胞内抗原破冰者-TCR疗法

前 言

CAR-T细胞试验迄今未能在治疗实体癌方面引起令人满意的反应，与之相比，由于TCR可以靶向胞内抗原，因此TCR -T细胞疗法被认为可能更适合于治疗实体癌。临床结果也证明了TCR T细胞疗法在血液病和实体癌中的安全性和有效性。接下来几期内容小编将围绕TCR展开详细介绍。

TCR的结构 

T细胞抗原受体（T cell receptor，TCR）位于T 细胞表面，以异二聚体的形式识别pMHC，决定着T细胞的抗原识别特异性。根据TCR组分的不同，T细胞可被分为αβT细胞和γδT细胞。目前，TCR-T细胞领域中研究较多的是αβT细胞，这类T细胞的TCR是由α链和β链组成的异源二聚体，与免疫球蛋白的结构非常类似，每条链也是由可变区（V region）和恒定区（C region）结构域组成，其中α链和β链的可变区组成了抗原识别单位，每个可变区包含3个互补决定区（CDR1、CDR2和CDR3）。

TCRα/β异二聚体进一步与CD3ϵ/g/d/z亚单位复合形成功能性pMHC的受体, 当TCR分子识别抗原提呈细胞或者靶细胞表面特定的pMHC复合物后，引起CD3亚基的胞内区域ITAMs的磷酸化，激活T细胞从而发挥相应的免疫应答功能。

图1：TCR识别pMHC示意图 [1]

TCRs与CARs的区别 

· 识别抗原的类型

CARs以独立于MHC的方式直接识别各种抗原，包括未修饰的蛋白质、糖蛋白、糖脂、和碳水化合物，但是抗原必须是癌细胞膜表面的(图1示例中膜蛋白MSLN)。这意味着大量在癌细胞内表达的抗原蛋白对基于CARs的疗法来说是不可触及的。此外，据估计膜蛋白只占蛋白质组的14-27%，因此CARs可靶向的抗原是相当有限的。

TCRs能够识别来自任何细胞区的HLA呈递的抗原，包括细胞表面蛋白、细胞膜和核内蛋白，如CGAs(cancer germline antigens)和病毒抗原，对肿瘤细胞的精准靶向性更强（图1，2示例）。因此，相对于CARs而言，TCRs可以识别抗原的范围更广，也更容易向实体瘤内部渗透。

图2：TCR识别的肿瘤抗原（右）与正常组织抗原（左）[2]

病毒抗原（viral antigen)产生于正常细胞中不存在的病毒致癌基因。

新抗原(neoantigen)产生于体细胞正常细胞中没有的体细胞突变。

病毒抗原和新抗原被统称为肿瘤特异性抗原（TSA）。

癌症种系抗原(cancer germiline antigen, CGAs）通常只在生殖细胞（如睾丸）中表达。

过度表达的抗原(overexpressed antigen)是与正常组织相比，在癌症组织中高度过度表达的抗原。

癌症分化抗原（differentiation antigen)是癌细胞表达的，或只限于与癌症相同组织来源的正常细胞。

过度表达的抗原和癌症分化抗原被统称为被称为肿瘤相关抗原（TAAs）。

· HLA依赖性

HLA编码基因是人类基因组中多态性最强的。迄今为止，已经有超过20,000个HLA-I类等位基因被确认。与CAR T疗法不同，选择TCR T疗法的患者必须不仅要表达目标抗原，而且还要表达相应的抗原限制的HLA等位基因。因此，TCR T疗法通常使用相对常见的HLA等位基因，如HLA-A*02:01。

· CARs和TCRs的受体亲和力 基于抗体片段构成的CARs与抗原的亲和力通常在纳摩尔范围内。相比之下，天然TCRs其亲和力要小几个数量级，通常是在微摩尔范围内。这是由于T细胞在胸腺成熟的过程中会经过阴性选择清除掉识别自身抗原亲和力高的TCRs T细胞。

· 抗原敏感度

与CARs相比，TCRs对低密度的目标抗原更为敏感，特别是亲和力增强的TCRs，少量的甚至几个TCR-pMH的结合就可引起T细胞功能反应（Huang J, . Immunity. 2013）。而CARs通常需要的抗原密度要高得多。例如，ALK‐specific 41BBζ CAR， anti‐CD20 CD28ζ CAR, 和anti‐CD22 41BBζ CAR都需要靶细胞上的抗原分布在1,875个至5,000个范围才能触发细胞因子释放。CARs的抗原敏感性低带来的影响之一是治疗后出现复发，例如患有B细胞恶性肿瘤的患者最初对CAR-T治疗有响应，但随后因抗原密度降低而出现癌细胞复发。TCRs和CARs触发下游功能的效率差异的机制还没有被完全阐明。一种可能的解释是，与基于抗体片段构成的CAR相比，亲和力低的TCRs解离速度更快，因此能够连续接触单一的pMHC，TCRs的连续参与可能有助于扩大信号（Valitutti S, .Nature.1995）。功能反应

由于CARs和TCRs利用不同的信号传导机制，它们在对抗原刺激的功能反应方面表现出明显的差异。CARs介导超生理的T细胞激活，导致细胞因子分泌的增强，相比与TCR-T细胞治疗，CAR- T细胞治疗更有可能引起细胞因子释放综合征（CRS）。

TCR临床进展

第一个TCR 临床试验是2004年由Steven Rosenberg在NIH发起的，针对黑色素瘤分化抗原gp100（NCT00085462）。自此，新启动的TCR T临床试验的数量稳步增加，尤其在2017-2019年期间，启动有51项新的TCR T试验（图2.TCR trails）。

