Nature:关于CAR-T 细胞的一切

2021
04/06

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干细胞者说
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改变未来肿瘤的治疗方式,细胞治疗未来可期。近期,Nature Reviews Cancer 发布的一篇文章,介绍了近三年里CAR-T细胞治疗的有效性和安全性问题。


正文

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CAR-T治疗又称嵌合抗原受体T细胞治疗,是将人的T细胞经过基因工程手段体外修饰改造后,回输患者体内,用于治疗疾病。CAR-T技术逐渐发展,临床结果表明CAR-T细胞在治疗血液系统恶性肿瘤具有极大的优势。但随着研究的深入和应用的不断增多,CAR-T治疗产生的不良反应逐渐被认识和关注。

近日,Nature Reviews Cancer 发布一篇题为Recent advances and discoveries in the mechanisms and functions of CAR T cells,主要介绍了近三年CAR-T治疗过程中有效性和安全性问题

CAR-T细胞治疗


1

CAR-T细胞治疗

CAR-T细胞是抗体的单链可变区域 (scFv) 与T细胞表面受体嵌合于T细胞上,主要由三部分组成即 胞外区、跨膜区和胞内区域 。胞外区常为单链抗体 (scFv) ,负责识别并结合靶抗原;跨膜区是铰链或间隔区,可将scFv锚定于细胞膜上;胞内信号域由共刺激因子和CD3信号域组成。当抗原被识别和结合后,产生刺激信号传至胞内信号域,T细胞被激活并发挥效应功能。
CAR-T的结构

第一代CARs由胞外抗原识别区即单链可变片段(scFv)组成,融合跨膜区和T细胞受体(TCR)CD3ζ分子胞内信号域[1-4]。然而,由于一代CAR-T细胞扩增慢和持久性差,在临床试验中疗效甚微[5]

第二代CARs包含一个共刺激域,其衍生自CD28或4-1BB结构域,位于跨膜区和CD3信号传导域之间。研究结果表明,靶向CD19二代CAR-T细胞在临床治疗中效果显著。2017年美国FDA批准首款靶向CD19二代CAR-T产品上市[6]。第三代CARs在第二代CAR基础上增加了一个共刺激域,增强T细胞信号转导,后续发展了多代CAR分子,在此不再赘述。

目前,FDA已批准了共4款CAR-T药物上市。CAR-T治疗为肿瘤治疗打开了新的大门。

第一代至第三代CAR-T

2

CAR-T细胞治疗的毒副作用

俗话说“是药三分毒”,在CAR-T治疗过程中,也会出现副作用,临床上常见的是细胞因子风暴(CRS)和神经毒性(Neurotoxicity)。CRS患者通常在CAR-T细胞治疗的第一周内表现为发热、低血压和呼吸功能不全,并伴有高细胞因子水平;神经毒性表现为暂时性工作记忆丧失、神志不清、癫痫发作等。

CAR-T治疗的副作用

解决措施


  • 干预细胞因子,抗体阻断IL-1、IL-6和GM-CSF,阻断过度炎症反应。
  • 控制T细胞的过度激活,采用酪氨酸激酶抑制剂,阻断激活信号传导。
  • 化学药物阻断细胞因子的过度释放,采用甲胺酸阻断儿茶酚胺样作用。

3

CAR-T细胞治疗的抗性问题

除毒性反应外,CAR-T治疗过程中也会产生抗性的问题,根据机制的不同可分为抗原依赖性和非抗原依赖性两方面。

抗原依赖性


导致原因:
  • 靶抗原丢失( 指CAR分子能够从肿瘤细胞上移除目标抗原,并将其内化,降低肿瘤细胞上的抗原密度)

  • 靶抗原的基因突变导致靶标不能被有效识别。

  • 靶抗原表位被遮蔽。

解决措施: (1)设计多靶向的CAR分子;(2)增加靶抗原的表达;(3)提高scFv与靶抗原的亲和力,可能有助于CAR-T细胞识别低密度的靶抗原。

非抗原依赖性


导致原因:
  • T细胞表面死亡受体缺失,造成T细胞过度耗竭。
  • 肿瘤细胞表面配体分子缺失,如FAS相关死亡蛋白   (FADD   )、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体-2   (TRAIL-2)   的缺失使肿瘤细胞在体外和体内对CAR-T细胞更具抵抗作用。
解决措施:
  • 阻断免疫抑制检查点,阻止T细胞耗竭,可修饰CAR-T细胞上的PD-1分子,在细胞表面表达PD-1的显性负性受体或采用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除T细胞上PD-1的基因。
  • 提高CAR-T细胞的增殖能力、持久性和抗瘤活性,可在CAR-T细胞上表达IL-7受体。
  • 改变T细胞终末状态的分化,研究表明过表达c-Jun AP1转录因子可以降低T细胞耗竭   [7]  

