嵌合抗原受体修饰T细胞及其免疫治疗的研究进展

凤晓锋

（上海交通大学生命科学技术学院，上海 200030）

1 嵌合抗原受体T细胞免疫疗法

目前，手术、化疗、放射性治疗和靶向治疗已经成为癌症治疗中四个最主要的治疗方法，但它们对于癌症治疗的效果却一直都不尽如人意。如今随着科学技术的飞速发展，采用嵌合抗原受体（chimeric antigen receptors，CARs）修饰的T细胞（CAR-T细胞）治疗肿瘤的方法渐渐成为了最具潜力、发展最为迅猛的癌症治疗方法。

CAR-T（Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy，嵌合抗原受体T细胞免疫疗法）通过采集患者外周静脉血中分离出T细胞，在多因子细胞诱导下大量扩增，并引入靶向肿瘤抗原的嵌合抗原受体（CAR）。CAR的修饰可使T细胞在获得靶向杀伤能力的同时获得更强的增殖及抗凋亡的能力，其肿瘤杀伤作用的发挥也不会受到主要组织相容性复合体（MHC）的限制[1]，最后通过静脉或皮内注射等手段回输入患者体内来达到杀伤肿瘤的目的。由于该T细胞肿瘤靶向的持续扩增能力和杀伤活性，保证了其对肿瘤细胞造成持续有效的杀伤力，从而使病人得到治愈。

2 嵌合抗原受体T细胞免疫疗法的发展历程

1989年，Gross G及其团队第一次提出了“嵌合受体”的概念，他将T细胞受体的可变区用单链抗体替代，由此得到了具有靶向性的T细胞。CARs包含了一个细胞外的抗原识别区域和一个细胞内的信号区域。抗原识别域最常由scFv组成，它通过铰链结构域或跨膜结构域固定在细胞上，用来结合肿瘤相关抗原（TAA）。细胞内由激活T细胞必需的信号域组成[2]。

第一代的CARs通常使用CD3ζ信号链，基本解决了由于肿瘤细胞MHC丢失而引起的免疫逃逸问题。其CAR改造的T细胞的有效性已经有多个临床实验进行检验，其中包括Lamers用抗AIX的CAR-T联合或不联合IL-2注射的方案治疗转移性肾透明细胞癌、Kershaw用抗叶酸a受体的CAR改造T细胞治疗卵巢癌、Park用CAR改造的L1-CAM（L1细胞粘附分子，CD171）CD8+细胞过继治疗神经母细胞瘤、Louis和Pule分别用病毒和非病毒特异的两群GD2靶向的CAR-T细胞治疗神经母细胞瘤患者等[3]。虽然第一代的CAR-T细胞在临床试验中没有表现出了显著的功效，但同时也为今后的实验积累了宝贵的经验。

第二代和第三代的CAR-T是在第一代CAR-T的基础上，增加了一个额外的刺激信号域，从而用来提高T细胞的活性、增殖量以及存活的时间。但与第一代CAR-T细胞相比，其虽然缓解了部分肿瘤，但是其副作用也增强了。其中患有结肠癌的病人在接受了ERBB2靶向的CAR-T（CD28/4-1BBCD3z）的治疗后第5天死亡，究其原因是改造T细胞的“靶向/非肿瘤”靶向致使促炎症性细胞因子大量释放，引起多器官衰竭最终导致死亡[2]。

CAR-T对于其中细胞表面不表达靶抗原的细胞就无法对其进行杀伤，因此Chmiclcwski设计了第四代 CAR-T-TRUCKs（T cells redirected for universal cytokine killing），他通过激活下游转录因子NFAT（nuclcar factor activated T cells）来诱导表达促炎细胞因子白介素-12，从而诱导其他免疫细胞清除不表达靶细胞抗原的肿瘤细胞[1]。

3 嵌合抗原受体T细胞免疫疗法效果

随着CAR-T技术不断地更新换代，以及技术的不断完善和成熟。在2011年，美国宾夕法尼亚大学卡尔·朱恩（Carl H.June）教授团队用CAR-T疗法治疗慢性淋巴细胞白血病患者领域获得重大突破。

2012年，年仅只有6岁的儿童白血病患者Emily在费城儿童医院接受了试验性CAR-T细胞疗法。她是全世界第一位接受白血病基因改造治疗的儿童，尽管在治疗期间出现了严重高烧、血压下降、肺充血等一系列副作用，但她最终还是奇迹般地恢复了健康。至今已经过去六年，她的病情得到了治愈，成为了全球首个CAR-T细胞疗法的获益者。CAR-T细胞疗法对于肿瘤良好的治疗效果激励着无数医药界科研工作者投身到CAR-T细胞疗法的研究中，同时也增加了人们对于CAR-T细胞疗法的信心。这些似乎也都预示着，免疫疗法的时代已经到来了。

