基于嵌合抗原受體的腫瘤免疫治療

伍玉婷，梁華晟

·技術(shù)與方法·

基于嵌合抗原受體的腫瘤免疫治療

伍玉婷，梁華晟

腫瘤可通過下調(diào)激發(fā)機體免疫系統(tǒng)必需成分的表達(dá)，或通過分泌免疫抑制因子等機制逃避機體的免疫監(jiān)視和攻擊，從而得以在體內(nèi)生存和惡性增殖。利用基因工程技術(shù)修飾T細(xì)胞，設(shè)計一種可特異性識別腫瘤相關(guān)抗原的嵌合抗原受體，使其同時兼具細(xì)胞免疫治療和抗體免疫治療的優(yōu)點，是近年來迅速發(fā)展的腫瘤過繼免疫治療方法。

嵌合抗原受體；過繼免疫治療

過繼免疫療法是將體外活化和擴增的自體或異體免疫效應(yīng)細(xì)胞輸給免疫功能低下者，使其獲得抗腫瘤免疫力的一種免疫療法。然而在過去的20年當(dāng)中，傳統(tǒng)過繼免疫療法對卵巢癌、結(jié)腸癌、乳腺癌等大多數(shù)腫瘤的治療均未取得令人滿意的療效。近年來，以嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor，CARs）修飾T細(xì)胞為代表的腫瘤靶向免疫治療具有高效的特異性，主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex，MHC）非限制性、持久的體內(nèi)免疫活性等特點，一旦與靶細(xì)胞結(jié)合，胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)區(qū)將信號傳入T細(xì)胞，激活T細(xì)胞，分泌多種細(xì)胞因子［穿孔素、顆粒酶、干擾素（interferon，IFN）-γ、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α等］，通過細(xì)胞毒活性和局部炎癥等旁效應(yīng)發(fā)揮抗腫瘤作用，使得過繼免疫療法重新煥發(fā)出新的生命力。

1 CARs的發(fā)展

1987年，Kuwana［1］課題組首次將免疫球蛋白的V區(qū)與T細(xì)胞抗原受體（T cell receptor，TCR）的α和β鏈的恒定區(qū)融合，構(gòu)建了可特異識別腫瘤細(xì)胞的CAR-T細(xì)胞原型。第一代CARs是由單鏈可變區(qū)結(jié)構(gòu)域（single chain Fvdomain，scFv）和免疫受體酪氨酸活化基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM）連接而成的，由于其修飾的T細(xì)胞增殖能力和細(xì)胞因子分泌水平低下，無法提供持續(xù)的體內(nèi)抗腫瘤效應(yīng)而逐漸淘汰。近來引入CD28、4-1BB、OX40、DAP10等共刺激分子（costimulatory molecule，CM），設(shè)計出以scFv-CM-ITAM嵌合模式為特點的第二代（單共刺激分子）和第三代CARs（雙共刺激分子），有效刺激了T細(xì)胞的持久增殖，提升了細(xì)胞殺瘤活性，延長了細(xì)胞存活時間，促進(jìn)細(xì)胞因子的釋放（圖1），在淋巴瘤［2］、卵巢癌［3］、神經(jīng)母細(xì)胞瘤［4］、慢性淋巴細(xì)胞性白血?。?］等疾病的臨床應(yīng)用研究中取得了不俗的成績。

