Science综述｜TCR-T治疗实体瘤的挑战与前景

TCR-T细胞疗法已经在实体瘤中显示出非常令人鼓舞的结果，包括对当前免疫疗法反应不佳的癌症，如肉瘤等。不过细胞与基因治疗策略的复杂性往往也带来了一些挑战。

挑战一：毒性风险

临床上描述了与TCR-T细胞相关的几种毒性。对于健康组织的潜在毒性可以分为非肿瘤靶向毒性（On-target off-tumor）和交叉反应性（Off-target off-tumor）。

在TCR-T发展初期，即便是细胞与基因治疗大牛Steven Rosenberg和Carl June的研究中，也发现了TCR-T对健康组织的较为严重的毒性。

非肿瘤靶向毒性（On-target off-tumor）与正常组织中靶抗原表达有关，特别是在靶抗原为TAA的情况下。

2009年，在一项靶向MART-1(DMF5)和gp100的TCR-T细胞疗法临床试验中，由于这是两种黑色素细胞上过表达的TAA，研究中的患者产生了眼部、皮肤毒性和听觉损伤。（参考来源2）

图. 输注TCR转导细胞后患者的组织运输和靶细胞破坏（参考来源1）

另一项研究描述了靶向CEA的TCR-T细胞治疗的患者初现严重急性结肠炎，因为CEA在正常肠道细胞上表达。（参考来源3）

交叉反应性（Off-target off-tumor）是指TCR识别了正常细胞上不同的抗原，特别是当TCR序列亲和力增强时。

2013年发表的两项TCR-T细胞的临床试验中均报道了交叉反应性的发生。亲和力增强的MAGE-A3 TCR-T细胞也识别了源自MAGE-A12或TITIN蛋白的表位，导致四名患者死亡。（参考来源4;5）

TCR亲和力是一把双刃剑。一般认为，强亲和力才能维持T细胞扩增，但亲和力过强可能会导致T细胞在识别靶抗原后过早衰竭，也可能绕过胸腺阴性选择，产生与自身抗原的交叉反应（类似的工程化手段还有TCR序列修饰）。低亲和力工程化T细胞显示出更安全的特征，但它们的抗肿瘤反应较弱。

毒性预测

十年前的临床前筛选策略无法识别和预测TCR-T的一些潜在交叉反应性毒性。

如今的分析手段的愈发先进，但高效的毒性预测仍有一定难度，且临床前也必须重视的安全性方面的评估，尤其是亲和力增强的TCR序列。

TCR-T相关毒性评估包括测试候选TCR-T细胞区别肿瘤与正常细胞或组织的能力等，以确保不会给正常组织带来严重的损伤。

相关评估手段主要包括转录组学和蛋白质组学数据库的生物信息学分析，免疫肽组学以及体外或离体测定等。

图. 评估TCR-T细胞疗法潜在毒性的方法（A）预测On-target off-tumor（正常组织中存在靶向表位）的方法；（B）预测Off-target off-tumor（正常组织中交叉反应性）的方法（参考来源1）

策略

筛选比TAA肿瘤特异性更强的TSA（例如新抗原）或者通过TCR工程（包括亲和力优化、序列修饰等）都可以降低毒性风险，同时提高抗肿瘤功效。

TCR的正确组装是TCR-T细胞生成的关键。TCR错配往往会导致交叉反应性毒性等问题。已有多种方法被开发用于避免外源导入的TCR与内源性TCR发生错配，例如早期研究中采用TCRα和TCRβ链恒定区用鼠源替代人源等。（参考资料6）

图. TCR 的优化（参考来源1）

防止TCR错配，另外一种方式是将内源性的TCR敲除。如今已有多项研究基于CRISPR系统实现了一次性敲除多个内源性基因，外源性TCR转导方法也实现了基因的高效插入（包括AAV、转座子）。这些改造后的TCR-T细胞已显示出增加的功能亲和力和降低体内交叉反应性。（参考资料7）

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为了限制T细胞对正常细胞的毒性，理论上还可以采用逻辑门策略，这一方法已在CAR-T/CAR-NK细胞治疗中得到了有效应用。

逻辑门策略即其中T细胞激活或抑制取决于两个信号的组合而不是一个信号。例如，逻辑门“A AND B”只有当细胞同时表达两个肿瘤抗原A和B时，才会触发T细胞的活化。在“A NOT B”逻辑门中，癌细胞表达基因A而不表达基因B才能激活T细胞，而B基因是正常细胞上必定存在的基因，因此，正常细胞将受到保护。

不过，与CAR相比，逻辑门的方法对于TCR更具挑战性，特别是对于“A AND B”门，但最近A2 Bio公司开发了“A NOT B”Tmod平台，基于该平台开发的“CEA NOT HLA-1*02”已在体外研究中显示出整体优于TCR-T细胞的效力和安全性。

