CART治癌大突破

2020-02-16 14:53:29程輝趙倩瑩舒婷

大自然探索 2020年1期

程輝　趙倩瑩　舒婷

美國年輕婦女碧兒瑟患有惡性淋巴瘤。因為傳統(tǒng)放化療等療法對她無效，醫(yī)生向她建議了一種可能適合她、2017年以后才在美國獲準(zhǔn)使用的新療法——CART療法。該療法有一定風(fēng)險，甚至可導(dǎo)致死亡。這可能是拯救她的最后手段，因此她同意接受該療法。

在接受療法僅幾小時后，碧兒瑟的后腰部開始疼痛。她自述這種疼痛就像是經(jīng)期疼痛。兩天后，她的體溫升高到38.9℃，血壓驟降。不出醫(yī)生所料，她出現(xiàn)了該療法的典型副作用之一——細(xì)胞因子釋放綜合征。醫(yī)生立即用藥治療她。當(dāng)她的生命體征平穩(wěn)后，護(hù)士每天都要她回答一些簡單問題，并讓她寫幾個簡單句子，以確保她沒有發(fā)生神經(jīng)中毒。此后幾天，她看來還算正常。但在治療后第五天，她在回答護(hù)士提問時開始胡言亂語，且她堅信自己回答正確。

隨后，碧兒瑟的情況急劇惡化，她開始不停地胡言亂語。很快，她就無法說出一些日常生活用品的名稱，也不知道自己身在何處。到她停止胡言亂語時，她雙眼無神，進(jìn)而癲癇發(fā)作、四肢顫抖并尿濕病床。醫(yī)生為她注射抗癲癇藥物，并在她喉部插管以幫助呼吸。但藥物似乎無效，癲癇依然厲害的碧兒瑟被強(qiáng)制捆綁、固定在病床上。此后她陷入昏迷。誰也沒想到的是，第二天傍晚她竟奇跡般地醒了過來，甚至能自主呼吸！

碧兒瑟醒來后環(huán)顧病房，卻不清楚自己身在何處，也不知道自己是誰。幾天后，她終于能開口說出簡單句子，說出自己的名字并認(rèn)出朋友。就這樣，她重新找回了生命。出院后，因雙腳仍會顫抖，碧兒瑟需要攙扶才能走動。她一度會把陌生人當(dāng)成熟識的朋友，還說自己見過某種根本不存在的蟲子，也無法握穩(wěn)湯勺或飯碗。但現(xiàn)在，除了端咖啡杯的手仍然顫抖，說話還不算利索，可以說她基本上已恢復(fù)正常。她又回到了單口相聲表演舞臺，但這不等于說她的癌癥已經(jīng)徹底治愈。

看到這里，你也許會問：CART療法究竟是一種什么療法？它為什么對一些癌癥看起來有很好的療效？它有什么副作用？它能否被用于治療其他種類的癌癥？現(xiàn)在，我們就來回答這些問題。

方興未艾

多年來，癌癥治療的基本手段是手術(shù)、化療和放療。過去20年里，像伊馬替尼（格列衛(wèi)）和曲妥珠單抗（赫賽?。┻@樣的靶向藥物也成為癌癥治療的基本手段。而在過去幾年中，免疫療法異軍突起，被科學(xué)家稱為癌癥治療的“第五支柱”。

過繼細(xì)胞療法（簡稱ACT）是一類快速發(fā)展起來的免疫療法。該療法簡單說就是采集并利用患者自身的免疫細(xì)胞來治療他們的癌癥。目前已研發(fā)出幾種ACT，而迄今為止在臨床研發(fā)中取得最好成果、被譽為癌癥突破性療法的正是嵌合抗原受體T細(xì)胞療法（簡稱CART療法）。

目前基本恢復(fù)正常的碧兒瑟。

2017年以前，CART療法的應(yīng)用還僅限于臨床試驗，主要用于晚期血癌患者。但這些案例仍然受到科學(xué)家和公眾高度關(guān)注.原因很簡單——CART療法對一些患者（包括兒童和成人）有顯著治療效果，而其他治療方法對這些患者都不起作用。

