WGS等技術(shù)助力揭示多發(fā)性骨髓瘤免疫逃逸介導(dǎo)CAR-T耐藥的遺傳
瀏覽次數(shù):262 發(fā)布日期:2025-11-27
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2025年7月10日,徐州醫(yī)科大學(xué)牛銘山教授和姚瑤教授團隊合作,在國際血液學(xué)頂級期刊《Blood》(IF 23.1/Q1)上發(fā)表題為“Genetic and epigenetic mechanisms of GPRC5D loss after anti-GPRC5D CAR T-cell therapy in multiple myeloma”的重磅研究成果。此研究聚焦于多發(fā)性骨髓瘤(MM)患者接受靶向GPRC5D CAR-T細(xì)胞治療后復(fù)發(fā)的耐藥機制,利用整合全基因組測序(WGS)和全基因組甲基化測序(WGBS)技術(shù),系統(tǒng)解析了GPRC5D抗原逃逸介導(dǎo)疾病復(fù)發(fā)的遺傳學(xué)(雙等位基因缺失,如純合缺失)與表觀遺傳學(xué)(DNA高甲基化)雙重機制,并通過靶基因DNA甲基化測序(Target-BS)技術(shù)在臨床前模型中首次驗證了去甲基化藥物(阿扎胞苷)可逆轉(zhuǎn)GPRC5D表觀遺傳沉默,為克服CAR-T耐藥提供了精準(zhǔn)干預(yù)新策略。

標(biāo)題:Genetic and epigenetic mechanisms of GPRC5D loss after anti-GPRC5D CAR T-cell therapy in multiple myeloma(多發(fā)性骨髓瘤抗GPRC5D CAR-T細(xì)胞治療后GPRC5D逃逸的遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)機制)
發(fā)表時間:2025-7-10
發(fā)表期刊:Blood
影響因子:IF23.1/Q1
技術(shù)平臺:WGS、WGBS、Target-BS
作者單位:徐州醫(yī)科大學(xué)、天津科技大學(xué)、美國哈佛醫(yī)學(xué)院
DOI:10.1182/blood.2024026622
研究納入10例抗GPRC5D CAR-T治療后復(fù)發(fā)MM患者,對其復(fù)發(fā)期骨髓瘤細(xì)胞樣本進行WGS和WGBS聯(lián)合分析,發(fā)現(xiàn)80%病人出現(xiàn)GPRC5D抗原逃逸(丟失)或表達(dá)顯著降低。其中3例存在顯著GPRC5D雙等位基因失活(純合缺失或調(diào)控區(qū)域雙等位缺失),而其余7例無基因突變的患者中,5例檢出GPRC5D轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域多位點高甲基化。此外,體外實驗證實,多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞系的GPRC5D表達(dá)水平與其調(diào)控區(qū)域的甲基化水平呈顯著負(fù)相關(guān),而阿扎胞苷干預(yù)可顯著恢復(fù)高甲基化細(xì)胞系(KMS11、IM9、RPMI-8226)的GPRC5D mRNA和蛋白表達(dá)。本研究不僅揭示了GPRC5D 逃逸和CAR-T治療耐藥的核心機制,更闡明了DNA甲基化動態(tài)監(jiān)測在預(yù)測復(fù)發(fā)和干預(yù)中的關(guān)鍵價值。
- 抗原陰性逃逸是多發(fā)性骨髓瘤患者接受抗GPRC5D CAR-T細(xì)胞治療后復(fù)發(fā)的關(guān)鍵驅(qū)動因子。
- GPRC5D純合缺失和高甲基化是靶向抗原逃逸的重要機制。
研究摘要
研究方法
患者樣本:納入10例接受抗GPRC5D CAR-T治療后復(fù)發(fā)的MM患者,收集其復(fù)發(fā)期骨髓瘤細(xì)胞(CD138+)及配對正常細(xì)胞。