圖1 三代嵌合抗原受體

2 CARs的腫瘤免疫治療效應(yīng)

CAR-T細(xì)胞通過scFv與靶細(xì)胞胞外抗原特異結(jié)合，將信號傳入T細(xì)胞從而激活T細(xì)胞，從而通過分泌穿孔素、顆粒酶等發(fā)揮直接細(xì)胞毒作用，通過Fas／FasL途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，通過白介素（interleukin，IL）-2、IFN-γ、粒細(xì)胞集落刺激因子、TNF-α等細(xì)胞因子產(chǎn)生的旁效應(yīng)發(fā)揮抗腫瘤作用，通過炎性細(xì)胞因子引起腫瘤局部炎癥反應(yīng)，還可通過干擾腫瘤組織的血管營養(yǎng)系統(tǒng)、激發(fā)機體的免疫效應(yīng)細(xì)胞等發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)［6］。IL-2是最早用于過繼免疫治療的細(xì)胞因子，它具有激活和擴增T、B細(xì)胞，增強自然殺傷細(xì)胞殺傷活性，誘導(dǎo)殺瘤細(xì)胞產(chǎn)生的作用，還能促IFN、TNF等重要細(xì)胞因子的分泌。研究證明，外源性IL-2的加入對于T細(xì)胞的激活和增殖、免疫功能的發(fā)揮都具有重要作用，Kochenderfer等［7］在以抗CD19的CAR-T細(xì)胞治療B細(xì)胞惡性腫瘤時輔用大劑量IL-2，使得B細(xì)胞淋巴瘤消退、患者B細(xì)胞前體消除。CARs介導(dǎo)的抗腫瘤免疫效應(yīng)是多種多樣的，構(gòu)建更穩(wěn)定表達(dá)、更能持續(xù)增殖、更高靶分子親合力、更強細(xì)胞裂解活性的CAR-T細(xì)胞是今后的努力方向。

3 CARs在腫瘤免疫治療中的臨床研究

3.1 臨床試驗 盡管當(dāng)前針對腫瘤等疾病開發(fā)的CAR-T種類多樣（圖2），然而這種免疫治療法從實驗室走向臨床研究歷經(jīng)波折。1994年Roberts等［8］首次將CAR-T細(xì)胞應(yīng)用于臨床試驗，以CAR-T細(xì)胞成功殺傷人類免疫缺陷病毒感染的CD4＋T細(xì)胞。而CAR-T的臨床應(yīng)用卻沒有這么順利，CARs的首次臨床應(yīng)用結(jié)果是由Lamers等［9］在2006年公布的，以靶向碳酸酐酶Ⅸ的CAR-T細(xì)胞治療3例轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌患者并未觀察到預(yù)期的臨床效應(yīng)。直到2008年這種免疫療法才獲得了真正意義上令人興奮的臨床研究結(jié)果，在以非洲淋巴細(xì)胞病毒特異性T細(xì)胞治療的11例兒童成神經(jīng)細(xì)胞瘤中，有6例取得了腫瘤灶變小和壞死的成效［10］。2011年美國某研究小組以二代CD19-CAR-T細(xì)胞靶向治療了3例慢性淋巴細(xì)胞白血病，盡管伴隨有淋巴細(xì)胞減少癥的發(fā)生，但是CAR-T細(xì)胞在患者血和骨髓中持續(xù)了6個月的高水平表達(dá)，其中有2例病情達(dá)到完全緩解的程度［5］。2013年Grupp等［11］發(fā)表了一篇針對急性淋巴性白血病的案例，以抗CD19＋的CAR-T細(xì)胞治療2例兒童；其中，1例在11個月中病情均表現(xiàn)為完全緩解；另1例患者則在緩解了2個月后復(fù)發(fā)，并且體內(nèi)爆發(fā)了大量的不表達(dá)CD19的癌細(xì)胞，其中的原因值得人們深思。

表1 嵌合抗原受體修飾T細(xì)胞的臨床應(yīng)用

3.2 面臨的問題

3.3.1 “脫靶效應(yīng)”（off-target effects） 越來越多的臨床試驗暴露出CAR-T細(xì)胞的安全問題。大多數(shù)靶抗原在正常組織中也會有少量的表達(dá)，CAR-T細(xì)胞與這類抗原起反應(yīng)而引起組織損傷，即為“脫靶效應(yīng)”。2006年Lamers等［19］應(yīng)用靶向G25O抗原的CAR-T細(xì)胞治療腎細(xì)胞癌，正常G25O＋膽管細(xì)胞受到損傷，有3例發(fā)生了2～4級的肝臟毒性，經(jīng)皮質(zhì)類固醇藥物治療后肝臟毒性減輕，這是首次報道的嵌合抗原受體淋巴細(xì)胞療法引起的脫靶效應(yīng)。最近，研究人員應(yīng)用第三代靶向HER2／neu的CART淋巴細(xì)胞治療1例晚期直腸癌患者致患者死亡［20］。該患者在靜脈輸注1010表達(dá)HER2／neu的CAR-T細(xì)胞15 min后開始呼吸窘迫，40 min后肺部水腫，隨時間進(jìn)行性加重，在給予心臟復(fù)蘇、氣管插管及提升血壓處理后治療無效死亡。推測由于肺、肝臟等正常組織均表達(dá)HER2／neu抗原，高劑量的CAR-T細(xì)胞引起了脫靶效應(yīng)，導(dǎo)致患者多器官衰竭而死。

