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CAR-T免疫療法:腫瘤靶向治療的新策略

2017-03-08 18:58李孟捷鄒秋玲黨尉
上海醫(yī)藥 2017年3期
關(guān)鍵詞:免疫治療腫瘤

李孟捷+鄒秋玲+黨尉

摘 要 嵌合抗原受體T細(xì)胞(CAR-T)細(xì)胞是一種全新的治療惡性腫瘤的策略,它有別于傳統(tǒng)的手術(shù)、放療、化療、抗體藥物治療。CAR-T細(xì)胞療法在血液腫瘤的治療中有顯著療效。 本文將綜述CAR-T的結(jié)構(gòu)和抗腫瘤的原理、CAR-T細(xì)胞在臨床上的應(yīng)用以及CAR-T細(xì)胞治療所面臨的挑戰(zhàn)及廣闊前景。

關(guān)鍵詞 嵌合型抗原受體 免疫治療 腫瘤

中圖分類號:R730.51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-1533(2017)03-0024-04

Chimeric antigen receptor T cell therapy: a new therapeutic strategy for cancer

LI Mengjie*, ZOU Qiuling, DANG Wei

[Sunshine Guojian Pharmaceutical (Shanghai) Co. Ltd., Shanghai 201203, China]

ABSTRACT Chimeric antigen receptor T-Cell (CAR-T) is a new approach for the treatment of malignant neoplasms and even advanced malignancies. CAR-T cell therapy is different from traditional operation, radiotherapy, chemotherapy and monoclonal antibody drugs. CAR-T cell therapy has showed a significant effect in the treatment of patients with hematologic malignancies. This article reviews the structure of the principles of antitumor of CAR-T and its application, challenges and broad prospects in clinic.

KEy WORDS chimeric antigen receptor; immunotherapy; tumor

嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor,CAR)是由抗體源性靶向區(qū)和T 細(xì)胞信號區(qū)融合而成。表達(dá)CAR后的T細(xì)胞可以識別、結(jié)合特定的腫瘤細(xì)胞表面抗原,分泌細(xì)胞因子,殺傷腫瘤細(xì)胞。CAR-T細(xì)胞治療作為一種全新的治療方式,被2013年《科學(xué)》雜志評為全球十大科技創(chuàng)新之首。CAR-T在血液腫瘤的治療中已經(jīng)取得顯著療效,但是在實(shí)體瘤的治療中仍存在很大的困難和挑戰(zhàn),需要更多的探索和突破。目前國內(nèi)外已有上百個(gè)CAR-T的臨床實(shí)驗(yàn)在開展。本綜述將闡述CAR-T的結(jié)構(gòu)和抗腫瘤的原理、CAR-T細(xì)胞在臨床上的應(yīng)用以及CAR-T細(xì)胞治療所面臨的挑戰(zhàn)及廣闊前景。

1 CAR-T的結(jié)構(gòu)和原理

CAR-T細(xì)胞即嵌合抗原受體T細(xì)胞。CAR的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中包括一個(gè)腫瘤相關(guān)抗原結(jié)合區(qū)(通常來源于抗體抗原結(jié)合區(qū)域的scFv段)、一個(gè)胞外鉸鏈區(qū)、一個(gè)跨膜區(qū)和一個(gè)胞內(nèi)信號區(qū)[1]。一旦T細(xì)胞表達(dá)這種受體,單個(gè)融合分子便與抗原進(jìn)行特異性結(jié)合并激活T細(xì)胞,因此經(jīng)嵌合抗原受體修飾的T細(xì)胞具有抗體的特異性和效應(yīng)T細(xì)胞的細(xì)胞毒作用。CAR一旦與腫瘤相關(guān)抗原(tumor-associated antigen,TAA)結(jié)合,可通過由CD3或高親和性受體FceRI的胞內(nèi)區(qū)使T細(xì)胞活化,表現(xiàn)為CAR依賴的細(xì)胞殺傷、增殖及細(xì)胞因子釋放[2]。同時(shí)CAR-T細(xì)胞的擴(kuò)增倍數(shù)可超過1 000倍, 臨床實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)輸入CAR-T細(xì)胞六個(gè)月后患者體內(nèi)仍能檢測到高水平表達(dá)的CAR[3]。總而言之,CAR-T細(xì)胞的靶向性、殺傷活性和持久性均較常規(guī)應(yīng)用的免疫細(xì)胞高。