2017年，美國國家食品和藥品管理局（簡稱FDA）批準(zhǔn)了兩種CART療法上市，其中一種用于治療兒童急性淋巴細(xì)胞白血?。ê喎QALL），另一種用于治療成人晚期淋巴瘤。一些科學(xué)家認(rèn)為，在許多方面，例如在治療乳腺癌和結(jié)直腸癌等實體癌的有效性方面，CART療法和其他幾種ACT療法都還不太成熟。不過，這方面目前也有一些進(jìn)展。

不同類型的ACT療法仍在研發(fā)中。經(jīng)過幾十年的艱苦研究，ACT療法領(lǐng)域終于迎來重要轉(zhuǎn)折點。就在剛剛過去的幾年中，CART療法以及其他ACT療法取得重大進(jìn)展?？茖W(xué)家對這些治療方法的作用機(jī)制有更深理解，并將把這些知識運用到后續(xù)的研發(fā)和測試中。

科學(xué)家認(rèn)為，在接下來幾年中，ACT系列療法將取得前所未有的進(jìn)展，必將刷新人們對過繼細(xì)胞療法的認(rèn)知。

CART細(xì)胞尋靶癌細(xì)胞（示意圖）。

活性藥物

嵌合抗原受體T細(xì)胞（簡稱CART細(xì)胞。CART療法就是把CART細(xì)胞作為治療藥物的一種療法）可被看作是給予患者的一種活性藥物。T細(xì)胞在協(xié)調(diào)免疫應(yīng)答和殺死被病原體感染的細(xì)胞方面發(fā)揮著重要作用，因此被稱為免疫系統(tǒng)的“工兵”。CART療法需要抽取患者血液并從中分離出T細(xì)胞。接下來，利用被去除了致病基因的病毒細(xì)胞對T細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使其表面產(chǎn)生嵌合抗原受體（即CAR）。這種特殊受體是一種合成（而非自然存在）的分子，它可以使T細(xì)胞識別并附著于腫瘤細(xì)胞表面特定的蛋白質(zhì)或抗原。目前療法的最新成果是尋靶（針對性攻擊）B細(xì)胞上的一種抗——CD19。在設(shè)于治療現(xiàn)場的實驗室，一旦采集的T細(xì)胞通過基因改造成表達(dá)抗原特異性的CART細(xì)胞后，它們就會增殖至數(shù)百萬至數(shù)億個（根據(jù)患者體重和治療周期決定）CART細(xì)胞。最后一步就是將CART細(xì)胞輸回患者體內(nèi)。如果一切順利，那么CART細(xì)胞將在患者體內(nèi)繼續(xù)增殖，利用經(jīng)過基因改造后表達(dá)的受體來識別并殺死那些表面藏有抗原（例如CD19抗原）的癌細(xì)胞。

CART細(xì)胞制備

越來越多的CART療法正在研發(fā)中，有的已進(jìn)入臨床試驗階段。雖然這些療法之間存在很大差異，但它們也有共同點。細(xì)胞表面的CAR由合成抗體的片段（或稱結(jié)構(gòu)域）組成。這些片段可影響受體對腫瘤細(xì)胞上抗體的識別，或影響受體與抗原的結(jié)合。

受體要發(fā)揮作用，就需要接收來自細(xì)胞內(nèi)部的信號。因此，每個CART細(xì)胞在內(nèi)部都有“信號域”和“共刺激域”將信號傳導(dǎo)至細(xì)胞表面的受體。這些不同的結(jié)構(gòu)域影響著細(xì)胞的整體功能。

隨著時間推移，CART細(xì)胞內(nèi)工程技術(shù)的進(jìn)展使改造后的T細(xì)胞能夠在輸回患者體內(nèi)后繼續(xù)增殖，并在循環(huán)中存活更長時間?？茖W(xué)家在生產(chǎn)一批CART細(xì)胞的耗時方面也取得了進(jìn)展——最初生產(chǎn)需要幾個星期，而現(xiàn)在已縮短到7天以內(nèi)。