全基因組測序:對復(fù)發(fā)期CD138+ MM細(xì)胞及配對正常細(xì)胞進行WGS,檢測拷貝數(shù)變異(CNV)、結(jié)構(gòu)變異(SV)及單核苷酸變異(SNV),重點篩查GPRC5D位點的基因突變。
全基因組甲基化測序:分析全基因組甲基化水平差異,比較復(fù)發(fā)組MM細(xì)胞、未接受GPRC5D治療的對照MM細(xì)胞及正常漿細(xì)胞的甲基化圖譜,鑒定差異甲基化區(qū)域(DMRs)和差異甲基化位點(DMLs),篩選候選基因GPRC5D轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件(啟動子、增強子及基因間區(qū))的CpG甲基化水平。
靶基因甲基化測序:靶向GPRC5D調(diào)控區(qū)域設(shè)計靶向捕獲探針,在7種MM細(xì)胞系(KMS11、IM9、JJN3、RPMI-8226、KMS12-PE、NCI-H929、MM1S)中進行Target-BS高深度甲基化檢測,驗證特定CpG位點的甲基化狀態(tài)和關(guān)鍵差異位點,并建立甲基化水平與基因表達(dá)的定量關(guān)聯(lián)模型。
實驗驗證:
- qPCR:驗證WGS檢出的GPRC5D和TNFRSF17缺失斷點;檢測GPRC5D mRNA表達(dá)。
- 流式細(xì)胞術(shù):GPRC5D抗體和BCMA抗體檢測抗原陽性率,評估CAR-T治療后抗原表達(dá)動態(tài)變化。
- 免疫組織化學(xué)(IHC):抗GPRC5D抗體和抗CD138抗體進行染色評估蛋白表達(dá)缺失。
- 藥物干預(yù)實驗:用1或3μM阿扎胞苷處理高甲基化MM細(xì)胞系,評估GPRC5D表達(dá)恢復(fù)情況。
結(jié)果圖形
(1)接受抗GPRC5D CAR-T治療后復(fù)發(fā)患者的臨床特征
本研究納入的10例MM復(fù)發(fā)患者中,中位年齡57.5歲(44-66歲),性別分布均衡。值得注意的是,90%患者存在高危細(xì)胞基因突變,80%為R-ISS II/III期,且既往接受過多線治療(中位3.5線),提示該隊列代表了臨床上難治程度較高的MM人群。4例患者曾接受自體造血干細(xì)胞移植,1例患者(P10)在接受抗GPRC5D CAR-T前已接受抗BCMA CAR-T序貫治療并進展為漿細(xì)胞白血病伴髓外病變(EMD)。CAR-T治療后,所有患者均達(dá)到完全緩解(CR)或更好療效,中位達(dá)最佳緩解時間為2.5個月,但中位無進展生存期(PFS)僅15.9個月(3-26.5個月),凸顯復(fù)發(fā)問題的嚴(yán)峻性。免疫學(xué)監(jiān)測顯示,8例患者復(fù)發(fā)時GPRC5D表達(dá)完全陰性,2例呈GPRC5D+/-混合表達(dá)但以陰性細(xì)胞為主,提示抗原陰性逃逸是抗GPRC5D CAR-T治療后復(fù)發(fā)的主導(dǎo)模式。這一特征顯著區(qū)別于抗BCMA CAR-T治療后常見的抗原陽性復(fù)發(fā)模式,為后續(xù)機制探索指明了方向。
圖1:分別靶向GPRC5D或BCMA CAR-T細(xì)胞治療的臨床療效
(2)抗GPRC5D CAR-T治療后GPRC5D基因的雙等位缺失
患者1為女性MM復(fù)發(fā)患者,在接受抗GPRC5D CAR-T治療后18個月復(fù)發(fā),骨髓漿細(xì)胞浸潤達(dá)24%。WGS分析揭示其染色體12p區(qū)域存在264 kb雜合缺失和22 kb純合缺失,完全覆蓋GPRC5D基因編碼區(qū),導(dǎo)致雙等位基因失活。qPCR驗證實驗顯示復(fù)發(fā)樣本中同時檢出雜合和純合缺失拷貝(基線樣本均陰性),證實該缺失為治療后獲得性克隆選擇或治療前極低頻克隆擴增所致。IHC染色顯示,GPRC5D在基線高表達(dá),復(fù)發(fā)后完全缺失,而CD138表達(dá)保持穩(wěn)定,驗證其抗原逃逸的特異性。此案例首次在GPRC5D CAR-T背景下證實純合缺失是抗原逃逸的主要機制,與BCMA CAR-T耐藥機制高度相似,提示不同靶點CAR-T治療面臨共同的基因突變逃逸風(fēng)險。