20世紀(jì)80年代晚期,以色列科學(xué)家Eshhar等[4]開發(fā)了第一種CAR-T細(xì)胞,即第一代CAR。第一代CAR-T細(xì)胞只在T細(xì)胞表面表達(dá)一個(gè)單鏈抗體基因,這個(gè)單鏈抗體表達(dá)后可以特異性識別腫瘤細(xì)胞表面的分子。第一代CAR很快投入臨床試驗(yàn),令人遺憾的是,第一代CAR雖然具有特異性的細(xì)胞毒性,但沒有表現(xiàn)出顯著的療效。究其原因是因?yàn)榈谝淮鶦AR-T細(xì)胞在患者體內(nèi)持久性差,很快就會耗竭,CAR-T細(xì)胞還未接觸到大量的腫瘤細(xì)胞就已經(jīng)凋亡了[5-6]。為了加強(qiáng)CAR激活信號并突破第一代CAR的限制,結(jié)合了共刺激結(jié)構(gòu)的第二代CAR相繼被報(bào)道,第二代CAR的組成結(jié)構(gòu)中添加了T細(xì)胞完全活化和生存必須的第二信號分子(比如CD28或者4-1BB分子)[7-8]。第一個(gè)被詳細(xì)研究的T細(xì)胞共刺激信號受體是CD28,它能夠與靶細(xì)胞表面的B7家族成員結(jié)合。CD28提供了T細(xì)胞激活的第二刺激信號,CD28的共刺激能夠促進(jìn)T細(xì)胞的增殖,IL-2的合成和表達(dá)以及抗凋亡蛋白Bcl-xL的分泌。許多研究都表明[9-10],搭載了“共刺激信號分子”的第二代CAR與第一代CAR相比,抗原特異性不變,T細(xì)胞增殖、細(xì)胞因子分泌增加,抗細(xì)胞凋亡蛋白分泌增加,細(xì)胞死亡延遲。之后有研究人員將CD28用CD137(4-1BB)進(jìn)行替換,使用CD28還是4-1BB,不同的第二代CAR究竟孰優(yōu)孰劣,不同的研究者用不同的腫瘤在體內(nèi)和體外的研究中得到的結(jié)果不盡相同[5, 11-12]。最近有研究表明4-1BB分子使得CAR-T細(xì)胞具有更高的穩(wěn)定性,減緩了CAR-T細(xì)胞在體內(nèi)的耗竭[13]??偠灾诙鶦AR在隨后的臨床試驗(yàn)中產(chǎn)生了顯著的療效,從2010年起基于第二代CAR的臨床報(bào)道屢次引發(fā)震動,特別是對于復(fù)發(fā)性、難治性的急性淋巴細(xì)胞白血?。╝cute lymphocytic leukemia ,ALL)患者,其完全緩解率高達(dá)90%以上。然而在缺乏外源共刺激分子的情況下所有二代CAR均不能產(chǎn)生足夠的IL-2促進(jìn)T細(xì)胞增殖,當(dāng)給予外源性B7共刺激分子時(shí)這些轉(zhuǎn)基因CAR-T細(xì)胞則可產(chǎn)生IL-2促進(jìn)其增殖[14-15]。隨后,為了進(jìn)一步增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞在體內(nèi)的存活,研究人員開發(fā)了第三代CAR,就是在第二代CAR的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)第二信號分子,比如將CD28和4-1BB分子同時(shí)組裝進(jìn)CAR里面[16]。目前第二代和第三代的設(shè)計(jì)都各自已有臨床試驗(yàn)的應(yīng)用,臨床試驗(yàn)的數(shù)據(jù)仍需持續(xù)關(guān)注[17-19]。最新改良設(shè)計(jì)的第四代CAR-T表現(xiàn)出了克服免疫抑制微環(huán)境的能力,有望成為實(shí)體腫瘤治療中的重要手段[20-21]:第四代CAR-T是在第二/第三代CAR-T的基礎(chǔ)上表達(dá)一些關(guān)鍵的細(xì)胞因子,例如IL-12。IL-12被譽(yù)為T淋巴細(xì)胞的第三信號分子,可見其對T細(xì)胞功能的重要性。全身注射IL-12患者會引起嚴(yán)重的炎癥副反應(yīng),但是通過CAR-T細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)局部表達(dá)后,可以在腫瘤病灶處招募NK細(xì)胞,或者直接逆轉(zhuǎn)被耗竭的腫瘤浸潤性T淋巴細(xì)胞,從而有效克服腫瘤免疫抑制微環(huán)境[22]。

2 CAR-T細(xì)胞的臨床應(yīng)用

CAR-T細(xì)胞治療的整個(gè)過程如下[5]:首先從患者血液中分離得到的白細(xì)胞通過流式或者磁珠分選得到CD4+和CD8+ T細(xì)胞,T細(xì)胞再使用微球或者人工抗原呈遞細(xì)胞(antigen-presenting cells,APC)進(jìn)行激活和擴(kuò)增,然后再采用不同的方式(慢病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、轉(zhuǎn)座子和RNA)將改造好的CARs轉(zhuǎn)入T細(xì)胞,經(jīng)過改造的T細(xì)胞進(jìn)行質(zhì)量控制后再重新回輸入患者體內(nèi)以發(fā)揮療效。