2014的7月，Novartis公司的CTL019获得美国FDA“突破性药物”资格。在有关于CTL019项目的有效性方面，Novartis公司在2015年6月1日举行的第51届美国临床肿瘤学学会（ASCO）年会上公布了研究结果。研究结果涉及19例可评估应答的成人患者。通过研究发现，13例成人患者对CAR-T治疗期间产生应答。另外在这项研究中，2例患者在T细胞扩增高峰期出现3级或3级以上细胞因子释放综合征（CRS）[4]。这些数据表明了CTL019对于改善特定类型B细胞淋巴瘤患者结局方面的潜在作用。

2017年8月30日，FDA宣布Novartis公司的CAR-T疗法CTL019（商品名Kymriah）正式获批上市，这是全球第一款获批的CAR-T疗法，用于治疗难治或至少接受二线方案治疗后复发的B细胞急性淋巴细胞白血病（ALL）。同年10月19日，FDA宣布批准了Kite Pharma的CAR-T疗法Yescarta（axicabtagene ciloleucel）上市，其主要治疗罹患特定类型的大B细胞淋巴瘤成人患者、包括弥漫性大B细胞淋巴瘤、转化型滤泡性淋巴瘤、原发纵隔B细胞淋巴瘤。随着这两款重磅CAR-T药物的上市，也正式拉开了CAR-T细胞治疗肿瘤的序幕。

4 嵌合抗原受体T细胞免疫疗法面临的挑战

CAR-T已经在治疗血液瘤所取得了瞩目的成就，但是该技术也存在细胞因子释放综合症和脱靶效应等临床应用风险。Juno公司（曾经CAR-T领域的三驾马车之一）就因为在开展的JCAR015临床试验中出现了5名患者出现了脑水肿死亡事件，而不得不终止了其JCAR015项目，从而落后于其两大竞争对手（Novartis和Kite Pharma）。所以在关注其有效性的同时，更应该对其安全性加以重视。即使已经批准上市的Kymriah和Yescarta也无法避免其CAR-T治疗所带来的副作用可能对患者带来的危害。目前已知CAR-T治疗可能带来的副作用包括细胞因子释放综合症（Cytokine release syndrome，CRS）、神经毒性（Neurological toxicity）、全身性过敏反应（Anaphylaxis）和脱靶效应（On-target/off-tumor recognition）等。其中CRS是CAR-T细胞治疗中最常见的副作用，严重的CRS可以致人死亡。现在已知Kymriah的其他严重副作用还包括严重感染、低血压、急性肾损伤、发热和缺氧等。因此在保证CAR-T疗效的同时，保证其安全性就显得尤为重要。如今完整规范化的临床操作、逐步增加的给药方式以及病人的实时监控都是行之有效的方法，它可以降低一些可以避免的临床风险。面对脱靶效应问题，Kloss教授及其团队将CAR细胞拆分为2个部分，一条scFv的下端融合CD3ζ结构域，另一条scFv的下端融合CD28和4-1BB结构域；只有当T细胞同时识别2种抗原时，才能被完全激活，从而减少了T细胞的脱靶效应。而当大部分患者出现轻度CRS副作用时可通过联合用药的方式得以减缓，例如使用依那西普（Etanercept）或托珠单抗（Actemra）等药物来辅助治疗某些特异性细胞因子升高所导致的CRS反应。

5 结束语

目前，CAR-T技术尚处于发展的初期。它在治愈血液瘤方面取得了瞩目的成就，但由于实体瘤复杂的微环境，它对于实体瘤中的治疗效果远还没有达到人们希望的疗效。虽然现在CAR-T还有其治疗的局限性，但是越来越多创新技术和想法也渐渐整合进CAR-T细胞治疗当中来了。例如嵌合抗原受体现在也不仅仅用来修饰T细胞，它还可以用来修饰CIK细胞、NK细胞以及γδT细胞，一种更加通用性的谦和抗原受体框也已经在构建中，它最终希望可用于同时或依次靶向多种肿瘤抗原等。现在CAR-T通常都是使用逆转录病毒或慢病毒技术感染T细胞。这种方法可导致CAR基因被随机插入受体细胞的基因组中，从而可能会造成不必要的遗传副作用。因此Sadelain博士及其团队尝试使用CRISPR系统编辑T细胞中TRAC基因，从而把CAR基因插入到特定位置，来避免CAR基因随机插入其造成的遗传副作用[5]。可以预见在未来的道路上CAR-T技术将是机遇和挑战并存，CAR-T技术还蕴藏着无穷大的潜力等待着人们去挖掘，治愈肿瘤的梦想也许也并不是那么遥不可及。

[1]陈骋,李宗海.嵌合抗原受体修饰的T细胞的临床应用及研究进展[J].肿瘤,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.