嵌合抗原受体T细胞治疗肿瘤的研究进展

刘佃花 陈海飞 李群益 施孝金

摘 要 近年来，嵌合抗原受体T细胞（chimeric antigen receptor T cells， CAR-T细胞）治疗血液系统肿瘤获得令人满意的疗效。嵌合抗原受体是经基因工程技术改造过的受体，可使T细胞特异性地靶向肿瘤细胞，通过直接激活免疫系统而清除肿瘤细胞。CAR-T细胞治疗血液系统肿瘤还存在脱靶效应和可能导致炎症因子风暴等问题；用于实体瘤治疗则虽安全性和有效性已得到证实，但疗效尚待提高。本文就CAR-T细胞的发展历程、临床应用、存在问题和未来发展方向作一概要介绍。

关键词 嵌合抗原受体T细胞 肿瘤 免疫治疗

中图分类号：R979.19； R730.51 文献标志码：A 文章编号：1006-1533（2020）15-0022-03

Advances of chimeric antigen receptor T cells therapy for cancer

LIU Dianhua1*， CHEN Haifei1， LI Qunyi1， 2， SHI Xiaojin1， 2**（1. Department of Pharmacy， Northern Division of Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 201907， China； 2. Department of Pharmacy， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）

ABSTRACT In recent years， chimeric antigen receptor T cell （CAR-T cell） as a viable medicine has achieved remarkable efficacy in the treatment of hematologic tumors. It is a genetically engineered receptor and this modified receptor can make T cell specifically target to recognize tumor cells. The T cell with the modified receptor has powerful immunological functions， which can directly activate the immune system and eliminate malignant cells. There are still some problems such as off-target effect and inflammatory factor storm in the treatment of hematologic tumors with CAR-T cell therapy. The safety and efficacy of CAR-T cell in the treatment of solid tumors have been proven， but its efficacy remains to be improved. This paper mainly reviews the development history， clinical application， challenges and future development direction of CAR-T cell.

KEY WORDS chimeric antigen receptor T cells； tumor； immunotherapy

很多腫瘤可抵御现有的多种治疗手段，所以科学家们一直在探找新的肿瘤治疗方法。嵌合抗原受体T细胞（chimeric antigen receptor T cells， CAR-T细胞）是一类利用患者自身的免疫功能治疗肿瘤的免疫疗法药物，其经过近30年的发展，现已由基础研究走向临床应用，对血液系统肿瘤的疗效显著，可大幅提高复发或难治性B细胞肿瘤患者的长期生存率。CAR-T细胞是当今肿瘤治疗药物研究领域中的主要热点之一。

1 CAR-T细胞及其作用机制

1.1 CAR-T细胞

T细胞在通过免疫系统对抗疾病方面发挥着重要作用，但T细胞不能特异性地识别肿瘤细胞。CAR-T细胞是将人工设计的外源性嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor， CAR）导入到T细胞内后得到的一种改造过的T细胞，这种T细胞已具有特异性地结合肿瘤抗原的能力，经体外规模化增殖后，以适合的剂型回输至患者体内，即能发挥识别并清除肿瘤细胞的作用。CAR为跨膜融合蛋白，由胞外部分和胞内信号域组成，其中胞外部分包括单链可变片段、铰链区和跨膜区，它们被有序组装在T细胞上。CAR-T细胞的CAR融合了两种单独的蛋白结构域，一种赋予T细胞识别肿瘤抗原能力，另一种刺激T细胞活化[1]。在CAR-T细胞识别肿瘤抗原的同时，T细胞活化，继而发挥T细胞杀伤作用。

CAR-T细胞的制备及应用过程大致为：先自肿瘤患者身上抽取一定量的血液，分离出白细胞、T细胞，然后对T细胞进行基因工程技术改造，得到CAR-T细胞，后者能够识别某些肿瘤细胞表面的特定标志物。CAR-T细胞经体外增殖，再以适合的剂型回输至患者体内，发挥识别并清除肿瘤细胞的作用。

1.2 发展历程

以色列免疫学家Gross等[2-3]和Eshhar等[4]于20世纪90年代初开发了第一代CAR-T细胞。美国血液学家Porter等[5]于2011年在宾夕法尼亚大学儿童医院进行了首项CAR-T细胞治疗临床试验。2013年Grupp等[6]报告，1例经多次治疗、反复复发的儿童B细胞急性淋巴细胞白血病（B-cell acute lymphoblastic leukemia， B-ALL）患者在接受抗CD19的CAR-T细胞治疗后获得治愈。2017年美国FDA批准了第一个CAR-T细胞产品诺华制药公司的tisagenlecleucel，用于治疗复发或难治性B-ALL，标志着CAR？T细胞免疫疗法就此正式进入临床应用。

自提出CAR-T细胞概念至今，CAR-T细胞的发展已历经三代。第一代CAR-T细胞采用CD3的免疫受体酪氨酸激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif）作为其受体胞内域的刺激信号，但CAR-T细胞在回输至患者体内后无法增殖，仅产生一过性效应。第二代CAR-T细胞的受体胞内域采用CD28或4-1BB共刺激因子，显著增强了CAR-T细胞的增殖、细胞因子分泌和肿瘤细胞清除能力[7-8]，目前已获临床应用的就是第二代CAR-T细胞产品。第三代CAR-T细胞的受体胞内域采用多种共刺激因子，如CD28和4-1BB，或CD28和OX40[9]。