目前CAR-T細(xì)胞治療的臨床實(shí)驗(yàn)主要集中在惡性血液病中。其中研究最多的是CD19這個(gè)靶標(biāo),CD19特異性表達(dá)于惡性和正常B細(xì)胞以及B細(xì)胞前體細(xì)胞,而造血干細(xì)胞及非造血細(xì)胞則不存在CD19表達(dá)[23]。許多臨床數(shù)據(jù)顯示CART19針對B-ALL的應(yīng)答率均高于80%[24-26]。盡管進(jìn)一步的研究仍在繼續(xù),但是CAR-T細(xì)胞至少在1例患者體內(nèi)存在超過10年之久[27],這也預(yù)示著CAR-T細(xì)胞可能就是一種“活著的藥物”。同時(shí)臨床試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)CD19基因表達(dá)下調(diào)或者基因突變會導(dǎo)致B-ALL的復(fù)發(fā)率提高[28-29]。因此其他靶點(diǎn)(CD20,CD22)[19, 30]的臨床試驗(yàn)也在開展中。同時(shí)靶向兩個(gè)目標(biāo)分子的雙靶標(biāo)CAR-T治療可能會改善這種逃逸。

對于非B細(xì)胞性惡性血液腫瘤(例如多發(fā)性骨髓瘤)也有一些新的靶點(diǎn)分子應(yīng)用于CAR-T治療。B細(xì)胞成熟抗原(B cell maturation antigen,BCMA)在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中高表達(dá),BCMA-CART細(xì)胞在異種移植模型中可以殺死人的多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞[31],相應(yīng)的一期臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行。惡性髓系血液病的治療在過去幾十年均未取得很大的進(jìn)展,可能CAR-T治療方法將改善這種現(xiàn)狀?;贑D33、CD123靶點(diǎn)的CAR-T治療也已在一期臨床試驗(yàn)中[32-33]。但是由于CD33、CD123在正常的血液干細(xì)胞中也表達(dá),有研究者提出可以將CAR-T治療和骨髓移植手術(shù)結(jié)合使用[34]。眾所周知CAR-T治療在實(shí)體瘤中遇到了很大的挑戰(zhàn)。這主要源于實(shí)體瘤在漫長的形成過程中,在腫瘤細(xì)胞周圍營造了一個(gè)免疫抑制的微環(huán)境;另外大部分針對實(shí)體瘤的靶點(diǎn)分子在正常組織中也有表達(dá)。目前開展的針對實(shí)體瘤的CAR-T臨床試驗(yàn)主要集中在以下幾個(gè)靶點(diǎn):靶向HER-2治療HER-2過表達(dá)的實(shí)體瘤[35];靶向GD-2治療成神經(jīng)細(xì)胞瘤和黑色素瘤(NCT01822652和NCT02107963);靶向EGFRvⅢ以治療成膠質(zhì)細(xì)胞瘤[36-37]。其他的TAA主要還有Mesothelin、PSMA、GPC3、MET、CEA、MUC1和MUC16等[18],因此CAR-T細(xì)胞療法在抗腫瘤方面已開展了廣泛的應(yīng)用。

CAR-T細(xì)胞療法給腫瘤治療帶來了新希望,但是臨床試驗(yàn)中所產(chǎn)生的不良反應(yīng)也越來越引起研究者的重視。細(xì)胞因子釋放綜合征(cytokine release syndrome,CRS)是CAR-T 細(xì)胞治療常見且致死性的并發(fā)癥。CRS的發(fā)生率和嚴(yán)重程度因CAR-T細(xì)胞輸入而不同,這與CAR結(jié)構(gòu)、患者的腫瘤負(fù)荷及類型等多因素相關(guān)[38]。目前仍不清楚是否CRS是達(dá)到最好療效所必須的,一般認(rèn)為部分的CRS毒性是需要的。因此如何平衡CAR-T細(xì)胞治療和有效性和安全性需要更多的臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)給予更好的解答。CRS經(jīng)常伴隨著高水平IL-6的分泌,應(yīng)用IL-6受體拮抗劑(tocilizumab)可明顯改善CAR-T治療后的嚴(yán)重CRS問題[39],因此在CAR-T細(xì)胞治療過程中及時(shí)恰當(dāng)控制CRS是非常重要的。B細(xì)胞發(fā)育不全可以注射丙球蛋白作為補(bǔ)充治療,CAR-T細(xì)胞在體內(nèi)消失后B細(xì)胞可以恢復(fù)。而對于CRA-T治療后的神經(jīng)毒性,除癲癇需要接受抗癲癇藥物治療外,其他大部分神經(jīng)癥狀是可逆的。隨著更多的患者接受CAR-T細(xì)胞治療,臨床研究已經(jīng)重視毒性反應(yīng)及其處理辦法的研究,包括減少CAR-T細(xì)胞的輸入劑量、細(xì)胞因子封鎖、類固醇以及補(bǔ)充免疫蛋白的最佳給藥時(shí)間和劑量[40]。

