嵌合抗原受體修飾T細胞及其免疫治療的研究進展

鳳曉鋒

（上海交通大學生命科學技術學院，上海 200030）

1 嵌合抗原受體T細胞免疫療法

目前，手術、化療、放射性治療和靶向治療已經成為癌癥治療中四個最主要的治療方法，但它們對于癌癥治療的效果卻一直都不盡如人意。如今隨著科學技術的飛速發展，采用嵌合抗原受體（chimeric antigen receptors，CARs）修飾的T細胞（CAR-T細胞）治療腫瘤的方法漸漸成為了最具潛力、發展最為迅猛的癌癥治療方法。

CAR-T（Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy，嵌合抗原受體T細胞免疫療法）通過采集患者外周靜脈血中分離出T細胞，在多因子細胞誘導下大量擴增，并引入靶向腫瘤抗原的嵌合抗原受體（CAR）。CAR的修飾可使T細胞在獲得靶向殺傷能力的同時獲得更強的增殖及抗凋亡的能力，其腫瘤殺傷作用的發揮也不會受到主要組織相容性復合體（MHC）的限制[1]，最后通過靜脈或皮內注射等手段回輸入患者體內來達到殺傷腫瘤的目的。由于該T細胞腫瘤靶向的持續擴增能力和殺傷活性，保證了其對腫瘤細胞造成持續有效的殺傷力，從而使病人得到治愈。

2 嵌合抗原受體T細胞免疫療法的發展歷程

1989年，Gross G及其團隊第一次提出了“嵌合受體”的概念，他將T細胞受體的可變區用單鏈抗體替代，由此得到了具有靶向性的T細胞。CARs包含了一個細胞外的抗原識別區域和一個細胞內的信號區域。抗原識別域最常由scFv組成，它通過鉸鏈結構域或跨膜結構域固定在細胞上，用來結合腫瘤相關抗原（TAA）。細胞內由激活T細胞必需的信號域組成[2]。

第一代的CARs通常使用CD3ζ信號鏈，基本解決了由于腫瘤細胞MHC丟失而引起的免疫逃逸問題。其CAR改造的T細胞的有效性已經有多個臨床實驗進行檢驗，其中包括Lamers用抗AIX的CAR-T聯合或不聯合IL-2注射的方案治療轉移性腎透明細胞癌、Kershaw用抗葉酸a受體的CAR改造T細胞治療卵巢癌、Park用CAR改造的L1-CAM（L1細胞粘附分子，CD171）CD8+細胞過繼治療神經母細胞瘤、Louis和Pule分別用病毒和非病毒特異的兩群GD2靶向的CAR-T細胞治療神經母細胞瘤患者等[3]。雖然第一代的CAR-T細胞在臨床試驗中沒有表現出了顯著的功效，但同時也為今后的實驗積累了寶貴的經驗。

第二代和第三代的CAR-T是在第一代CAR-T的基礎上，增加了一個額外的刺激信號域，從而用來提高T細胞的活性、增殖量以及存活的時間。但與第一代CAR-T細胞相比，其雖然緩解了部分腫瘤，但是其副作用也增強了。其中患有結腸癌的病人在接受了ERBB2靶向的CAR-T（CD28/4-1BBCD3z）的治療后第5天死亡，究其原因是改造T細胞的“靶向/非腫瘤”靶向致使促炎癥性細胞因子大量釋放，引起多器官衰竭最終導致死亡[2]。

CAR-T對于其中細胞表面不表達靶抗原的細胞就無法對其進行殺傷，因此Chmiclcwski設計了第四代 CAR-T-TRUCKs（T cells redirected for universal cytokine killing），他通過激活下游轉錄因子NFAT（nuclcar factor activated T cells）來誘導表達促炎細胞因子白介素-12，從而誘導其他免疫細胞清除不表達靶細胞抗原的腫瘤細胞[1]。

3 嵌合抗原受體T細胞免疫療法效果

隨著CAR-T技術不斷地更新換代，以及技術的不斷完善和成熟。在2011年，美國賓夕法尼亞大學卡爾·朱恩（Carl H.June）教授團隊用CAR-T療法治療慢性淋巴細胞白血病患者領域獲得重大突破。

2012年，年僅只有6歲的兒童白血病患者Emily在費城兒童醫院接受了試驗性CAR-T細胞療法。她是全世界第一位接受白血病基因改造治療的兒童，盡管在治療期間出現了嚴重高燒、血壓下降、肺充血等一系列副作用，但她最終還是奇跡般地恢復了健康。至今已經過去六年，她的病情得到了治愈，成為了全球首個CAR-T細胞療法的獲益者。CAR-T細胞療法對于腫瘤良好的治療效果激勵著無數醫藥界科研工作者投身到CAR-T細胞療法的研究中，同時也增加了人們對于CAR-T細胞療法的信心。這些似乎也都預示著，免疫療法的時代已經到來了。

2014的7月，Novartis公司的CTL019獲得美國FDA“突破性藥物”資格。在有關于CTL019項目的有效性方面，Novartis公司在2015年6月1日舉行的第51屆美國臨床腫瘤學學會（ASCO）年會上公布了研究結果。研究結果涉及19例可評估應答的成人患者。通過研究發現，13例成人患者對CAR-T治療期間產生應答。另外在這項研究中，2例患者在T細胞擴增高峰期出現3級或3級以上細胞因子釋放綜合征（CRS）[4]。這些數據表明了CTL019對于改善特定類型B細胞淋巴瘤患者結局方面的潛在作用。

