嵌合抗原受體T細(xì)胞治療腫瘤的研究進(jìn)展

劉佃花 陳海飛 李群益 施孝金

摘 要 近年來(lái)，嵌合抗原受體T細(xì)胞（chimeric antigen receptor T cells， CAR-T細(xì)胞）治療血液系統(tǒng)腫瘤獲得令人滿意的療效。嵌合抗原受體是經(jīng)基因工程技術(shù)改造過(guò)的受體，可使T細(xì)胞特異性地靶向腫瘤細(xì)胞，通過(guò)直接激活免疫系統(tǒng)而清除腫瘤細(xì)胞。CAR-T細(xì)胞治療血液系統(tǒng)腫瘤還存在脫靶效應(yīng)和可能導(dǎo)致炎癥因子風(fēng)暴等問(wèn)題；用于實(shí)體瘤治療則雖安全性和有效性已得到證實(shí)，但療效尚待提高。本文就CAR-T細(xì)胞的發(fā)展歷程、臨床應(yīng)用、存在問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展方向作一概要介紹。

關(guān)鍵詞 嵌合抗原受體T細(xì)胞 腫瘤 免疫治療

中圖分類號(hào)：R979.19； R730.51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2020）15-0022-03

Advances of chimeric antigen receptor T cells therapy for cancer

LIU Dianhua1*， CHEN Haifei1， LI Qunyi1， 2， SHI Xiaojin1， 2**（1. Department of Pharmacy， Northern Division of Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 201907， China； 2. Department of Pharmacy， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）

ABSTRACT In recent years， chimeric antigen receptor T cell （CAR-T cell） as a viable medicine has achieved remarkable efficacy in the treatment of hematologic tumors. It is a genetically engineered receptor and this modified receptor can make T cell specifically target to recognize tumor cells. The T cell with the modified receptor has powerful immunological functions， which can directly activate the immune system and eliminate malignant cells. There are still some problems such as off-target effect and inflammatory factor storm in the treatment of hematologic tumors with CAR-T cell therapy. The safety and efficacy of CAR-T cell in the treatment of solid tumors have been proven， but its efficacy remains to be improved. This paper mainly reviews the development history， clinical application， challenges and future development direction of CAR-T cell.

KEY WORDS chimeric antigen receptor T cells； tumor； immunotherapy

很多腫瘤可抵御現(xiàn)有的多種治療手段，所以科學(xué)家們一直在探找新的腫瘤治療方法。嵌合抗原受體T細(xì)胞（chimeric antigen receptor T cells， CAR-T細(xì)胞）是一類利用患者自身的免疫功能治療腫瘤的免疫療法藥物，其經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，現(xiàn)已由基礎(chǔ)研究走向臨床應(yīng)用，對(duì)血液系統(tǒng)腫瘤的療效顯著，可大幅提高復(fù)發(fā)或難治性B細(xì)胞腫瘤患者的長(zhǎng)期生存率。CAR-T細(xì)胞是當(dāng)今腫瘤治療藥物研究領(lǐng)域中的主要熱點(diǎn)之一。

1 CAR-T細(xì)胞及其作用機(jī)制

1.1 CAR-T細(xì)胞

T細(xì)胞在通過(guò)免疫系統(tǒng)對(duì)抗疾病方面發(fā)揮著重要作用，但T細(xì)胞不能特異性地識(shí)別腫瘤細(xì)胞。CAR-T細(xì)胞是將人工設(shè)計(jì)的外源性嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor， CAR）導(dǎo)入到T細(xì)胞內(nèi)后得到的一種改造過(guò)的T細(xì)胞，這種T細(xì)胞已具有特異性地結(jié)合腫瘤抗原的能力，經(jīng)體外規(guī)?；鲋澈螅赃m合的劑型回輸至患者體內(nèi)，即能發(fā)揮識(shí)別并清除腫瘤細(xì)胞的作用。CAR為跨膜融合蛋白，由胞外部分和胞內(nèi)信號(hào)域組成，其中胞外部分包括單鏈可變片段、鉸鏈區(qū)和跨膜區(qū)，它們被有序組裝在T細(xì)胞上。CAR-T細(xì)胞的CAR融合了兩種單獨(dú)的蛋白結(jié)構(gòu)域，一種賦予T細(xì)胞識(shí)別腫瘤抗原能力，另一種刺激T細(xì)胞活化[1]。在CAR-T細(xì)胞識(shí)別腫瘤抗原的同時(shí)，T細(xì)胞活化，繼而發(fā)揮T細(xì)胞殺傷作用。

