Nat Cancer | 黄河/钱鹏旭/胡永仙/王东睿团队揭示铁介导的铁死亡限制CAR-T细胞持久性及抗肿瘤疗效|t细胞|免疫性疾病|抗原|王东睿|线粒体|肿瘤细胞|胡永仙|脂质过氧化|钱鹏旭

嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法已经显著改变血液肿瘤治疗格局，尤其在B细胞恶性肿瘤和多发性骨髓瘤中取得了突破性疗效【1】。然而，临床实践也不断提示，初始缓解并不等同于长期治愈。部分患者在CAR-T细胞快速扩增后仍会出现细胞数量下降、功能衰退甚至疾病复发。CAR-T细胞能否在体内长期存续，是决定治疗持久获益的重要因素【2】。因此，理解CAR-T细胞在患者体内“扩增之后为何难以持久”，已成为细胞治疗领域亟待回答的关键科学问题。

既往研究多从肿瘤抗原逃逸、T细胞耗竭、CAR结构优化或生产工艺改良等角度寻找答案。近年来，铁死亡（ferroptosis）作为一种由铁依赖性脂质过氧化驱动的调控性细胞死亡方式，被认为与肿瘤治疗、免疫调控和T细胞功能密切相关【3,4】。但在CAR-T治疗过程中，治疗性T细胞是否会在患者体内发生铁死亡，以及这种死亡方式是否会影响疗效，此前仍缺乏直接证据。

2026年6月10日，浙江大学医学院附属第一医院/良渚实验室黄河、钱鹏旭、胡永仙、王东睿、孔德麟团队在Nature Cancer杂志上发表了题为Iron-mediated ferroptosis impairs CAR-T cell function and antitumor efficacy的研究论文。通过整合多发性骨髓瘤和急性淋巴细胞白血病患者CAR-T治疗后的纵向临床样本、单细胞转录组、血清代谢组、体外功能实验和多种小鼠模型，研究发现CAR-T细胞在输注后由快速扩增进入“衰减期”时，伴随显著的铁死亡特征和血清铁水平升高；血清来源铁负荷可通过线粒体ROS积累和ACSL4相关脂质重塑驱动脂质过氧化，进而损害CAR-T细胞功能、持久性和抗肿瘤疗效。该研究进一步证明，药理性抑制脂质过氧化或通过基因编辑敲除ACSL4，能够增强CAR-T细胞在血液肿瘤和实体瘤模型中的抗肿瘤活性，为下一代更持久、更抗压力的CAR-T细胞设计提供了新的机制依据和工程化方向。

从“耗竭”到“铁死亡”：重新理解CAR-T细胞治疗后的衰减

研究团队首先从接受CAR-T治疗的多发性骨髓瘤和急性淋巴细胞白血病患者样本出发，对输注后不同时间点的CAR-T细胞状态进行纵向分析。结果显示，CAR-T细胞在输注后经历快速扩增，随后进入明显的“衰减期”。在这一阶段，单细胞转录组分析提示铁死亡相关程序增强，而凋亡、坏死性凋亡、焦亡等经典调控性细胞死亡通路并未表现出同等一致的上升趋势。进一步检测发现，患者来源CAR-T细胞中4-HNE、脂质ROS和游离二价铁等铁死亡相关指标显著升高。这些结果提示，铁死亡并非单纯的体外应激现象，而是在CAR-T治疗过程中真实发生于患者体内的细胞命运改变。

这一发现的重要意义在于，它把CAR-T细胞“数量下降”和“功能衰退”从传统耗竭叙事中进一步拆解出来：治疗性T细胞不仅会因持续抗原刺激而耗竭，也可能在治疗后代谢环境的驱动下进入铁依赖的脂质过氧化死亡程序。换言之，CAR-T细胞在体内并非只是与肿瘤细胞竞争，也在承受来自系统性铁稳态改变的压力。

血清来源铁负荷：治疗后微环境中的隐性“刹车”

铁是T细胞增殖、线粒体呼吸和效应功能不可或缺的元素，但当铁负荷超过细胞稳态调控能力时，也会成为驱动脂质过氧化和细胞损伤的关键因素。本研究发现，患者CAR-T细胞衰减期伴随血清铁水平升高和细胞内铁积累。血清蛋白质组与代谢组结果进一步提示，治疗前铁负荷相关特征可能与疗效差异相关，而衰减期血清中多不饱和脂肪酸等铁死亡易感底物也发生改变，为铁催化脂质过氧化提供了更易感的代谢环境。

为了验证血清铁是否只是伴随现象，研究团队在体外和小鼠体内进行了多层次功能验证。生理范围内的铁浓度即可诱导CAR-T细胞脂质过氧化、扩增受损和死亡；在小鼠模型中，高铁饮食增加CAR-T细胞铁负荷和脂质ROS，削弱其抗白血病疗效并缩短缓解时间。相反，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）能够降低脂质ROS、改善CAR-T细胞数量和记忆样表型，并增强体内抗肿瘤作用。这说明血清铁并不是治疗过程中的旁观指标，而是能够直接改变CAR-T细胞命运的功能性压力源。