2017年8月30日，FDA宣布Novartis公司的CAR-T療法CTL019（商品名Kymriah）正式獲批上市，這是全球第一款獲批的CAR-T療法，用于治療難治或至少接受二線方案治療后復發的B細胞急性淋巴細胞白血病（ALL）。同年10月19日，FDA宣布批準了Kite Pharma的CAR-T療法Yescarta（axicabtagene ciloleucel）上市，其主要治療罹患特定類型的大B細胞淋巴瘤成人患者、包括彌漫性大B細胞淋巴瘤、轉化型濾泡性淋巴瘤、原發縱隔B細胞淋巴瘤。隨著這兩款重磅CAR-T藥物的上市，也正式拉開了CAR-T細胞治療腫瘤的序幕。

4 嵌合抗原受體T細胞免疫療法面臨的挑戰

CAR-T已經在治療血液瘤所取得了矚目的成就，但是該技術也存在細胞因子釋放綜合癥和脫靶效應等臨床應用風險。Juno公司（曾經CAR-T領域的三駕馬車之一）就因為在開展的JCAR015臨床試驗中出現了5名患者出現了腦水腫死亡事件，而不得不終止了其JCAR015項目，從而落后于其兩大競爭對手（Novartis和Kite Pharma）。所以在關注其有效性的同時，更應該對其安全性加以重視。即使已經批準上市的Kymriah和Yescarta也無法避免其CAR-T治療所帶來的副作用可能對患者帶來的危害。目前已知CAR-T治療可能帶來的副作用包括細胞因子釋放綜合癥（Cytokine release syndrome，CRS）、神經毒性（Neurological toxicity）、全身性過敏反應（Anaphylaxis）和脫靶效應（On-target/off-tumor recognition）等。其中CRS是CAR-T細胞治療中最常見的副作用，嚴重的CRS可以致人死亡。現在已知Kymriah的其他嚴重副作用還包括嚴重感染、低血壓、急性腎損傷、發熱和缺氧等。因此在保證CAR-T療效的同時，保證其安全性就顯得尤為重要。如今完整規范化的臨床操作、逐步增加的給藥方式以及病人的實時監控都是行之有效的方法，它可以降低一些可以避免的臨床風險。面對脫靶效應問題，Kloss教授及其團隊將CAR細胞拆分為2個部分，一條scFv的下端融合CD3ζ結構域，另一條scFv的下端融合CD28和4-1BB結構域；只有當T細胞同時識別2種抗原時，才能被完全激活，從而減少了T細胞的脫靶效應。而當大部分患者出現輕度CRS副作用時可通過聯合用藥的方式得以減緩，例如使用依那西普（Etanercept）或托珠單抗（Actemra）等藥物來輔助治療某些特異性細胞因子升高所導致的CRS反應。

5 結束語

目前，CAR-T技術尚處于發展的初期。它在治愈血液瘤方面取得了矚目的成就，但由于實體瘤復雜的微環境，它對于實體瘤中的治療效果遠還沒有達到人們希望的療效。雖然現在CAR-T還有其治療的局限性，但是越來越多創新技術和想法也漸漸整合進CAR-T細胞治療當中來了。例如嵌合抗原受體現在也不僅僅用來修飾T細胞，它還可以用來修飾CIK細胞、NK細胞以及γδT細胞，一種更加通用性的謙和抗原受體框也已經在構建中，它最終希望可用于同時或依次靶向多種腫瘤抗原等。現在CAR-T通常都是使用逆轉錄病毒或慢病毒技術感染T細胞。這種方法可導致CAR基因被隨機插入受體細胞的基因組中，從而可能會造成不必要的遺傳副作用。因此Sadelain博士及其團隊嘗試使用CRISPR系統編輯T細胞中TRAC基因，從而把CAR基因插入到特定位置，來避免CAR基因隨機插入其造成的遺傳副作用[5]。可以預見在未來的道路上CAR-T技術將是機遇和挑戰并存，CAR-T技術還蘊藏著無窮大的潛力等待著人們去挖掘，治愈腫瘤的夢想也許也并不是那么遙不可及。

[1]陳騁,李宗海.嵌合抗原受體修飾的T細胞的臨床應用及研究進展[J].腫瘤,2016,36(3):351-357.

[2]Holllie J.Jackson,Sarwish Raflq& Renier J.Brentjens.Driving CAR T-cells forward[J]Nature,2016(13):370-383.

[3]Curran K J,Pegram H J,Brentjens R J.Chimeric Antigen Receptors for T cell Immunotherapy: Current Understanding and Future Direction[J].Journal of Gene Medicine,2012,14(6):405-415.

[4]Stephen J.Schuster,Jakub Svoboda,Sunita Dwivedy Nasta.Phase IIa Trial of Chimeric Antigen Receptor Modified T Cells Directed Against CD19 (CTL019) in Patients with Relapsed or Refractory CD19+ Lymphomas[C].American Society of Clinical Oncology Annual Meeting,2015.

[5]Justin Eyquem,Jorge Mansilla-Soto,Theodoros Giavridis et al.Targeting a CAR to the TRAC Locus with CRISPR/Cas9 Enhances TumourRejection[J].Nature,2017,543(7643):113.