攻克腫瘤的圣斗士之一：CAR-T 技術(shù)詳解

CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy )即嵌合抗原受體T細(xì)胞免疫療法^[1]。這是一個(gè)出現(xiàn)了很多年，但是近幾年才被改良使用到臨床上的新型細(xì)胞療法。在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治療上有著顯著的療效，被認(rèn)為是目前最有前景的惡性腫瘤治療方式之一。

從2010年開(kāi)始CAR-T技術(shù)做第一次臨床實(shí)驗(yàn)至2017年，制藥巨頭諾華的 Kymriah成為美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市的首個(gè)CAR-T療法。該療法用于治療兒童和年輕成人（2~25歲）的急性淋巴細(xì)胞白血�。ˋLL）。

之后不久，F(xiàn)DA又宣布批準(zhǔn)吉利德旗下凱特的CAR-T療法Yescarta上市，Yescarta成為FDA批準(zhǔn)的第二款CAR-T療法，主要用于治療復(fù)發(fā)或難治性兒童和年輕成人B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病的治療^[2]。和其它免疫療法類(lèi)似，它的基本原理就是利用病人自身的免疫細(xì)胞來(lái)清除癌細(xì)胞，但是不同的是，這是一種細(xì)胞療法而非藥物療法。

圖1.Emily Whitehead，全球率先接受CAR-T治療的白血病女孩，2012年她在二次病發(fā)后參加了CAR-T臨床試驗(yàn)，現(xiàn)在過(guò)著幸福而健康的生活。

正如所有的技術(shù)一樣，CAR-T技術(shù)也經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的演化過(guò)程，正是經(jīng)過(guò)這一路的摸爬滾打，CAR-T技術(shù)才能逐漸走向成熟。

CAR-T演化過(guò)程

到目前為止已經(jīng)設(shè)計(jì)了五代CAR-T細(xì)胞（圖2）。每一代的產(chǎn)生就像是游戲里的打怪升級(jí)，一段更比一段高，一代更比一代強(qiáng)。

第一代青銅段位：利用CD3ζ細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)域（第一信號(hào)）激活第一代CAR中的T細(xì)胞。然而，這些CAR不能產(chǎn)生足夠的IL-2，并且具有有限的活化，擴(kuò)增和體內(nèi)抗腫瘤作用。

第二代白銀段位：通過(guò)添加具有細(xì)胞內(nèi)共刺激信號(hào)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)域的共刺激分子產(chǎn)生第二代CAR，例如CD28，CD137（4-1BB），CD134（OX40），CD27，ICOS和CD244。與第一代相比，第二代CAR產(chǎn)生的IL-2多20倍，并能夠在體內(nèi)使靶細(xì)胞實(shí)行持續(xù)的增殖和殺傷作用。

第三代黃金段位：第三代CAR通過(guò)添加兩種或更多的具有細(xì)胞內(nèi)共刺激信號(hào)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)域的共刺激分子而產(chǎn)生。因此，分泌更多的細(xì)胞因子時(shí)，體外的殺傷能力增強(qiáng)。然而這在臨床上并沒(méi)有取得更好的結(jié)果。

第四代鉑金段位：CAR被稱(chēng)為T(mén)細(xì)胞重定向通用殺傷細(xì)胞因子(或稱(chēng)CAR)，是通過(guò)添加一系列細(xì)胞因子(如IL-12)來(lái)生產(chǎn)的，這些細(xì)胞因子可以通過(guò)局部釋放細(xì)胞因子來(lái)調(diào)節(jié)微環(huán)境并招募免疫效應(yīng)細(xì)胞來(lái)殺傷腫瘤。

第五代鉆石段位：第五代CAR-T同樣基于第二代，添加了激活其它信號(hào)通路的共刺激結(jié)構(gòu)域，比如IL2-2Rβ胞內(nèi)結(jié)合SAAT3/5的結(jié)構(gòu)域。

這一代又一代各種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，賦予了CAR-T細(xì)胞療法無(wú)限的生機(jī)和未來(lái)。雖然目前只升級(jí)到了五代鉆石，但相信不久還會(huì)有六代星耀、七代王者……我們翹首以待。

圖2.CAR-T的演化過(guò)程

Figure 2.Structure of different chimeric antigen receptor (CAR) generations. a The core structure of a CAR, highlighting the major components of the extracellular domain, the transmembrane domain and the intracellular domain (endodomain). b Evolution of the development of CARs from the first generation, which contained only ITAM motifs in the intracellular domain. Second-generation CARs included one co-stimulatory molecule (CM)1，and third-generation CARs contained a second CM. The fourth generation of CARs was based on second-generation CARs (containing 1–3 ITAMs) paired with a constitutively or inducibly expressed chemokine (e.g. IL-12). These T cells are also referred to as T cell redirected for universal cytokine-mediated killing (TRUCKs). The fifth, or ‘next generation’, is also based on the second generation of CARs, with the addition of intracellular domains of cytokine receptors (e.g. IL-2Rβ chain fragment). ITAM immunoreceptor tyrosine-based activation motifs, CD co-stimulatory domain, IL-12 activation of interleukin 12 transcription, IL-2Rβ truncated intracellular interleukin 2β chain receptor with a STAT3/5 binding motif ^[3].