CAR-T細(xì)胞的制備及應(yīng)用過(guò)程大致為：先自腫瘤患者身上抽取一定量的血液，分離出白細(xì)胞、T細(xì)胞，然后對(duì)T細(xì)胞進(jìn)行基因工程技術(shù)改造，得到CAR-T細(xì)胞，后者能夠識(shí)別某些腫瘤細(xì)胞表面的特定標(biāo)志物。CAR-T細(xì)胞經(jīng)體外增殖，再以適合的劑型回輸至患者體內(nèi)，發(fā)揮識(shí)別并清除腫瘤細(xì)胞的作用。

1.2 發(fā)展歷程

以色列免疫學(xué)家Gross等[2-3]和Eshhar等[4]于20世紀(jì)90年代初開(kāi)發(fā)了第一代CAR-T細(xì)胞。美國(guó)血液學(xué)家Porter等[5]于2011年在賓夕法尼亞大學(xué)兒童醫(yī)院進(jìn)行了首項(xiàng)CAR-T細(xì)胞治療臨床試驗(yàn)。2013年Grupp等[6]報(bào)告，1例經(jīng)多次治療、反復(fù)復(fù)發(fā)的兒童B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血?。˙-cell acute lymphoblastic leukemia， B-ALL）患者在接受抗CD19的CAR-T細(xì)胞治療后獲得治愈。2017年美國(guó)FDA批準(zhǔn)了第一個(gè)CAR-T細(xì)胞產(chǎn)品諾華制藥公司的tisagenlecleucel，用于治療復(fù)發(fā)或難治性B-ALL，標(biāo)志著CAR？T細(xì)胞免疫療法就此正式進(jìn)入臨床應(yīng)用。

自提出CAR-T細(xì)胞概念至今，CAR-T細(xì)胞的發(fā)展已歷經(jīng)三代。第一代CAR-T細(xì)胞采用CD3的免疫受體酪氨酸激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif）作為其受體胞內(nèi)域的刺激信號(hào)，但CAR-T細(xì)胞在回輸至患者體內(nèi)后無(wú)法增殖，僅產(chǎn)生一過(guò)性效應(yīng)。第二代CAR-T細(xì)胞的受體胞內(nèi)域采用CD28或4-1BB共刺激因子，顯著增強(qiáng)了CAR-T細(xì)胞的增殖、細(xì)胞因子分泌和腫瘤細(xì)胞清除能力[7-8]，目前已獲臨床應(yīng)用的就是第二代CAR-T細(xì)胞產(chǎn)品。第三代CAR-T細(xì)胞的受體胞內(nèi)域采用多種共刺激因子，如CD28和4-1BB，或CD28和OX40[9]。