肿瘤微环境(TME)


肿瘤免疫抑制微环境包括免疫抑制细胞(如Treg细胞、髓系抑制细胞)和抑制分子(如TGF-β、IL-6、IL-10和PGE-2)能够抑制CAR-T细胞。

解决措施: (1)增强CAR-T细胞的浸润能力,可过表达IL-7和CCL-19。(2)改变T reg介导免疫抑制作用。
抗原依赖性和抗原非依赖性抗性机制


4

CAR-T细胞治疗研究进展

新靶点和新资料CAR-T


多发骨髓瘤:新靶点GPRC5D(G蛋白偶联受体)、CD38、CD138、SLAMF7

泛癌:免疫检查点分子B7-H3(CD276)、Tn-PDPN等

脑瘤:氯毒素肽

新的治疗靶点和治疗产品

此外,某些特定T细胞亚群修饰的CAR-T细胞可能会产生较好的效果。

CD26highCAR-T细胞,能够产生IL-17A、IFN-γ、IL-2和IL-22,细胞表面表达CCR2和CCR5,具记忆干细胞样特性。

γδT细胞来源的CAR-T细胞,γδT细胞能耐受T细胞耗竭,其表面抑制性受体(TIM3和PD-1)表达水平较低,能够交叉递呈肿瘤抗原。

细胞亚群的选择

通用型细胞治疗


通用型细胞治疗是未来发展的方向,其主要难点是GvHD宿主抗移植物反应。宿主抗移植物反应与TCR上的HLA基因相关。
通用CAR细胞治疗,一种思路是编辑修饰相关基因,如TALEN基因编辑的TCR-α基因或者CRISPR-Cas9基因编辑敲除TCR上的HLA基因;另一种思路是设计CAR分子,zipper-CAR系统通过zipper蛋白的受体和配体桥接scFv和CAR分子胞内结构,通过更换不同的scFv设计靶向多抗原的通用CAR。

通用型CAR-T系统

CAR-X细胞治疗


CAR-NK: NK细胞是自然杀伤细胞,具有天然的抗肿瘤作用。其优点是无MHC限制性,安全性较高,可制备同种异体细胞,CAR-NK是通用型细胞治疗一个比较好的选择。
CAR-M 巨噬细胞) 巨噬细胞具有抗原特异性吞噬和促炎极化作用,能交叉递呈抗原并激活T细胞。研究表明CAR-M巨噬细胞在小鼠肺癌转移模型中展示了较强的抗肿瘤活性。
CAR-Treg: Treg细胞能够分泌免疫抑制分子TGFβ, IL -10, IL-35,可用于治疗自身免疫性疾病和器官移植的排斥反应,也可防止T细胞过度激活。
新型CAR细胞设计


5

文末小结

CAR-T细胞治疗已发展了三十余年,临床上也取得了较好的治疗效果。但风险与机遇并存,CAR-T细胞治疗中也表现出了潜在的毒性和耐药性问题,由此加速了寻找肿瘤新靶点、研究信号机制和开发新技术的步伐。
在CAR分子设计、转导方法和选择最佳细胞类型方面的创新可能会带来新的突破,改变未来肿瘤的治疗方式,细胞治疗未来可期。

参考文献:
1.Stancovski, I. et al. Targeting of T lymphocytes to Neu/HER2-expressing cells using chimeric single-chain Fv receptors. J. Immunol. 151, 6577–6582 (1993).
2.Eshhar, Z. et al. The T-body approach: potential for cancer immunotherapy. Springer Semin. Immunopathol . 18, 199–209 (1996).
3.Hwu, P. et al. Lysis of ovarian cancer cells by human lymphocytes redirected with a chimeric gene composed of an antibody variable region and the Fc receptor γ chain. J. Exp. Med . 178, 361–366 (1993).
4.Hwu, P. et al. In vivo antitumor activity of T cells redirected with chimeric antibody/T-cell receptor genes.  Cancer Res . 55, 3369–3373 (1995).
5.Kershaw, M. H. et al. A phase I study on adoptive immunotherapy using gene-modified T cells for ovarian cancer. Clin. Cancer Res. 12, 6106–6115 (2006).
6.Mullard, A. FDA approves first CAR T therapy. Nat. Rev. Drug Discov . 16, 669–669 (2017).
7.Lynn, R. C. et al. c-Jun overexpression in CAR T cells induces exhaustion resistance.  Nature  576, 293–300 (2019).


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关键词:
细胞,抗原,肿瘤,治疗,分子,基因

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