效果良好

CART療法的最初發(fā)展主要集中在最常見的兒童癌癥——急性淋巴細(xì)胞白血?。ˋLL）。治療結(jié)果表明，80%以上被確診患有B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病的兒童可通過化療被治愈。但對于那些經(jīng)歷化療或干細(xì)胞移植后癌癥復(fù)發(fā)的患者，一直缺乏其他有效治療手段。

事實上，復(fù)發(fā)的急性淋巴細(xì)胞白血病是兒童癌癥患者死亡的頭號原因?？茖W(xué)家已經(jīng)在兒童和年輕成人復(fù)發(fā)ALL或現(xiàn)有療法無效的患者中進(jìn)行了幾項CART療法試驗。在其中一項早期試驗中，使用的是CD19靶向CART細(xì)胞。在試驗中接受治療的30名患者中，有27名的所有癌癥跡象消失（即完全緩解），其中許多患者在治療后很久仍未出現(xiàn)復(fù)發(fā)跡象。

CART療法怎樣進(jìn)行？

進(jìn)行療法需耗時幾周，這個過程可劃分為以下幾個階段：

1.在患者手臂靜脈處插入導(dǎo)管，以便從血液中提取T細(xì)胞。這需要2～3小時。

2.提取的T細(xì)胞被運送至實驗室，經(jīng)過基因改造成為CART細(xì)胞。這需要2～3周。

3.通過靜脈滴注將CART細(xì)胞輸回患者的血液系統(tǒng)。這需要幾個小時。

4.細(xì)胞在體內(nèi)攻擊并殺死癌細(xì)胞。接受CART療法的患者將受到密切監(jiān)測。

這些早期成果為針對ALL患兒和青少年患者的CD19靶向CART療法更大規(guī)模的試驗奠定了基礎(chǔ)。在醫(yī)藥公司資助下，許多參與試驗的患者的病情得到完全而持續(xù)的緩解。根據(jù)臨床試驗結(jié)果，F(xiàn)DA在2017年8月批準(zhǔn)了該療法上市。雖然CD19靶向CART療法最初是在成人中進(jìn)行測試的，但在ALL患兒中也取得良好進(jìn)展。

CD19靶向療法已被證明在治療淋巴癌方面同樣成功。有研究顯示，在參與試驗的彌漫性大B細(xì)胞淋巴癌患者中超過半數(shù)對該療法產(chǎn)生了完全反應(yīng)。這彰顯了這種方法對治療侵襲性淋巴瘤患者的潛力，而在此之前這些患者實際上無法被治愈。

更大規(guī)模的后續(xù)試驗結(jié)果證實了早期結(jié)果，因此FDA批準(zhǔn)CART療法用于一些淋巴癌治療的臨床試驗。迄今為止，CART療法治療淋巴癌已取得令人難以置信的成功?？茖W(xué)家預(yù)測，CART療法有很大概率會成為幾種淋巴癌的常用療法。CART療法的突飛猛進(jìn)，甚至超出了那些很早就看好它的人的期望。

CART療法最初被認(rèn)為是一種“精品療法”，治療對象僅限于一個非常小而明確的患者群體。過去5年來在CART療法方面的嘗試，其中包括生物制藥行業(yè)進(jìn)入該領(lǐng)域，改變了該療法的應(yīng)用前景。原本處于癌癥末期的一些患者，在接受CART治療后病情得到真正而持久的緩解。他們不僅延續(xù)了壽命，而且生活質(zhì)量良好。難怪各界對CART療法寄予厚望。