2 CAR-T細(xì)胞的臨床應(yīng)用

2.1 治療血液系統(tǒng)腫瘤

CAR-T細(xì)胞對(duì)血液系統(tǒng)腫瘤的療效顯著。CD19是B細(xì)胞發(fā)育所必需的，其在B細(xì)胞惡性腫瘤上高表達(dá)，但在B細(xì)胞譜系外無(wú)表達(dá)。因此，特異性地靶向CD19的CAR-T細(xì)胞能有效治療B細(xì)胞惡性腫瘤，包括復(fù)發(fā)或難治性B-ALL、慢性淋巴細(xì)胞白血病和淋巴瘤。目前，美國(guó)FDA批準(zhǔn)的兩個(gè)CAR-T細(xì)胞產(chǎn)品均靶向CD19[10]。不過(guò)，盡管抗CD19的CAR-T細(xì)胞的療效突出，但仍有部分患者在治療后復(fù)發(fā)。大多數(shù)B-ALL也高表達(dá)CD22。Fry等[11]進(jìn)行了一項(xiàng)靶向CD22的CAR-T細(xì)胞治療B-ALL患者的臨床研究，結(jié)果顯示有73%（11/15例）的患者獲得完全緩解。該研究還發(fā)現(xiàn)，抗原逃逸是B-ALL獲得性耐藥的一種機(jī)制。但與抗原丟失不同的是，經(jīng)靶向CD22的CAR-T細(xì)胞治療后的復(fù)發(fā)與CD22的表達(dá)減少有關(guān)。針對(duì)抗原逃逸問(wèn)題，研究者們也在嘗試開(kāi)發(fā)靶向多種腫瘤抗原如CD19/CD22的CAR-T細(xì)胞，以同時(shí)識(shí)別CD19和CD22。

2.2 治療實(shí)體瘤

CAR-T細(xì)胞對(duì)難治性淋巴細(xì)胞白血病和非霍奇金淋巴瘤療效顯著，但對(duì)實(shí)體瘤療效欠佳，要用于實(shí)體瘤治療還面臨很大的挑戰(zhàn)。例如，實(shí)體瘤組織致密，CAR-T細(xì)胞在實(shí)體瘤組織中的浸潤(rùn)性很低；實(shí)體瘤的免疫抑制性微環(huán)境會(huì)導(dǎo)致CAR-T細(xì)胞衰竭；CAR-T細(xì)胞治療實(shí)體瘤易發(fā)生抗原逃逸造成的脫靶效應(yīng)等。目前，一些開(kāi)發(fā)公司正在進(jìn)行CAR-T細(xì)胞治療實(shí)體瘤的臨床研究，這些CAR-T細(xì)胞靶向癌胚抗原、表皮生長(zhǎng)因子受體和人表皮生長(zhǎng)因子受體-2[12]等。初步研究結(jié)果提示，CAR-T細(xì)胞治療實(shí)體瘤安全，但療效還待提高。CAR-T細(xì)胞治療實(shí)體瘤的現(xiàn)主要問(wèn)題是須增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞對(duì)實(shí)體瘤組織的浸潤(rùn)能力，可采用的策略包括：一是可通過(guò)傳統(tǒng)的腫瘤放、化療方法先誘導(dǎo)產(chǎn)生局部炎癥狀態(tài)，以利于隨后使用的CAR-T細(xì)胞對(duì)實(shí)體瘤的滲透；二是再在CAR-T細(xì)胞上導(dǎo)入趨化因子受體，利用此受體可與腫瘤微環(huán)境中富含的趨化因子受體配體結(jié)合的性質(zhì)，使CAR-T細(xì)胞更有效地靶向?qū)嶓w瘤部位。臨床前研究表明，導(dǎo)入并表達(dá)趨化因子受體CXCR2的CAR-T細(xì)胞的實(shí)體瘤殺滅能力顯著提高[13]。CAR-T細(xì)胞聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)抑制劑或程序性細(xì)胞死亡受體配體-1抑制劑治療的抗腫瘤作用也較單用CAR-T細(xì)胞顯著提高[14]。

