CAR-T细胞疗法: 精准靶向，未来可期

来源：药渡 | 发布时间：2022-10-24

嵌合抗原受体(CAR)-T细胞疗法是癌症免疫细胞疗法中一个革命性的新支柱，它在B细胞白血病或淋巴瘤患者中均表现出显著的临床治疗效果，但CAR-T疗法在面对实体瘤时却显得束手无策，同时CAR-T疗法也存在严重危及生命的毒性和有限的抗癌疗效等缺陷。本文我们将介绍CAR-T细胞疗法的最新研究进展，CAR-T细胞疗法的局限性以及潜在的改进策略。

1.CAR-T细胞疗法的“庐山真面目”

近年来，肿瘤靶向治疗领域呈现蓬勃发展态势。肿瘤免疫疗法因具有特异性强，副作用小等优势而备受瞩目，逐渐走进大众视野。肿瘤免疫疗法的出现，改变了癌症治疗的发展格局。目前已经报道了细胞因子疗法、疫苗、免疫检查点抑制剂以及过继细胞疗法等免疫疗法。其中，作为抗癌战场“尖兵锐器”的CAR-T细胞疗法异军突起，为肿瘤靶向治疗提供了新的治疗选择。

嵌合抗原受体T细胞免疫疗法属于过继性细胞免疫疗法（ACT）的一种，其家族还包括TIL，TCR-T疗法，CAR-NK等方法。CAR-T疗法是指通过单采从患者血液中收集T细胞，收集的T细胞经过基因工程改造以表达CAR并在体外培养进行扩增，然后将CAR-T细胞过继回输给患者的新型抗癌疗法（图1）。

嵌合抗原受体T细胞（CAR-T细胞）是指将能识别某种肿瘤抗原的抗体的抗原结合部与CD3-ζ链或FcεRIγ的胞内部分在体外偶联为一个嵌合蛋白，通过基因转导的方法转染患者的T细胞的一类免疫细胞。CAR主要由胞外结构域、跨膜结构域和胞内结构域这三个功能域构成（图1）。目前一共开发了四代CAR-T细胞，其中三代、四代的CAR-T技术仍处于研发阶段；临床上应用最多的是第二代CAR-T细胞，在已上市的CAR-T疗法中均采用第二代CAR-T技术。

图1. CAR-T细胞疗法原理及四代CAR-T细胞结构

CAR-T细胞其实是相当于在T细胞上装上定位导航装置CAR，将普通T细胞改造成“超级战士”，并利用其定位导航装置CAR，特异性识别体内肿瘤细胞，通过激活免疫反应释放免疫活性物质，产生免疫效应，从而高效杀死肿瘤细胞，进而达到治疗恶性肿瘤的效果（图2）。 

图2. CAR-T细胞疗法作用机制

2.CAR-T细胞疗法的“美中不足”

嵌合抗原受体CAR-T细胞疗法具有革命性意义，因为它产生了有效和持久的临床反应。CAR与细胞表面表达的靶抗原结合，并且不依赖MHC受体，使T细胞活化，并产生强效的抗肿瘤反应。然而，CAR-T细胞疗法仍存在必须解决的局限性，包括危及生命的CAR-T细胞相关毒性、对实体瘤的疗效有限、B细胞恶性肿瘤的抑制和耐药性、抗原逃逸、有限的持久性、有限的转运能力和肿瘤浸润能力，以及免疫抑制微环境等。

抗原逃逸

CAR-T细胞疗法最大挑战是肿瘤对单抗原靶向CAR的耐药性问题（图3）。尽管最初的单抗原靶向CAR-T细胞表现出高应答率，但这些CAR-T细胞治疗的很大一部分患者的恶性细胞表现出部分或完全丧失靶抗原表达等抗原逃逸现象。

一项研究发现，尽管70-90%复发性或难治性ALL（急性淋巴细胞白血病）患者对靶向CD19的CAR-T 细胞疗法表现出持久反应，但在临床应用中却出现了耐药现象，并且30-70%的患者在治疗后出现疾病复发。
同样，在接受靶向BCM的CAR-T细胞治疗的多发性骨髓瘤患者中，也观察到BCMA表达下调或缺失。此外，在实体瘤中也观察到类似的抗原逃逸抗性现象。为了降低CAR-T 细胞治疗血液系统恶性肿瘤和实体瘤的复发率，现在许多策略都依赖于开发靶向多种抗原的CAR。目前使用双靶向CAR-T细胞（CD19/CD22或CD19/BCMA）的临床试验也显示出积极的结果。
 