圖2:抗GPRC5D CAR-T細(xì)胞治療后患者1的GPRC5D基因雙等位缺失
(3)CAR-T治療后GPRC5D調(diào)控區(qū)域的純合缺失
患者6為復(fù)雜性核型κ輕鏈MM,GPRC5D CAR-T治療后13.9個月復(fù)發(fā)并進展為漿細(xì)胞白血病。WGS測序分析揭示其12號染色體上三個缺失片段:13.1 Mb雜合缺失、12.7 Mb雜合缺失和68.2 kb純合缺失。qPCR證實缺失斷點僅見于復(fù)發(fā)樣本,且純合缺失覆蓋GPRC5D啟動子及增強子區(qū)域,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄徹底沉默。RNA-seq未檢出缺失exon1的替代轉(zhuǎn)錄本,證實該缺失的功能破壞性。IHC顯示復(fù)發(fā)樣本中GPRC5D陰性細(xì)胞占主導(dǎo),但仍有36.7%細(xì)胞保留GPRC5D表達(dá),與qPCR評估的亞克隆比例高度吻合。表明調(diào)控區(qū)域缺失可通過破壞轉(zhuǎn)錄啟動導(dǎo)致抗原免疫逃逸,僅需小片段雙等位缺失即可實現(xiàn)抗原沉默,且可與其他亞克隆的雜合缺失共存,形成復(fù)雜的克隆異質(zhì)性圖譜。該機制在CAR-T領(lǐng)域?qū)偈状蜗到y(tǒng)證實。
圖3:CAR-T細(xì)胞治療后患者6的GPRC5D調(diào)控元件純合缺失
(4)CAR免疫風(fēng)險導(dǎo)致BCMA與GPRC5D雙重丟失
患者10序貫接受抗BCMA CAR-T(4個月后復(fù)發(fā))和抗GPRC5D CAR-T治療(3個月后再次復(fù)發(fā)),該IgG-κ型MM女性經(jīng)7線治療后進展為漿細(xì)胞白血病伴腹部EMD。復(fù)發(fā)樣本的WGS分析揭示16號染色體存在1.02 Mb雜合缺失和5個局灶性純合缺失,導(dǎo)致TNFRSF17(BCMA編碼基因)雙等位失活;12號染色體則存在13.3 Mb雜合缺失和3個局灶性純合缺失,導(dǎo)致GPRC5D雙等位失活。qPCR驗證至少5個TNFRSF17和3個GPRC5D純合缺失斷點,提示基因組不穩(wěn)定性驅(qū)動下多克隆并行演化。該患者經(jīng)多線治療后演變?yōu)橹辽?5條染色體的復(fù)雜核型,證實患者基因組不穩(wěn)定性容易介導(dǎo)多靶點抗原丟失。流式與IHC實驗結(jié)果顯示,治療前BCMA與GPRC5D雙高表達(dá),復(fù)發(fā)后雙抗原均陰性,導(dǎo)致CAR-T策略失效。此案例分析結(jié)果表明,對于基因組不穩(wěn)定的高;颊撸瑔伟悬c序貫治療可能加速多抗原逃逸,多靶點CAR-T(如BCMA/GPRC5D雙特異CAR)或聯(lián)合去甲基化干預(yù)可能是更優(yōu)選擇。
圖4:患者10接受序貫抗BCMA和抗GPRC5D CAR-T細(xì)胞治療后BCMA與GPRC5D雙重丟失
圖5:全基因組測序(WGS)揭示BCMA和GPRC5D雙重丟失的基因組學(xué)機制
(5)CAR-T治療后復(fù)發(fā)MM細(xì)胞中GPRC5D的表觀遺傳沉默
在7例WGS未檢出GPRC5D基因突變的復(fù)發(fā)患者中,WGBS分析結(jié)果顯示5例MM復(fù)發(fā)患者存在GPRC5D調(diào)控區(qū)域高甲基化,靶向甲基化測序(Target-BS)分析結(jié)果顯示多個CpG位點甲基化水平與GPRC5D表達(dá)負(fù)相關(guān),揭示表觀遺傳重編程是主要逃逸機制。具體而言,復(fù)發(fā)MM細(xì)胞的全基因組甲基化水平相較于正常漿細(xì)胞呈顯著低甲基化(MM特征),但相較于未接受GPRC5D治療的對照MM細(xì)胞則表現(xiàn)為高甲基化,WGBS共鑒定出735.8萬高甲基化DMLs和72萬高甲基化DMRs,提示CAR-T治療誘導(dǎo)特異性甲基化重編程。靶向GPRC5D位點的Target-BS測序分析揭示,5例復(fù)發(fā)患者在轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件(啟動子、增強子及內(nèi)含子-外顯子邊界)呈現(xiàn)多位點高甲基化,而7例對照MM樣本該區(qū)域均維持低甲基化狀態(tài)。值得注意的是,兩例正常漿細(xì)胞對照(GPRC5D陽性率僅10.1%和12.9%)也在該區(qū)域顯示高甲基化,提示GPRC5D甲基化水平與表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。