3 CAR-T細(xì)胞治療存在的問(wèn)題

3.1 炎癥因子風(fēng)暴

使用CAR-T細(xì)胞治療可能使患者血清炎癥因子水平急劇升高，這種現(xiàn)象被稱為炎癥因子風(fēng)暴，可導(dǎo)致患者出現(xiàn)發(fā)熱、低血壓、低氧血癥和器官功能障礙等。炎癥因子風(fēng)暴的發(fā)生機(jī)制為：當(dāng)CAR-T細(xì)胞的胞外部分與靶抗原結(jié)合后，在胞內(nèi)信號(hào)域的作用下，CAR-T細(xì)胞短時(shí)間內(nèi)急劇增殖、活化，分泌大量的炎癥因子，如白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-10和α-腫瘤壞死因子等，產(chǎn)生炎癥因子毒性反應(yīng)。

有研究指出，經(jīng)靶向CD19的CAR-T細(xì)胞治療后，71%的患者會(huì)出現(xiàn)炎癥因子風(fēng)暴，以發(fā)熱癥狀為主；12%的患者表現(xiàn)為低血壓、低氧血癥等重度炎癥因子風(fēng)暴癥狀[15]。CAR-T細(xì)胞產(chǎn)品所致炎癥因子風(fēng)暴中的主要炎癥因子為白細(xì)胞介素-6。托珠單抗（白細(xì)胞介素-6拮抗劑）是美國(guó)FDA批準(zhǔn)用于炎癥因子風(fēng)暴的一線治療藥物，大多數(shù)出現(xiàn)炎癥因子風(fēng)暴的患者對(duì)托珠單抗和糖皮質(zhì)激素治療敏感[16]。

3.2 脫靶效應(yīng)

以靶向B細(xì)胞成熟抗原（B-cell maturation antigen， BCMA）的CAR-T細(xì)胞為例，這類CAR-T細(xì)胞對(duì)多發(fā)性骨髓瘤的療效顯著，但仍有部分患者在治療后復(fù)發(fā)，原因可能是腫瘤細(xì)胞表達(dá)BCMA減少造成的脫靶效應(yīng)。CD139是細(xì)胞表面的一種糖蛋白，其在多發(fā)性骨髓瘤患者中高表達(dá)。針對(duì)抗原逃逸問(wèn)題，有研究者制備了能同時(shí)靶向BCMA和CD139的CAR-T細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其抗骨髓瘤作用增強(qiáng)[17]。為提高CAR-T細(xì)胞治療的精準(zhǔn)性，未來(lái)設(shè)計(jì)多靶點(diǎn)CAR-T細(xì)胞可能是達(dá)到此目標(biāo)的有效途徑之一。

3.3 中樞神經(jīng)毒性

CAR-T細(xì)胞治療的中樞神經(jīng)毒性多與炎癥因子風(fēng)暴同時(shí)出現(xiàn)，推測(cè)是高水平的炎癥因子進(jìn)入并損害腦內(nèi)環(huán)境所致。對(duì)CAR-T細(xì)胞的中樞神經(jīng)毒性，目前單純的炎癥因子水平檢測(cè)不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其發(fā)生。

4 展望

CAR-T細(xì)胞的問(wèn)世及其臨床應(yīng)用是腫瘤治療史上的一大進(jìn)步。不過(guò)，盡管CAR-T細(xì)胞對(duì)血液系統(tǒng)腫瘤的療效顯著，但其治療患者的炎癥因子風(fēng)暴和中樞神經(jīng)毒性發(fā)生率似偏高，臨床上應(yīng)注意不良反應(yīng)管理問(wèn)題。此外，CAR-T細(xì)胞用于實(shí)體瘤治療也還面臨諸多挑戰(zhàn)。隨著T細(xì)胞工程、基因編輯等先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，未來(lái)或許可對(duì)其他類型的細(xì)胞（如誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，造血干細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞）也進(jìn)行類似的改造，從而用于治療其他疾病，如傳染病、器官移植后排異反應(yīng)和自身免疫性疾病等。

參考文獻(xiàn)

[1] June CH， OConnor RS， Kawalekar OU， et al. CAR T cell immunotherapy for human cancer [J]. Science， 2018， 359（6382）： 1361-1365.