研究中的Tmod细胞包括靶向CEA的CAR和靶向HLA-A*02的阻断剂模块，Tmod策略也可扩展用于其他类型的肿瘤抗原和HLA等位基因。（参考资料8）

挑战二：耐药性

除了毒性之外，TCR-T细胞疗法的耐药性挑战影响了疗效的发挥。耐药几乎存在于所有类型的癌症和所有抗癌药物中。免疫治疗与其他抗肿瘤药物一样，难以避免耐药的发生。

基于TCR的免疫疗法也包括原发性和继发性耐药机制。原发性耐药机制可能主要表现为靶抗原在肿瘤细胞中的低表达或异质表达。

不过对于TCR-T细胞，继发性或获得性耐药机制是主要关注点。肿瘤细胞表面免疫检查点配体的上调往往会通过激活T细胞上的免疫检查点受体来损害TCR-T细胞的扩增和功能，从而导致T细胞衰竭。

TCR-T细胞疗法的主要逃逸机制是肿瘤细胞上MHC I类分子的丢失或减少，从而阻止TCR-T细胞识别靶表位。

一些联合方案，包括联合改善T细胞归巢（溶瘤病毒和放射治疗）或增加输注T细胞活性和持久性的疗法（检查点抑制剂，细胞因子和癌症疫苗）可能会进一步增加TCR-T细胞的治疗潜力，避免T细胞衰竭，让冷肿瘤变“热”。

一项临床研究将MCPyV TCR-T细胞疗法与PD-1/L1抗体相结合，促进了T细胞的扩增，对单药治疗耐药的患者显示出一定的临床缓解（参考资料10）。

此外，与靶向肿瘤微环境的方法或对肿瘤中普遍存在的缺氧和酸性条件具有抗性的修饰细胞因子相结合，可以提高过继性T细胞疗法的效率（参考资料11）。

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SUMMARY

小结

随着TCR-T细胞疗法发展成为实体瘤有前景的治疗工具，不过潜在的毒性、耐药机制等挑战是开发中需要注意的问题。

TCR-T细胞疗法的优化可以从TCR-T靶抗原的选择、TCR基因改造中提升安全问题，也可以通过联合疗法克服耐药问题。同时，随着概念和技术的发展，产生了新的基因工程方法将增强TCR-T细胞功能、提高抗肿瘤免疫反应并降低安全性风险。

目前，全球首款TCR-T细胞疗法上市脚步临近，Adaptimmune公司Afami-cel（靶向MAGE-A4）已递交滚动上市申请，用于治疗晚期滑膜肉瘤。

在经过一线系统化疗的晚期滑膜肉瘤（SS）或粘液样/圆形细胞脂肪肉瘤(MRCLS)患者中，ORR为36.5%，疾病控制率为88.4%。滑膜肉瘤的中位缓解持续时间为50.3周。安全性整体可控，不良反应主要为低级别细胞因子释放综合征和可耐受/可逆的血液毒性。

中国地区香雪生命科学、药明巨诺、复星凯特、深圳因诺免疫、来恩生物、天科雅、可瑞生物、星汉德生物、泛恩生物、优替济生、华夏英泰、RootPath、立凌生物等企业均已投入TCR-T细胞疗法的研发当中，部分管线已进入临床阶段。

相关研发工具：

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参考资料

1. TCR-engineered T cell therapy in solid tumors: State of the art and perspectives. DOI：10.1126/sciadv.adf3700

2.Gene therapy with human and mouse T-cell receptors mediates cancer regression and targets normal tissues expressing cognate antigen. DOI：10.1182/blood-2009-03-211714

3. T cells targeting carcinoembryonic antigen can mediate regression of metastatic colorectal cancer but induce severe transient colitis. DOI：10.1038/mt.2010.272

4. Cancer Regression and Neurological Toxicity Following Anti-MAGE-A3 TCR Gene Therapy. DOI: 10.1097/CJI.0b013e3182829903

5. Cardiovascular toxicity and titin cross-reactivity of affinity-enhanced T cells in myeloma and melanoma. DOI：10.1182/blood-2013-03-490565

6. Enhanced antitumor activity of murine-human hybrid T-cell receptor (TCR) in human lymphocytes is associated with improved pairing and TCR/CD3 Stability. Cancer Res. 66, 8878–8886 (2006).

7. CRISPR-based gene disruption and integration of high-avidity, WT1-specific T cell receptors improve antitumor T cell function. Sci. Transl. Med. 14, eabg8027 (2022).

8. Robust In Vitro Pharmacology of Tmod, a Synthetic Dual-Signal Integrator for Cancer Cell Therapy. DOI: 10.3389/fimmu.2022.826747

9. T-cell therapy using interleukin-21–primed cytotoxic T-cell lymphocytes combined with cytotoxic T-cell lymphocyte antigen-4 blockade results in long-term cell persistence and durable tumor regression.

10. Merkel polyoma virus specific T-cell receptor transgenic T-cell therapy in PD-1 inhibitor refractory Merkel cell carcinoma. DOI: 10.1200/JCO.2022.40.16_suppl.9549

11. IL-2 is inactivated by the acidic pH environment of tumors enabling engineering of a pH-selective mutein. DOI: 10.1126/sciimmunol.ade5686

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