左圖為患者在接受CART治療前的腎腫瘤。

右圖顯示，患者在接受CART治療兩個月后，腎腫瘤全面消退。

毒副作用

像所有癌癥療法一樣，CART療法也有副作用，甚至有致死風(fēng)險。其中最常見的副作用就是細(xì)胞因子釋放綜合征（簡稱CRS）。作為與免疫相關(guān)的功能之一，T細(xì)胞會釋放細(xì)胞因子（化學(xué)信使）來幫助刺激和引導(dǎo)免疫應(yīng)答。也就是說，細(xì)胞因子的釋放本不奇怪。但在發(fā)生CRS時，細(xì)胞因子異常迅速和大量釋放到血液中，會導(dǎo)致患者出現(xiàn)十分危險的高熱和血壓急劇下降。具有諷刺意味的是，CRS被認(rèn)為是CART療法的“靶上”效應(yīng)。也就是說，CRS的存在證明活性T細(xì)胞在體內(nèi)發(fā)揮了作用。一般來說，在接受CART療法之前曾患其他疾病的患者更可能出現(xiàn)嚴(yán)重的CRS。

許多患者（包括兒童和成人）可通過標(biāo)準(zhǔn)支持療法（包括采用類固醇）來處理CRS。隨著科學(xué)家在CART療法方面獲得更多經(jīng)驗，副作用CRS也得到更好的處理。舉例來說，幾年前嚴(yán)重CRS患者都有特別高的IL-6（T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞應(yīng)答炎癥所釋放的細(xì)胞因子）水平，因此，阻斷IL-6活性成為關(guān)鍵。而采用治療兒童關(guān)節(jié)炎等炎癥的藥物托珠單抗能迅速解決大多數(shù)患者的IL-6問題。目前，使用托珠單抗已成為治療重度CRS的標(biāo)準(zhǔn)療法。

CART療法的另一個潛在副作用_脫靶效應(yīng)，是指B細(xì)胞大量死亡，也被稱為B細(xì)胞再生障礙性貧血。療法攻擊的CD19抗原也在正常的B細(xì)胞（B細(xì)胞負(fù)責(zé)產(chǎn)生殺死病原體的抗體）上表達(dá)，所以這些正常的B細(xì)胞經(jīng)常被輸注的CART細(xì)胞殺死，這造成所需抗體不足。為了補(bǔ)充抗體，許多患者必須接受免疫球蛋白治療，為他們提供對抗感染所必需的抗體。

最近，CART療法的另一個潛在的致命副作用——腦腫脹（腦水腫）出現(xiàn)在一些正在進(jìn)行的CART療法試驗中，而臨床試驗中已有多名患者因療法誘發(fā)的腦水腫而死亡。不過這個現(xiàn)象似乎具有局限性，因為并非所有療法試驗都出現(xiàn)了腦水腫的情況。

其他副作用（如神經(jīng)中毒導(dǎo)致意識模糊或癲癇發(fā)作等）雖然在大多數(shù)CART療法試驗中都出現(xiàn)了，但幾乎所有患者的癥狀都是短暫且可逆的。有科學(xué)家提出神經(jīng)中毒可能與CRS有關(guān)，但這并非定論。

找到避免CART療法副作用的方法

CART療法好，卻有嚴(yán)重的副作用。在一項新研究中，科學(xué)家微調(diào)了CAR分子的形狀和序列，使得CART細(xì)胞能殺死癌細(xì)胞，但產(chǎn)生的細(xì)胞因子更少，從而讓患者的身體有時間清除血液中的細(xì)胞因子。經(jīng)過改進(jìn)的CART細(xì)胞大量繁殖并分化進(jìn)患者的記憶細(xì)胞，這樣就會產(chǎn)生強(qiáng)大而持久的抗癌效果，并且沒有毒性。這一方法已經(jīng)過小規(guī)模臨床測試并且成功?？茖W(xué)家希望，有朝一日CART療法能夠在門診部開展。

新靶抗原

對CART療法的研究正快馬加鞭。雖然其中大多數(shù)療法針對的是血癌患者，但針對實體癌的研究也越來越多。例如，隨著生物制藥行業(yè)越來越多涉足該領(lǐng)域，測試CART療法的臨床試驗數(shù)量急劇上升，從5年前的屈指可數(shù)發(fā)展到了現(xiàn)在的180多個。

