塑，把治療后代謝壓力轉(zhuǎn)化為膜脂過氧化、細(xì)胞耗竭和死亡。ACSL4因此不僅是鐵死亡通路中的一個(gè)分子標(biāo)記，更是決定CAR-T細(xì)胞能否抵抗體內(nèi)鐵壓力的功能性“開關(guān)”。

從藥物保護(hù)到細(xì)胞工程：靶向ACSL4增強(qiáng)CAR-T持久性

在治療轉(zhuǎn)化層面，本研究比較了藥物性鐵死亡抑制和細(xì)胞內(nèi)在抗鐵死亡工程化策略。Fer-1預(yù)處理能夠在CAR-T制備階段改善細(xì)胞活性、維持較好的記憶樣表型，并在小鼠白血病模型中提高腫瘤控制效果。然而，系統(tǒng)性鐵死亡抑制也可能在缺乏CAR-T細(xì)胞的情況下保護(hù)腫瘤細(xì)胞。因此，長(zhǎng)期、全身性抑制鐵死亡并非最理想方案；更有前景的方向是讓CAR-T細(xì)胞自身獲得抗鐵死亡能力。

相比之下，ACSL4敲除CAR-T細(xì)胞提供了一種更細(xì)胞內(nèi)在、更持久的保護(hù)方式。在NALM6白血病模型中，ACSL4-KO CAR-T細(xì)胞顯示出更強(qiáng)的腫瘤清除能力、更好的體內(nèi)持久性和更低的耗竭/終末分化水平，并顯著延長(zhǎng)小鼠生存。研究團(tuán)隊(duì)還在GD2陽性的143B實(shí)體瘤模型中驗(yàn)證了這一策略，發(fā)現(xiàn)ACSL4敲除或Fer-1預(yù)處理均可延緩腫瘤進(jìn)展，其中ACSL4-KO CAR-T細(xì)胞提高了完全緩解比例。與此同時(shí)，ACSL4-KO CAR-T細(xì)胞并未誘導(dǎo)明顯的過度炎癥因子釋放，提示其具有進(jìn)一步優(yōu)化為工程化CAR-T增強(qiáng)策略的潛力。

總體而言，該研究提出了一個(gè)新的CAR-T治療失敗機(jī)制框架：輸注后體內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)變化可誘導(dǎo)CAR-T細(xì)胞發(fā)生鐵死亡；這一過程通過線粒體ROS和ACSL4依賴的脂質(zhì)過氧化損害CAR-T細(xì)胞功能、持久性和抗腫瘤活性；靶向這一通路，尤其是通過ACSL4相關(guān)細(xì)胞工程化改造，有望提高CAR-T細(xì)胞在復(fù)雜體內(nèi)環(huán)境中的抗壓能力和治療持久性。

該研究的立意并非簡(jiǎn)單尋找一個(gè)新的CAR-T增強(qiáng)因子，而是重新定義了CAR-T細(xì)胞在患者體內(nèi)衰退的外源性壓力來源。它將“治療后系統(tǒng)性鐵代謝改變”與“治療性T細(xì)胞鐵死亡”聯(lián)系起來，為理解CAR-T持久性不足提供了區(qū)別于腫瘤逃逸和經(jīng)典耗竭的新視角。

從臨床轉(zhuǎn)化角度看，這項(xiàng)研究提示未來CAR-T療法可能需要同時(shí)關(guān)注腫瘤殺傷能力與體內(nèi)代謝抗壓能力。血清鐵、鐵蛋白、脂質(zhì)過氧化狀態(tài)和ACSL4相關(guān)分子特征，有望成為評(píng)估CAR-T細(xì)胞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和優(yōu)化制備方案的候選指標(biāo)；而在CAR-T制備階段進(jìn)行短程鐵死亡保護(hù)，或通過基因編輯降低CAR-T細(xì)胞鐵死亡敏感性，則可能成為增強(qiáng)CAR-T療效與持久性的關(guān)鍵策略。

鐵介導(dǎo)CAR-T細(xì)胞鐵死亡及ACSL4敲除增強(qiáng)CAR-T功能的機(jī)制模型

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院/良渚實(shí)驗(yàn)室黃河、錢鵬旭、胡永仙、王東睿為共同通訊作者；良渚實(shí)驗(yàn)室孔德麟、楊婷婷、趙夢(mèng)雨、楊琳、荊瑞瑞為共同第一作者。

https://www.nature.com/articles/s43018-026-01187-2

參考文獻(xiàn)

1. Zhang, J. et al. Non-viral, specifically targeted CAR-T cells achieve high safety and efficacy in B-NHL. Nature 609, 369-374 (2022).

2. Cappell, K. M. & Kochenderfer, J. N. Long-term outcomes following CAR T cell therapy: what we know so far. Nat Rev Clin Oncol 20, 359-371 (2023).

3. Stockwell, B. R. Ferroptosis turns 10: Emerging mechanisms, physiological functions, and therapeutic applications. Cell 185, 2401-2421 (2022).

4. Wang, W. et al. CD8+ T cells regulate tumour ferroptosis during cancer immunotherapy. Nature 569, 270-274 (2019).

5. Gao, M. et al. Role of mitochondria in ferroptosis. Mol Cell 73, 354-363.e3 (2019).

6. Doll, S. et al. ACSL4 dictates ferroptosis sensitivity by shaping cellular lipid composition. Nat Chem Biol 13, 91-98 (2017).

7. Zhang, H. L. et al. PKCβII phosphorylates ACSL4 to amplify lipid peroxidation to induce ferroptosis. Nat Cell Biol 24, 88-98 (2022).

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