研究发现机械重编程CAR-T疗效新策略
美国南加州大学王英晓和刘龙伟、加州大学圣地亚哥分校钱煦等研究发现，处在软基质环境中的肿瘤细胞释放更多胞外ATP，并增强持续性钙信号，这类细胞呈现肿瘤干细胞样特征，对CAR-T细胞杀伤更耐受。研究者设计了一套力学重编程回路，把这种柔软环境诱导的钙信号转化为CD19表达，使得原本难以清除的软性机械响应性细胞可被CD19-CAR-T细胞识别和杀伤。（Nat Biomed Engineering. 2026年7月6日在线版）
研究者利用不同硬度水凝胶模拟肿瘤细胞所处的软硬细胞外基质环境，观察CAR-T细胞对肿瘤细胞的杀伤效果。研究者测试了内源性表达EGFR的三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞、外源性表达CD19的MDA-MB-231细胞，及表达GD2的胶质母细胞瘤U87-MG细胞；对应使用EGFR-CAR-T、CD19-CAR-T和GD2-CAR-T。实验显示，无论针对何种肿瘤类型或CAR-T靶点，在软基质上生长的肿瘤细胞对CAR-T细胞的杀伤均表现出更强的抵抗力。研究者检测了EGFR、CD19和GD2的表达情况，发现不同硬度环境下肿瘤细胞表面抗原水平无显著差异，提示软性环境诱导的CAR-T抵抗并非由抗原表达降低或抗原丢失造成，更可能源于肿瘤细胞内部的力学重塑。
机制层面，研究者发现，软基质上的肿瘤细胞表现出更高水平的胞外ATP释放和持续性钙信号，阻断钙信号后，软性环境诱导的ATP释放和CAR-T抵抗均被削弱，提示exATP-Ca2+信号轴 是软性机械环境诱导CAR-T治疗抵抗的重要机制。
由于钙信号具有高度动态性和瞬时性，传统实时钙指示器难以稳定捕捉细胞过去经历过的机械刺激。为此，研究者构建了一种遗传编码的机械记录系统。该系统采用多西环素控制的记录窗口，结合NFAT介导的钙响应转录调控，能将软性机械环境诱导的钙信号“写入”稳定的荧光基因表达中，从而实现对单细胞机械感知历史的记录、分选和后续转录组分析。
利用这一系统，得到记录系统测试阳性和阴性的肿瘤细胞，进一步行转录组和功能分析，发现阳性细胞富集上皮-间质转化、缺氧反应、KRAS信号上调等肿瘤干细胞样相关通路，表达更高水平CD44、ALDH1等干性标志物，有更强的乳腺球形成能力。原子力显微镜检测显示，阳性细胞本身更柔软，对CAR-T细胞杀伤更耐受。研究者认为，软性机械环境能诱导肿瘤细胞进入一种兼具柔软性、肿瘤干细胞样特征和免疫治疗抵抗的状态，即机械干性（ mechano-stemness），这一现象在患者来源乳腺癌细胞及多种实体瘤细胞中得到验证。
识别这类耐受性细胞后，研究者探讨能否利用其机械响应特征进行治疗。将机械记录系统改造为机械重编码系统，将原本的荧光报告基因替换为截短型CD19抗原，同时保留上游多西环素控制的钙响应输入模块。软性机械环境诱导的钙信号不再输出荧光，而是驱动肿瘤细胞表达CD19。CD19是临床CAR-T治疗中已验证的靶点，该策略相当于把原本处于CAR-T抵抗状态的机械干性细胞转化为CD19阳性细胞，使其能被CD19-CAR-T细胞识别并清除。
体外实验显示，机械重编码能在软基质环境下诱导更高水平的CD19表达，显著增强CD19-CAR-T细胞对肿瘤细胞的杀伤。进一步在小鼠乳腺脂肪垫肿瘤模型中，采用组合CAR-T策略，EGFR-CAR-T用于靶向肿瘤主体细胞，CD19-CAR-T用于靶向经机械重编码诱导表达CD19的机械干性细胞，与单独使用EGFR-CAR-T相比，组合策略能更有效地抑制肿瘤生长，并增强T细胞对耐受性肿瘤细胞的识别和攻击。
该研究从肿瘤力学微环境出发，揭示了软性机械环境诱导实体瘤CAR-T治疗抵抗的新机制。研究开发的机械记录系统能记录并分选出有特定机械感知历史的耐受性肿瘤细胞，进一步构建的机械重编码将原本促进免疫逃逸的软性力学状态转化为CD19表达这一可治疗状态。研究将实体瘤CAR-T抵抗机制从经典免疫逃逸和免疫抑制，拓展到肿瘤细胞内在机械适应这一维度，建立了机械信号感知—细胞状态记录—治疗靶点重编程这一合成生物学框架。
有评论者指出，实体瘤机械异常被认为通过升高间质压力、限制灌注、阻碍药物递送、削弱免疫细胞浸润来影响治疗反应，该研究显示，肿瘤细胞自身对机械软环境的适应同样可形成CAR-T抵抗状态。研究者通过机械记录系统识别机械响应性肿瘤细胞，通过机械重编码将软性环境诱导的钙信号转化为CD19抗原表达。未来这一策略的转化仍面临诸多挑战，包括如何在体内高效特异且安全地递送基因线路，如何评估异位抗原诱导的潜在脱靶风险，肿瘤内多样动态的机械信号对细胞状态稳定性和治疗持久性的影响等。
（编译 王彬）