迄今為止進(jìn)行的大多數(shù)試驗都使用CD19靶向CART細(xì)胞，但這種情況正在迅速改變，這在一定程度上是必要的。舉個例子，一些ALL患者對CD19靶向治療無應(yīng)答。即使是在治療后得到完全緩解的患者，也有多達(dá)1/3的人會在一年內(nèi)復(fù)發(fā)。其中許多復(fù)發(fā)與ALL細(xì)胞不再表達(dá)CD19有關(guān)，這種現(xiàn)象被稱為抗原丟失。

科學(xué)家正在測試靶向CD22蛋白的CART療法對晚期ALL患兒和年輕成人患者的效果，因為這種蛋白也經(jīng)常被ALL細(xì)胞過度表達(dá)。在第一項針對CD22靶向的CART療法的試驗中，大多數(shù)接受治療的患者病情完全緩解，其中包括最初對CD19靶向治療產(chǎn)生完全緩解后仍有癌癥發(fā)展的患者。研究顯示，與CDl9靶向CART療法的情況相似，CD22靶向治療后的復(fù)發(fā)也不少見，但仍有很大空間可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上延長病情緩解的持續(xù)時間。

延長病情緩解持續(xù)時間并阻止（哪怕不能完全阻止）抗原丟失的一個可能方法，是同時攻擊多個抗原。目前已經(jīng)有科研團(tuán)隊在初期臨床試驗中測試同時尋靶CD19和CD22的T細(xì)胞。與此同時，他們還在測試一種同時尋靶CD19和CD123（白血病細(xì)胞上常見的另一種抗原）的CART療法。對動物模型的早期研究表明，這種雙重尋靶有可能防止抗原丟失?，F(xiàn)已在其他血液癌癥中發(fā)現(xiàn)CART療法的抗原靶點，其中包括多發(fā)性骨髓瘤?？茖W(xué)家已經(jīng)研發(fā)出尋靶BCMA蛋白（一種幾乎存在于所有骨髓瘤細(xì)胞中的蛋白）的CART療法。在針對晚期多發(fā)性骨髓瘤患者進(jìn)行的尋靶BCMA蛋白的CART療法早期臨床試驗中，超過半數(shù)患者的病情因接受治療而完全緩解。現(xiàn)在已經(jīng)啟動的一項試驗，在更大的患者群體中測試尋靶BCMA蛋白的T細(xì)胞。

T細(xì)胞同時尋靶CD19和CD22。

加緊試驗

CART療法的其他改進(jìn)版正在試驗中。其中一種方法是使用非采集自患者自身的免疫細(xì)胞，而是使用來自健康志愿者的免疫細(xì)胞來開發(fā)CART療法。這種方法的價值在于可立即使用現(xiàn)成的CART療法，而不需要為每個患者單獨定制療法。

目前，法國一家公司已經(jīng)在美國啟動了現(xiàn)成的CD19靶向CART療法I期試驗，用于晚期急性髓系白血病患者。該公司產(chǎn)品此前已經(jīng)在歐洲進(jìn)行測試，測試對象包括2名患有ALL的嬰兒，他們均得到有效治療，而在此之前他們已經(jīng)嘗試過所有其他治療方案。

與此同時，許多其他方法也正在研究中。例如，科學(xué)家正利用納米技術(shù)在人體內(nèi)制造CART細(xì)胞，并利用基因編輯技術(shù)更精確地改造T細(xì)胞，開發(fā)具有“關(guān)閉開關(guān)”的CART細(xì)胞。這種細(xì)胞可以避免或限制像CRS這樣的副作用。