3.3.2 細(xì)胞因子風(fēng)暴 第二、三代CARs中引入了單或雙共刺激分子，信號泄漏或T細(xì)胞激活閾值的降低可能造成炎癥細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-α、IFN-γ等大量釋放入血，進(jìn)而引起以急性呼吸窘迫綜合征和多器官功能衰竭為主的“細(xì)胞因子風(fēng)暴”。例如在上述Morgan研究組的直腸癌患者死亡的案例中，肺臟水腫及隨后引起的多器官衰竭即與大量細(xì)胞因子的釋放有關(guān)，級聯(lián)性的“細(xì)胞因子風(fēng)暴”最終造成了患者的死亡［20］。

3.3 解決方法 2010年美國重組DNA咨詢委員會針對CAR-T細(xì)胞臨床試驗中出現(xiàn)的安全問題提出了幾點建議［21］：第一，引入自殺基因的人工調(diào)控開關(guān)，發(fā)生相關(guān)的毒性反應(yīng)時通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)染自殺基因的T細(xì)胞凋亡而減輕毒性反應(yīng)；第二，嚴(yán)格按Ⅰ期臨床試驗進(jìn)行治療，從低劑量的T細(xì)胞數(shù)目開始輸注，防止速發(fā)的細(xì)胞毒性；第三，構(gòu)建雙靶抗原CARs，提高腫瘤靶向性；第四，在應(yīng)用第二、三代CAR-T細(xì)胞治療時應(yīng)不使用或謹(jǐn)慎使用IL-2，降低潛在細(xì)胞毒性；第五，通過低劑量多次輸注CARs修飾中樞記憶T細(xì)胞和干細(xì)胞樣記憶T細(xì)胞可建立免疫記憶的潛能、增加抗腫瘤特異性和減少對健康組織的損傷。

4 展望

1989年至今，嵌合抗原受體的腫瘤免疫治療方法已取得了長足的進(jìn)步，由第一代發(fā)展到雙信號和三信號的第二、三代，具有更好的免疫活性、更高的增殖率和更長的存活時間。越來越多的研究人員正投入到對嵌合抗原受體腫瘤免疫治療方法的完善和拓展當(dāng)中，前期Ⅰ／Ⅱ期臨床研究取得的成果顯示著這項技術(shù)的巨大潛力。相信通過不斷摸索優(yōu)化更安全有效的臨床治療策略，克服其不良反應(yīng)將會使得這一過繼性免疫療法煥發(fā)出更璀璨的光芒。

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Chimeric antigen receptor for immunotherapy of cancer

WU Yuting，LIANG Huasheng
（Cellular and Molecular Clinical Medicine Research Center of Wu Jieping Medical Foundation，Beihai People′s Hospital，Beihai Guangxi 536000，China；）

Down-regulating the necessary component of immune system and suppressing production of immunosuppressive factors results in the tumor immune escape.Recently，the genetic modification of T cellswith chimeric antigen receptors（CARs）was designed to solve themechanism of escape immunosurveillance.The unique structure of CARs endows T cell tumor specific cytotoxicity and tumor antigen recognition ability.This adoptive antitumor immunotherapy develops rapidly and brings hope to the patients with tumors.

Chimeric antigen receptors（CARs）；Adoptive immunotherapy

R730.51

A

2095-3097（2014）02-0108-04

10.3969／j.issn.2095-3097.2014.02.012

2014-02-17 本文編輯：馮 博）

第十四批（2011年度）廣西“新世紀(jì)十百千人才工程”第二層次人選專項資金資助

536000廣西北海，北海市人民醫(yī)院吳階平醫(yī)學(xué)基金會細(xì)胞與分子臨床醫(yī)學(xué)研究中心（伍玉婷，梁華晟）