值得注意的是，研究团队还发现，简单抑制铁摄取或降低铁运输相关分子并不能有效保护CAR-T细胞，反而可能损害其基础功能。这提示铁本身并非“越少越好”，真正更合理的干预节点可能位于铁诱导的脂质过氧化执行环节。

线粒体ROS与ACSL4：铁压力如何转化为CAR-T细胞功能崩塌

机制上，研究团队进一步追踪了铁压力从代谢扰动走向铁死亡执行的过程。单细胞转录组分析显示，铁处理后的CAR-T细胞中氧化磷酸化、脂肪酸代谢和ROS相关通路被激活，尤其是耗竭样CD8+ CAR-T细胞对铁诱导损伤更加敏感。线粒体层面的检测进一步显示，铁负荷可造成线粒体ROS升高、膜电位下降、ATP产生受损和超微结构破坏。线粒体铁硫簇是呼吸链功能的重要基础【5】，因此持续铁负荷可能把原本有利于T细胞功能的代谢活跃状态推向氧化损伤。在这一过程中，线粒体既是铁代谢的重要场所，也是放大氧化损伤和铁死亡压力的关键细胞器。

在铁死亡执行层面，ACSL4成为连接铁压力与脂质过氧化的核心节点。ACSL4能够促进多不饱和脂肪酸活化并进入膜磷脂，从而增加可被氧化的脂质底物库【6,7】。研究显示，铁处理显著增强ACSL4磷酸化，并推动HETEs、HODEs和HDoHE等氧化脂质产物积累。通过CRISPR-Cas9敲除ACSL4后，CAR-T细胞对铁诱导铁死亡的敏感性显著下降，脂质ROS和4-HNE水平降低，GPX4/SLC7A11等抗氧化相关变化得到部分恢复，多不饱和脂质底物的氧化消耗也明显减弱。这些结果说明，铁并不是简单地“毒害”CAR-T细胞，而是通过线粒体ROS与ACSL4驱动的脂质重塑，把治疗后代谢压力转化为膜脂过氧化、细胞耗竭和死亡。ACSL4因此不仅是铁死亡通路中的一个分子标记，更是决定CAR-T细胞能否抵抗体内铁压力的功能性“开关”。

从药物保护到细胞工程：靶向ACSL4增强CAR-T持久性

在治疗转化层面，本研究比较了药物性铁死亡抑制和细胞内在抗铁死亡工程化策略。Fer-1预处理能够在CAR-T制备阶段改善细胞活性、维持较好的记忆样表型，并在小鼠白血病模型中提高肿瘤控制效果。然而，系统性铁死亡抑制也可能在缺乏CAR-T细胞的情况下保护肿瘤细胞。因此，长期、全身性抑制铁死亡并非最理想方案；更有前景的方向是让CAR-T细胞自身获得抗铁死亡能力。

相比之下，ACSL4敲除CAR-T细胞提供了一种更细胞内在、更持久的保护方式。在NALM6白血病模型中，ACSL4-KO CAR-T细胞显示出更强的肿瘤清除能力、更好的体内持久性和更低的耗竭/终末分化水平，并显著延长小鼠生存。研究团队还在GD2阳性的143B实体瘤模型中验证了这一策略，发现ACSL4敲除或Fer-1预处理均可延缓肿瘤进展，其中ACSL4-KO CAR-T细胞提高了完全缓解比例。与此同时，ACSL4-KO CAR-T细胞并未诱导明显的过度炎症因子释放，提示其具有进一步优化为工程化CAR-T增强策略的潜力。

总体而言，该研究提出了一个新的CAR-T治疗失败机制框架：输注后体内铁稳态变化可诱导CAR-T细胞发生铁死亡；这一过程通过线粒体ROS和ACSL4依赖的脂质过氧化损害CAR-T细胞功能、持久性和抗肿瘤活性；靶向这一通路，尤其是通过ACSL4相关细胞工程化改造，有望提高CAR-T细胞在复杂体内环境中的抗压能力和治疗持久性。

该研究的立意并非简单寻找一个新的CAR-T增强因子，而是重新定义了CAR-T细胞在患者体内衰退的外源性压力来源。它将“治疗后系统性铁代谢改变”与“治疗性T细胞铁死亡”联系起来，为理解CAR-T持久性不足提供了区别于肿瘤逃逸和经典耗竭的新视角。

从临床转化角度看，这项研究提示未来CAR-T疗法可能需要同时关注肿瘤杀伤能力与体内代谢抗压能力。血清铁、铁蛋白、脂质过氧化状态和ACSL4相关分子特征，有望成为评估CAR-T细胞风险状态和优化制备方案的候选指标；而在CAR-T制备阶段进行短程铁死亡保护，或通过基因编辑降低CAR-T细胞铁死亡敏感性，则可能成为增强CAR-T疗效与持久性的关键策略。