用CART療法治療實體癌

采用常規(guī)癌癥藥物治療像惡性膠質(zhì)瘤（最常見也最致命的腦癌）這樣的實體癌很困難，原因是大多數(shù)癌癥藥物所含分子都太大而無法穿越血腦屏障。采用CART療法治療惡性膠質(zhì)瘤所面臨的主要挑戰(zhàn)之一是并非所有腫瘤都表達(dá)T細(xì)胞能攻擊的靶點。在最近一項研究中，科學(xué)家對準(zhǔn)的靶點是表皮生長因子受體（簡稱EGFR）變體Ⅲ（簡稱EGFRvⅢ），它是存在于許多但并非所有惡性膠質(zhì)瘤表面的突變致癌蛋白。

為了提高CART細(xì)胞的攻擊性，科學(xué)家決定尋靶第二個抗原——EGFR的野生型。由于EGFR在人體的許多細(xì)胞中都存在，因此尋靶這種蛋白的藥物會引起嚴(yán)重副作用。為了避免這種副作用，科學(xué)家創(chuàng)制了一種能被遞送進(jìn)大腦底部腦脊液的CART細(xì)胞。它進(jìn)入大腦后，分泌第二種免疫治療藥物——雙特異T細(xì)胞銜接器（簡稱BiTE）。BiTE是能夠把殺癌T細(xì)胞引導(dǎo)至特異靶點的抗體。

雖然BiTE比基于抗體的藥物分子小，但皮下注射仍然無法穿越血腦屏障，因此產(chǎn)生BiTE的CART細(xì)胞能通過尋靶第二抗原產(chǎn)生局部殺癌作用，這樣就能克制腫瘤特異性，一次尋靶兩種抗原。因為BiTE是在血腦屏障的另一側(cè)產(chǎn)生的，數(shù)量也不多，所以不會對其他器官有毒性。

但現(xiàn)有的CART療法尚需投入更多研究。對于在ALL患兒治療過程中如何更快發(fā)揮CART療法的潛力方面，科學(xué)家認(rèn)為提升空間很大。這對于那些在初始化療（通常需要兩年半時間）后疾病復(fù)發(fā)的高危人群尤為重要。在這種情況下，如果早期指標(biāo)表明這些高?；颊邲]有對化療產(chǎn)生最佳反應(yīng)，就可以停止化療，患者可以轉(zhuǎn)而使用CART療法進(jìn)行治療。對于其中對CART療法反應(yīng)良好的患者來說，他們可以省去兩年以上的化療時間，這難道還不夠振奮人心？

ACT：TIL、TCR和CAR

在ACT分類下的細(xì)胞療法中，CART療法受到最多關(guān)注。但其他形式的ACT在小型臨床試驗中也顯示出光明前景，其中一些療法將被應(yīng)用到實體癌患者中。

其中一種方法是利用已經(jīng)穿透腫瘤及其周圍環(huán)境的免疫細(xì)胞，即腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞（簡稱TIL）。科學(xué)家曾使用TIL成功治療晚期癌癥患者一最初是黑色素瘤，后來又治療了宮頸癌等其他幾種癌癥。最近，科學(xué)家新開發(fā)了一種識別TIL的技術(shù)，它能識別具有癌癥特定突變的癌細(xì)胞。在一些病例中，這種方法導(dǎo)致晚期結(jié)直腸癌和肝癌患者的腫瘤消退。

ACT的另一種主要方法涉及改造患者的T細(xì)胞，以表達(dá)一種特定T細(xì)胞受體（簡稱TCR）。CAR使用部分人工合成的抗體，這些抗體只能識別細(xì)胞表面的特定抗原，而TCR使用自然存在的受體，能識別腫瘤細(xì)胞內(nèi)部的抗原。這些抗原的小片段（MHC復(fù)合物蛋白質(zhì)的一部分）被運送到細(xì)胞表面，并“呈遞”給免疫系統(tǒng)。

迄今為止，TCR-T細(xì)胞療法已經(jīng)在多種實體癌患者中進(jìn)行了測試，這類療法在治療黑色素瘤和肉瘤方面被寄予厚望。