細(xì)胞系實驗中,阿扎胞苷處理可誘導(dǎo)高甲基化細(xì)胞系(如RPMI-8226)的GPRC5D mRNA和蛋白表達(dá)上調(diào),證明DNA高甲基化是獨立的抗原沉默機制。
圖6:GPRC5D CAR-T細(xì)胞治療后多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中GPRC5D位點的DNA高甲基化。
(A-B) 復(fù)發(fā)MM組與正常漿細(xì)胞(A)及對照MM組(B)相比,低甲基化或高甲基化差異甲基化區(qū)域(DMRs)的圈圖。圖中突出顯示前10,000個DMRs。圈位置表示甲基化差異的顯著性,紅色圓圈代表高甲基化DMRs,其位置越靠外表示顯著性越高;藍(lán)色圓圈代表低甲基化DMRs,其位置越靠內(nèi)表示顯著性越高。
(C) IGV展示GPRC5D位點的DNA甲基化圖譜。
圖7:多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞系中GPRC5D表達(dá)與甲基化水平的相關(guān)性。
(A) 7種多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞系GPRC5D基因調(diào)控區(qū)域靶基因甲基化Target-BS分析。IGV可視化展示CpG位點的甲基化信號。
(B) 多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞系中GPRC5D mRNA表達(dá)的qPCR分析。
(C) GPRC5D mRNA水平倍數(shù)變化與其調(diào)控區(qū)差異甲基化CpG位點平均甲基化水平之間的相關(guān)性分析。
(D) 阿扎胞苷處理誘導(dǎo)GPRC5D mRNA表達(dá)增加。
(E) 流式細(xì)胞術(shù)檢測顯示,RPMI-8226細(xì)胞經(jīng)72小時阿扎胞苷處理后GPRC5D蛋白表達(dá)升高。
結(jié)論和啟示
本研究證實GPRC5D免疫逃逸是CAR-T耐藥的主要機制,且存在表觀遺傳沉默與遺傳缺失。研究者發(fā)現(xiàn)去甲基化藥物在細(xì)胞系中可部分逆轉(zhuǎn)沉默,但臨床轉(zhuǎn)化需進一步優(yōu)化給藥策略。總之,靶向GPRC5D的聯(lián)合療法(如CAR-T+去甲基化藥物)可能是克服耐藥的新方向,未來研究需動態(tài)監(jiān)測甲基化水平,實現(xiàn)耐藥克隆的早期干預(yù)。
易基因的TBS技術(shù)是本研究從發(fā)現(xiàn)到驗證的關(guān)鍵工具。TBS通過靶向捕獲實現(xiàn)了:
超高深度:在GPRC5D調(diào)控區(qū)達(dá)到500×以上測序深度,精確檢測單個CpG位點甲基化水平,分辨低豐度耐藥亞克。<5%)。
成本效益:適合大規(guī)模樣本隊列(如本研究7個細(xì)胞系+多例臨床樣本)的快速驗證,為WGBS發(fā)現(xiàn)的重要DMRs提供經(jīng)濟可行的臨床轉(zhuǎn)化路徑。
功能關(guān)聯(lián):TBS數(shù)據(jù)與qPCR表達(dá)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)配對,建立甲基化-表達(dá)回歸模型,篩選出調(diào)控效能最強的CpG位點,為后續(xù)開發(fā)甲基化特異性引物用于MRD監(jiān)測提供靶點。
參考文獻(xiàn):
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