CAR-T的副作用

俗話說(shuō)“是藥三分毒”,CAR-T當(dāng)然也不能例外。2006 年德國(guó) TeGenero 公司的抗 CD28 單克隆抗體 TGN1412 進(jìn)行了藥物Ⅰ期臨床試驗(yàn)，受試者共 8 人，其中 2 人注射安慰劑，6 人注射真正藥物，不到半小時(shí)，6 名新藥受試者全部出現(xiàn)了呼吸困難、心悸、全身腫脹等癥狀的嚴(yán)重不良反應(yīng)，被送至重癥監(jiān)護(hù)室，所幸未有人員死亡 。后經(jīng)查這些不良反應(yīng)的出現(xiàn)是由于T細(xì)胞在體內(nèi)大量擴(kuò)增，從而導(dǎo)致高濃度的不受控制的細(xì)胞因子釋放而產(chǎn)生的。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為細(xì)胞因子釋放綜合征（cytokine release syndrome,CRS），也稱(chēng)為細(xì)胞因子風(fēng)暴。盡管之后Kymriah 、 Yescarta的上市給眾多病患帶來(lái)了治愈的希望，然而，與 TGN1412 相同的是，CAR-T 治療也會(huì)引起 CRS 這一不容忽視的副作用。

圖3.細(xì)胞因子風(fēng)暴^[4]

現(xiàn)在，我們已經(jīng)了解了CAR-T的基礎(chǔ)小知識(shí)，那它到底是怎么應(yīng)用到治療上的呢？

CAR-T治療流程

一個(gè)典型的CAR-T治療流程，主要分為以下五個(gè)步驟^[5]。 

第一步(分離)：從癌癥病人身上分離免疫T細(xì)胞。

第二步(修飾)：用基因工程技術(shù)給T細(xì)胞加入一個(gè)能識(shí)別腫瘤細(xì)胞并且同時(shí)激活T細(xì)胞的嵌合抗體，也即制備CAR-T細(xì)胞。

第三步(擴(kuò)增)：體外培養(yǎng)，大量擴(kuò)增CAR-T細(xì)胞。一般一個(gè)病人需要幾十億，乃至上百億個(gè)CAR-T細(xì)胞（體型越大，需要細(xì)胞越多）。

第四步(回輸)：把擴(kuò)增好的CAR-T細(xì)胞回輸?shù)讲∪梭w內(nèi)。

第五步(監(jiān)控)：嚴(yán)密監(jiān)護(hù)病人，尤其是控制前幾天身體的劇烈反應(yīng)。

整個(gè)療程持續(xù)3個(gè)星期左右，其中細(xì)胞“提取-修飾-擴(kuò)增”需要約2個(gè)星期，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。

圖4.CAR-T治療流程^[6]

未來(lái)展望
 

CAR-T細(xì)胞療法是一個(gè)非常有前景的研究領(lǐng)域，代表著利用工程化T細(xì)胞進(jìn)行癌癥治療的新時(shí)代的開(kāi)始，對(duì)未來(lái)治療所有疾病都具有無(wú)限的潛力。雖然它已經(jīng)在臨床研究中顯示出其令人印象深刻的效果，但仍有許多障礙阻礙著其廣泛的應(yīng)用，包括制造CAR-T細(xì)胞所需的復(fù)雜基因技術(shù)，腫瘤逃逸，毒性管理不足，疾病復(fù)發(fā)相對(duì)較快，缺乏持久性，以及標(biāo)準(zhǔn)化CAR-T細(xì)胞治療的必要性等^[7]。來(lái)自MIT和波士頓大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了一種通用型CAR-T細(xì)胞系統(tǒng)——SUPRA CAR系統(tǒng)，同時(shí)包含了多方面的升級(jí)，例如在不對(duì)T細(xì)胞再次重編程的情況下切換靶標(biāo)，T細(xì)胞激活程度完全可控，可感知多種抗原并做出邏輯性響應(yīng)等。這些特點(diǎn)可以用于對(duì)抗腫瘤復(fù)發(fā)，消除過(guò)度激活并增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞療法的特異性，這將是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向^[8]。目前我們只看到了冰山一角，許多關(guān)鍵問(wèn)題尚未得到解答。但問(wèn)題終將被解答，CAR-T終將造福人類(lèi)。

好啦，今天小編就帶大家普及到這里啦，后期將會(huì)為大家?guī)��?lái)更多的科普小知識(shí)，敬請(qǐng)期待�。�！

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