2 CAR-T细胞的临床应用

2.1 治疗血液系统肿瘤

CAR-T细胞对血液系统肿瘤的疗效显著。CD19是B细胞发育所必需的，其在B细胞恶性肿瘤上高表达，但在B细胞谱系外无表达。因此，特异性地靶向CD19的CAR-T细胞能有效治疗B细胞恶性肿瘤，包括复发或难治性B-ALL、慢性淋巴细胞白血病和淋巴瘤。目前，美国FDA批准的两个CAR-T细胞产品均靶向CD19[10]。不过，尽管抗CD19的CAR-T细胞的疗效突出，但仍有部分患者在治疗后复发。大多数B-ALL也高表达CD22。Fry等[11]进行了一项靶向CD22的CAR-T细胞治疗B-ALL患者的临床研究，结果显示有73%（11/15例）的患者获得完全缓解。该研究还发现，抗原逃逸是B-ALL获得性耐药的一种机制。但与抗原丢失不同的是，经靶向CD22的CAR-T细胞治疗后的复发与CD22的表达减少有关。针对抗原逃逸问题，研究者们也在尝试开发靶向多种肿瘤抗原如CD19/CD22的CAR-T细胞，以同时识别CD19和CD22。

2.2 治疗实体瘤

CAR-T细胞对难治性淋巴细胞白血病和非霍奇金淋巴瘤疗效显著，但对实体瘤疗效欠佳，要用于实体瘤治疗还面临很大的挑战。例如，实体瘤组织致密，CAR-T细胞在实体瘤组织中的浸润性很低；实体瘤的免疫抑制性微环境会导致CAR-T细胞衰竭；CAR-T细胞治疗实体瘤易发生抗原逃逸造成的脱靶效应等。目前，一些开发公司正在进行CAR-T细胞治疗实体瘤的临床研究，这些CAR-T细胞靶向癌胚抗原、表皮生长因子受体和人表皮生长因子受体-2[12]等。初步研究结果提示，CAR-T细胞治疗实体瘤安全，但疗效还待提高。CAR-T细胞治疗实体瘤的现主要问题是须增强CAR-T细胞对实体瘤组织的浸润能力，可采用的策略包括：一是可通过传统的肿瘤放、化疗方法先诱导产生局部炎症状态，以利于随后使用的CAR-T细胞对实体瘤的渗透；二是再在CAR-T细胞上导入趋化因子受体，利用此受体可与肿瘤微环境中富含的趋化因子受体配体结合的性质，使CAR-T细胞更有效地靶向实体瘤部位。临床前研究表明，导入并表达趋化因子受体CXCR2的CAR-T细胞的实体瘤杀灭能力显著提高[13]。CAR-T细胞联合免疫检查点抑制剂或程序性细胞死亡受体配体-1抑制剂治疗的抗肿瘤作用也较单用CAR-T细胞显著提高[14]。

3 CAR-T细胞治疗存在的问题

3.1 炎症因子风暴

使用CAR-T細胞治疗可能使患者血清炎症因子水平急剧升高，这种现象被称为炎症因子风暴，可导致患者出现发热、低血压、低氧血症和器官功能障碍等。炎症因子风暴的发生机制为：当CAR-T细胞的胞外部分与靶抗原结合后，在胞内信号域的作用下，CAR-T细胞短时间内急剧增殖、活化，分泌大量的炎症因子，如白细胞介素-6、白细胞介素-10和α-肿瘤坏死因子等，产生炎症因子毒性反应。

有研究指出，经靶向CD19的CAR-T细胞治疗后，71%的患者会出现炎症因子风暴，以发热症状为主；12%的患者表现为低血压、低氧血症等重度炎症因子风暴症状[15]。CAR-T细胞产品所致炎症因子风暴中的主要炎症因子为白细胞介素-6。托珠单抗（白细胞介素-6拮抗剂）是美国FDA批准用于炎症因子风暴的一线治疗药物，大多数出现炎症因子风暴的患者对托珠单抗和糖皮质激素治疗敏感[16]。

3.2 脱靶效应

以靶向B细胞成熟抗原（B-cell maturation antigen， BCMA）的CAR-T细胞为例，这类CAR-T细胞对多发性骨髓瘤的疗效显著，但仍有部分患者在治疗后复发，原因可能是肿瘤细胞表达BCMA减少造成的脱靶效应。CD139是细胞表面的一种糖蛋白，其在多发性骨髓瘤患者中高表达。针对抗原逃逸问题，有研究者制备了能同时靶向BCMA和CD139的CAR-T细胞，发现其抗骨髓瘤作用增强[17]。为提高CAR-T细胞治疗的精准性，未来设计多靶点CAR-T细胞可能是达到此目标的有效途径之一。

3.3 中枢神经毒性

CAR-T细胞治疗的中枢神经毒性多与炎症因子风暴同时出现，推测是高水平的炎症因子进入并损害脑内环境所致。对CAR-T细胞的中枢神经毒性，目前单纯的炎症因子水平检测不能准确预测其发生。

4 展望

CAR-T细胞的问世及其临床应用是肿瘤治疗史上的一大进步。不过，尽管CAR-T细胞对血液系统肿瘤的疗效显著，但其治疗患者的炎症因子风暴和中枢神经毒性发生率似偏高，临床上应注意不良反应管理问题。此外，CAR-T细胞用于实体瘤治疗也还面临诸多挑战。随着T细胞工程、基因编辑等先进技术的不断发展和成熟，未来或许可对其他类型的细胞（如诱导性多能干细胞，造血干细胞和自然杀伤细胞）也进行类似的改造，从而用于治疗其他疾病，如传染病、器官移植后排异反应和自身免疫性疾病等。

参考文献

[1] June CH， OConnor RS， Kawalekar OU， et al. CAR T cell immunotherapy for human cancer [J]. Science， 2018， 359（6382）： 1361-1365.