图3. 肿瘤细胞抗原逃逸

靶向肿瘤外效应

研究表明实体瘤抗原通常也在正常组织上以不同水平表达，靶向实体瘤抗原的CAR可能也会靶向正常细胞，从而造成不必要的毒性（图4）。因此，抗原选择在CAR设计中至关重要：不仅要确保治疗效果，还要避免“靶向肿瘤外”毒性的发生。此外，解决靶向肿瘤外效应的潜在策略是靶向肿瘤限制性翻译后修饰的靶点，例如靶向实体瘤过表达的截短O-聚糖等。
 

图4. 靶向脱瘤效应

有限的CAR-T细胞运输和肿瘤浸润能力

与血液系统恶性肿瘤相比，实体瘤CAR-T细胞治疗受限于CAR-T细胞运输和浸润实体瘤的能力，因为免疫抑制性肿瘤微环境和肿瘤间质等物理肿瘤屏障限制了CAR的渗透和T细胞的移动（图5）。

研究表明，采用局部给药可以改善这些缺陷。因为局部给药避免了CAR-T细胞运输到疾病部位的需要以及减少了靶向脱瘤效应，这样CAR-T细胞只靶向肿瘤细胞，可以最大限度地减少与正常组织的相互作用。此外，临床前研究已经证实了脑室内注射靶向HER2和IL13Ra2的CAR-T细胞的显著疗效。
 

图5. 有限的肿瘤的运输和浸润能力

肿瘤免疫抑制微环境

在肿瘤微环境中，许多驱动免疫抑制的细胞类型可以浸润实体瘤，包括髓源性抑制细胞 (MDSCs)、肿瘤相关巨噬细胞 (TAMs) 和调节性T细胞 (Tregs)。这些细胞可以促进肿瘤产生细胞因子、趋化因子和生长因子，从而影响CAR-T细胞的浸润，进而影响CAR-T细胞疗效（图6）。

此外，研究表明PD-1或CTLA-4 等免疫检查点途径可降低抗肿瘤免疫力。因此，CAR-T细胞疗法和免疫检查点抑制剂的联合免疫疗法被认为是下一个免疫疗法前沿。尽管免疫检查点抑制剂和CAR-T细胞疗法的联合疗法可能是一种新的免疫疗法选择，但需要注意的是，这种组合疗法仍可能不足以诱导T细胞浸润和效应功能。
 

图6. 肿瘤免疫抑制微环境

CAR-T细胞相关毒性

CAR-T细胞疗法是一种革命性的癌症治疗工具，但其高毒性和一些致死率阻碍了CAR-T细胞疗法成为一线疗法（图7）。研究表明，决定CRS、HLH/MAS 和/或ICANS的发生率和严重程度的关键因素是CAR的设计、特定靶点和肿瘤类型。

目前CAR-T细胞疗法的毒性已经在接受第一个FDA批准的CAR-T细胞治疗的患者中得到证实，即使在最显著的临床试验中，患者中也发生了严重危及生命的毒性事件。在接受CAR-T细胞治疗的急性淋巴细胞白血病/淋巴瘤（ALL/LBL）患者中，几乎所有患者都至少有一些轻微的毒性表现，大约23-46%的患者表现出严重的超生理细胞因子产生和大量体内T细胞扩增。然而，目前还没有有效的策略来预防上述毒性，因此，必须优化CAR结构并采用其他策略来降低CAR引起的毒性。
 

图7. CAR-T细胞相关的毒性

3.CAR-T细胞疗法的“与日俱进”
为了实现有效的治疗反应，CAR-T细胞抗原结合结构域必须结合其靶表位并达到诱导CAR-T细胞活化和细胞因子分泌的最低阈值水平。CAR-T细胞必须保持在其治疗窗口内才能在临床上有效，因为超过治疗窗口会产生细胞因子和免疫系统激活，进而产生毒副作用。因此，优化CAR-T细胞以提高治疗效果和限制毒性至关重要。