3 CAR-T細(xì)胞療法的現(xiàn)狀和發(fā)展前景

CAR-T細(xì)胞治療技術(shù)在各種細(xì)胞治療策略中表現(xiàn)出了最具前景的發(fā)展態(tài)勢。但實(shí)際上,CAR-T細(xì)胞治療也面臨不少挑戰(zhàn)。例如:①CAR-T細(xì)胞治療技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種靶點(diǎn)依賴型的治療,良好的治療靶點(diǎn)比較少;②某些腫瘤相關(guān)抗原在正常細(xì)胞有低水平表達(dá),導(dǎo)致CAR-T治療可能會產(chǎn)生脫靶毒性,引發(fā)嚴(yán)重的副反應(yīng);③CAR-T細(xì)胞在實(shí)體瘤治療中的瓶頸;④部分患者本身T細(xì)胞功能低下甚至無法體外擴(kuò)增;⑤基于病毒表達(dá)體系的CAR-T技術(shù)的生物安全性值得重視。針對這些問題科學(xué)家們也在不斷地探索中。對于CAR-T臨床應(yīng)用的安全性,目前的主要策略是改用非病毒載體改造CAR-T,及通過自殺基因控制CAR-T細(xì)胞的過度擴(kuò)增及降低嚴(yán)重不良反應(yīng)[41]。非病毒基因轉(zhuǎn)染方式包括“睡美人(sleeping beauty,SB)”轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)和mRNA轉(zhuǎn)染[42-43]。在治療實(shí)體瘤方面,臨床前的研究顯示第四代CAR-T具有更好的抗腫瘤免疫抑制微環(huán)境的能力和腫瘤殺傷能力,有望在血液腫瘤和實(shí)體腫瘤中發(fā)揮更大作用[22]。還有一些研究發(fā)現(xiàn)[44],在CAR-T細(xì)胞中共表達(dá)趨化因子CCR2b,也可以增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞的歸巢能力。應(yīng)用間皮素特異性mRNA-CAR-T細(xì)胞治療間皮素高表達(dá)的晚期實(shí)體瘤取得了較好的臨床療效,這也為CAR-T細(xì)胞針對實(shí)體瘤的治療設(shè)計(jì)提供了新的策略。目前的細(xì)胞療法都是個(gè)體化的,需要使用患者自體的T細(xì)胞進(jìn)行體外轉(zhuǎn)化和培養(yǎng),不利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。法國Cellectis公司開發(fā)通用型CAR-T,即釆用正常第三方細(xì)胞來源的T細(xì)胞,通過敲除內(nèi)源性TCR基因以排除同種異體TCR導(dǎo)致的移植物抗宿主?。╣raft-versus-host disease,GVHD),且能進(jìn)一步提高CAR-T的殺腫瘤效率。這種策略顯著拓寬了CAR-T的細(xì)胞來源,使得CAR-T細(xì)胞療法更具商業(yè)化前景。

4 結(jié)語

2012 年一名叫 Emily 的化療不敏感白血病小患者接受了CAR-T治療后,到今年已經(jīng)第 4年無癌生存。CAR-T 技術(shù)為腫瘤治療開啟了新的篇章,眾多的科學(xué)家仍在積極探索研究中,多家大型制藥企業(yè)也在關(guān)注和投資。目前主要競爭者為諾華、朱諾治療公司以及美國凱特公司。CAR-T細(xì)胞治療有望在明年獲得上市批準(zhǔn),造福更多的患者。優(yōu)化 CAR-T的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出性能高,又安全的 CAR-T 以及CAR-T細(xì)胞的大規(guī)模生產(chǎn)是當(dāng)前所面臨的技術(shù)難關(guān)。今后 CAR-T細(xì)胞治療新策略在于:①多靶標(biāo)的CAR-T,臨床前實(shí)驗(yàn)顯示出更強(qiáng)的抗瘤效應(yīng);②CAR-T細(xì)胞治療技術(shù)仍需與其他治療手段相配合來達(dá)到最佳治療效果;③異體CAR-T細(xì)胞的開發(fā);④CAR-T治療和免疫檢查點(diǎn)的單克隆抗體(例如PD-1,PD-L1)的聯(lián)合使用。隨著技術(shù)的不斷改良優(yōu)化,臨床經(jīng)驗(yàn)的積累,多方面資源的整合,我們期待它將會為腫瘤患者們帶來更多的驚喜。

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