截至到2021年11月，对所有的TCR T试验进行统计[2]，在116项TCR T试验中，有118个靶向抗原。这些抗原中，CGAs占47%，病毒抗原占24%、肿瘤相关抗原21%、新抗原7%和胎儿致癌基因3%（图2.Target antigens）。CGA NY-ESO-1是迄今为止TCR T试验中最具针对性的抗原（36项试验），HPV是第二大最常见的目标抗原（10项试验）。排名第三的是黑色素瘤分化抗原MART-1（7项试验），这些试验都是早期启动的，自2012年以来就没有新启动的靶向MART-1的临床试验（图2. Top 10 target antigens）。

根据统计结果，85%的TCR T试验用于治疗实体癌，9%为恶性血液肿瘤，以及同时2%的针对实体癌和血液癌的试验。约有4%的TCR T试验是治疗HIV、CMV或EB病毒感染（图2. Target Diseases）。

在100个有具体HLA限制的试验中，列出了111个限制性HLA等位基因，因为有些试验包括多个抗原目标和HLA限制。HLA-A*02是最常见的限制性HLA等位基因（80%），其次是HLA-A*11（7%），（图2. Restricting HLAs）。

56%的TCR T试验地点在美国，中国18%和英国6%（图2. Countries）。

在美国的80个TCR T试验中，44%由NIH赞助，28%由学术机构赞助，29%由企业赞助。工业界对TCR T的支持在2017年前后有显著增加。

图3：TCR临床试验统计分析 [2]

Soluble TCRs, T‐cell engaging bispecifics, and TCR‐mimetics

蛋白质工程技术的持续创新推动了TCR治疗平台的发展，比如可以将TCR和类似TCR的抗原识别结构开发为治疗试剂，而不需要进行基因工程和ACT（图4）。由于这些 "现成的 "试剂不再是为个例病人生产的，它们可以为临床治疗提供更广泛和更简化的解决方案。例如，Immunocore公司的ImmTACs技术平台开发的TCR-scFv融合蛋白，是将可溶性高亲和力TCR与基于scFv的抗CD3结合域相结合。ImmTACs可以将非特异性T细胞通过TCR-scFv重定位靶向肿瘤抗原，引导其肿瘤细胞杀伤功能。TCR-mimic 则是特异性识别pMHC复合物的抗体或抗体片段，模拟TCR-pMHC的相互作用。

图4：T细胞受体（TCR）递送和TCR类结构[1]。

图左：通过CRISPR/Cas9基因编辑将外源性TCR针对性地替换到内源性TRAC基因座上，对内源性TCR的破坏可以消除内源性TCR表达和错配形式的TCR表达。外源性TCR在内源性TRAC启动子下均匀而稳定地表达在细胞表面上。

图右：TCR样结构，包括双特异性TCR-scFv融合蛋白（ImmTAC）、双特异性抗体样结构（BiTE），以及TCR mimic antibody。

V=可变区；C=恒定区域；VL=可变轻链；VH=可变重链；CL=恒定轻链；CH=恒定重链 -SS-=二硫键。

FDA批准全球首个T细胞受体（TCR）疗法

葡萄膜黑色素瘤（UM）是成年人眼内最常见的恶性肿瘤，起源于眼睛葡萄膜区的黑色素细胞。一半UM患者经历全身治疗后仍会发生转移，其中，肝脏是最常见的转移部位，转移性UM患者的1年总生存率约为50%。

近些年来，以PD-1免疫检查点抑制剂为代表的免疫疗法的应用，改变了皮肤黑色素瘤患者的生存结局，然而，免疫疗法对转移性葡萄膜黑色素瘤患者通常无效。

2022年1月26日，Immunocore宣布Tebentafusp-tebn获得FDA批准，用于治疗HLA-A*02:01阳性的不可切除或转移性葡萄膜黑色素瘤，商品名为Kimmtrak。Tebentafusp是一种TCR-scFv双特异性融合蛋白，TCR部分经过改造提高了靶向gp100的亲和力，scFv部分靶向CD3募集T细胞。在Tebentafusp的III期临床试验（NCT03070392）3期试验中，将既往未接受过治疗的HLA-A*02:01阳性的转移性UM患者以2:1的比例随机分配接受Tebentafusp（tebentafusp组）或研究者选择的单药帕博利珠单抗、伊匹木单抗或达卡巴嗪治疗（对照组），根据乳酸脱氢酶水平分层，主要终点是总生存期。Tebentafusp组1年生存率为73%，对照组为59%。Tebentafusp组的无进展生存率也显著高于对照组（6个月时31% vs. 19%；疾病进展或死亡HR，0.73；95% CI，0.58-0.94；P= 0.01）。

Tebentafusp组最常见的治疗相关不良事件是细胞因子相关事件和皮肤相关事件，包括皮疹(83%)、发热(76%)和瘙痒(69%)。这些不良事件的发生率和严重程度在前3次或4次给药后降低，很少导致试验治疗中止(2%)。未有治疗相关死亡报告。

Tebentafusp结构示意图

小结与展望  

免疫疗法已逐渐成为癌症治疗中的主力军，TCR疗法是其中一支快速增长和不断突破发展的朝阳队伍。自1986年首次报道通过TCR转移重定向T细胞的特异性以来(Dembic Z,.et al. Nature)，TCR 疗法已经取得了巨大的进展，特别是2022年Tebentafusp的临床获批，使人们对TCR T疗法在癌症领域的持续发展感到乐观。

虽然TCR疗法目前仍面临诸多挑战，比如TCR-T细胞治疗的HLA依赖性和高昂的制造成本限制了临床治疗患者范围，还有免疫抑制的肿瘤微环境和肿瘤内在的逃逸机制影响着TCR疗法的持效性等，但是在基因组学、蛋白工程和细胞制造的持续创新推动下，相信未来基于TCR疗法的癌症治疗将实现更多的临床进展。

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