改造优化CAR结构

降低毒性的一种途径是通过改变CAR-T细胞抗原结合结构域的亲和力。降低抗原结合结构域的亲和力会导致对肿瘤细胞上更高抗原密度的需求增加，以实现高水平的激活。因此，可以通过降低抗原亲和力，避免靶向低表达量抗原的健康组织的情况发生。此外，也可以通过修饰CAR的铰链区和跨膜区来调节CAR-T细胞细胞因子的分泌。
研究表明，优化铰链区和跨膜区可能是降低毒性的有用方法，一项I期临床试验中发现改良铰链区和跨膜区的CAR，可导致54.5%的B细胞淋巴瘤患者完全缓解。同样，也可以根据肿瘤类型、肿瘤负荷、抗原密度、靶抗原-抗原结合域改造CAR-T共刺激域以降低毒性。

降低CAR免疫原性

人体自身宿主免疫系统对CAR的识别可能导致细胞因子介导的相关毒性产生。因此，利用人类或人源化抗体片段代替鼠源性CAR来降低CAR免疫原性可能是降低毒性的有效策略。此外，通过修饰铰链和/或跨膜结构域也可以降低CAR的免疫原性，并且修饰后的CAR-T 细胞的持久性也得到改善。

修饰CAR转导的T细胞

CAR-T治疗最常见的副作用是细胞因子释放综合征（CRS）和神经毒性。CRS是指在免疫细胞和肿瘤细胞作用的过程中，大量释放细胞因子，这些细胞因子又会引发进一步的连锁反应，如过度炎症反应、毛细血管渗漏、凝血级联反应等，进而导致器官受损和脑肿胀，最终危及生命。研究表明，修饰CAR转导的 T细胞有助于减少CRS的发生和降低神经毒性。

CAR“关闭开关”策略

改善CAR-T细胞毒性的另一个潜在途径是通过实施“关闭开关”或自杀基因策略。但自杀策略或其他类似方法的最大限制是，尽管它们在确保安全方面很有吸引力，但它们的使用会突然停止对快速发展疾病的治疗。这种方法可以暂时抑制CAR-T细胞功能，并可以在毒性消退后挽救CAR-T细胞疗法。未来，有必要开发更多有效策略，可以暂时抑制CAR-T细胞功能并在毒性消退后进行CAR-T 细胞治疗救援，这对于CAR-T细胞疗法迈向血液学的一线治疗是至关重要的。  图8. CAR-T细胞疗法潜在的改进策略

4.CAR-T细胞疗法的研究进展
近年来，随着CAR-T细胞疗法领域的持续升温，国内外多家药企布局CAR-T疗法，国外方面包括诺华、BMS、吉利德等制药巨头，国内也有药明巨诺、传奇生物、复星医药、信达等药企参与布局。迄今为止，全球获批上市的CAR-T疗法共有7种，其中，Kymriah是诺华研发的全球首款CAR-T疗法产品，于2017年8月被美国FDA批准用于治疗急性淋巴细胞白血病（ALL）儿童和青少年患者。此外，目前处于临床试验阶段的CAR-T疗法多达300余种。 

图9. 已上市和申请上市的CAR-T疗法

5.小结
CAR-T细胞疗法为血液肿瘤患者带来了希望，尤其是在晚期恶性肿瘤患者治疗中发挥重要作用。然而由于肿瘤免疫抑制微环境、抗原异质性、脱靶毒性等问题，阻碍了CAR-T疗法的发展脚步。尽管存在挑战，但新策略和潜在解决方案仍在不断发展，并可能为更有效和更安全的抗癌疗法提供前进的方向和道路。此外，CAR-T高昂的治疗费用也是一座难以逾越的大山。相信随着CAR-T疗法的不断研究，会有更多安全有效的CAR-T疗法获批上市，使患者获益。

参考文献1、T cell immunotherapy for human cancer. Science. 2018, 359, 1361–1365.2、Axicabtagene ciloleucel CAR T-cell therapy in refractory large B-cell lymphoma. N. Engl. J. Med. 2017, 377, 2531–2544.3、Engineering CAR-T cells: design concepts. Trends Immunol. 2015, 36, 494–502.4、Engineering strategies to overcome the current roadblocks in CAR T cell therapy. Nat. Rev. Clin. Oncol .2020,17, 147–167.5、CAR T cell therapy in B cell acute lymphoblastic leukemia. Sci. Transl. Med. 2014, 6, 224-225.6、A safe and potent anti-CD19 CAR T cell therapy. Nat. Med. 2019, 25, 947–953.