Nature Medicine综述 | CAR-T疗法：万里长征第一步

来源：BioArt

撰文 | 我的闺蜜老红帽

嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（Chimeric antigen receptor T cell therapy，简称CAR T疗法）在B细胞恶性肿瘤治疗中取得了极为鼓舞人心的效果，也因此加速了CAR T疗法的临床应用，并且成为美国食品和药物管理局（FDA）首个认证的用于治疗癌症的细胞疗法。

2019年9月9日，来自斯坦福大学的Robbie G. Majzner和Crystal L. Mackall在Nature Medicine上发表题为 Clinical lessons learned from the first leg of the CAR T cell journey 的综述文章，详细解析了时至今日CAR T疗法的现状未来，主要探讨了影响CAR T疗法的因素以及如何改善疗效。

一、CAR T疗法是什么？

嵌合抗原受体T细胞（Chimeric antigen receptor T cell，简称CAR T cell）是一种经过基因改造，集原来的T细胞功能与新的抗原识别功能于一身的“超级”T细胞。而CAR T疗法则是利用CAR T细胞识别和攻击癌细胞，从而治疗癌症的细胞疗法。

如下图所示，科学家从人体中获得T细胞，利用基因工程，让这些T细胞特意性表达一类受体，再将改造后的T细胞重新输入人体。因为这些受体可以特异识别癌细胞的表面抗原，所以，转输回人体的T细胞可以针对性攻击癌细胞，对正常细胞不会产生影响。

二、 影响CAR T疗法临床效果的因素有哪些？

目前学界普遍认为，CAR T疗法成功与否的三大因素分别为肿瘤的类型（disease histology）、T细胞自身增殖效率和T细胞的活性。

2.1 肿瘤类型

CAR T疗法最先用于治疗B细胞恶性肿瘤，包括B细胞急性淋巴性白血病（B-cell acute lymphoblastic leukemia，简称B-ALL），慢性淋巴性白血病（Chronic lymphocytic leukemia，简称CLL）和大B细胞淋巴瘤（large B cell lymphoma，简称LBCL）。其中，B-ALL和CLL都是骨髓来源的恶性肿瘤。CD19是B细胞的表面最为特异的标志分子，而改造T细胞CD19受体的CD19.28z-CAR T和CD19.BBz-CAR T两种疗法对这三种B细胞恶性肿瘤都具有一定程度的治疗效果。

下面这幅图表形象的表示了不同类型的肿瘤，对不同CAR T疗法的响应。每一行代表一类肿瘤的治疗效果和可能是失败原因。每一个小人代表10%的患者，方框中的小人数目代表这一类失败或是成功原因的患者占全部患者（100%）的比例。

首先，对于每种肿瘤，技术失误（Manufacturing failure）都大概导致了10%的失败率。随着技术的逐渐进步成熟，失败率有望控制在10%以下。

其次，不同肿瘤对CAR T疗法的初级抗药性（Primary resistance）区别很大，初次使用CAR T疗法，80%左右的B-ALL患者都有不同程度的初步治疗效果，仅有10%左右的患者出现抗药性。而仅仅30%左右的CLL患者具有初步治疗效果，60%的患者都出现抗药性。LBCL患者的响应在二者之间。

再次，在这些具有初步治疗效果的患者中，又有一大部分病情复发。对于CAR T所针对的靶标CD19，一部分高表达CD19（即抗原阳性，图中表示为Antigen+），另一部分低表达甚至是不表达，极为抗原阴性（Antigen-）。对于B-ALL患者，抗原阳性患者在CD19.28z-CAR T治疗后更容易复发，可能因为这一疗法主要进行短时程作用，而抗原阴性患者则在CD19.BBz-CAR T治疗后更加容易复发，这也许基于这一疗法主要介导持续的免疫反应。对于LBCL患者，其抗原表达与否对疗效的影响及其原因仍然未知，但一半左右的复发患者抗原呈阴性。

2.2 CAR T细胞增殖效率

临床研究证实，转输回人体的CAR T细胞要想迅速而有效地增殖，从而发挥作用，需要首先清除人体自身的淋巴细胞。这样做有两点好处，一是可以增加IL-7，IL-15等细胞因子的表达，而这些细胞因子，在T细胞增殖上起促进作用。二是可以在一定程度上减弱调节性T细胞的作用，这类细胞通常认为可以抑制T细胞的增殖和活化。另外，虽然没有大批量成体系的研究支持，环磷酰胺（cyclophosphamide）和氟达拉滨（fludarabine）联合用药，可以显著提高T细胞的增殖效率和作用时间。对于LBCL患者，单独使用环磷酰胺，CD19.BBz-CAR T疗法的治愈率低于10%，而环磷酰胺-氟达拉滨联合用药，治愈率可以提高到50%。究其原因，是因为氟达拉滨有助于清除淋巴细胞，并提高IL-15的水平，从而减弱机体对CAR T细胞的排异反应。

2.3 CAR T细胞的活性

给CAR T细胞上连有共刺激分子可以显著提高其活性，CD28和4-1BB就是两种T细胞的共刺激分子，也由此定义了上文提到的两种CAR T治疗方法：CD19.28z-CAR T和CD19.BBz-CAR T。比较二者发现，CD19.28z-CAR T增殖速率快，水平高，但是持续时程较短，仅仅一到两个月。而CD19.BBz-CAR T增殖相对较少较慢，但持续时间却很长，甚至是长达数年。当然，造成二者区别的原因目前仍不甚清楚，但很有可能与下游线粒体变化相关。

CAR-T细胞的增殖同样会给人体带来毒副作用，目前已知的两大毒副作用分别为细胞因子释放综合征（cytokine-release syndrome，简写为CRS）和神经毒性（CAR-associate neurotoxicity）。CRS表现为接受CAR T治疗的患者体内高水平的炎性因子，包括IL-1和IL-6，从而导致患者有类似脓毒血症的症状。而神经毒性的原因尚不清楚，很可能与中枢神经系统的内皮细胞变化有关。

不同的肿瘤种类，CD19.28z-CAR T和CD19.BBz-CAR T两种疗法的毒副作用表现也不甚相同。对于B-ALL的患者来说，毒副作用主要来自于T细胞增殖，而共刺激分子是CD28还是4-1BB，则影响不大，所以，两种疗法的毒副作用也颇为相似。但是，对于LBCL的患者来说，采用CD19.BBz-CAR T疗法，毒副作用较轻。

三、如何改善CAR T疗法的临床效果？

虽然用CAR T细胞疗法治疗恶性肿瘤已经取得了阶段性成果，但是，如何提高治愈率，降低毒副作用，并推广至其它实体瘤治疗，仍旧是学界亟待解决的问题。下图针对不同问题给出了几种解决方案：

第一、克服T细胞运输问题

CAR T细胞通常是通过静脉注射转输回人体，接下来，游走全身，寻找肿瘤。但是，CAR T细胞很难进入实体瘤内部，也不能通过血脑屏障攻击脑部肿瘤。基于这一问题有两种解决方案，一是在CAR T细胞上同时表达趋化因子受体，这样，CAR T细胞就可以跟随趋化因子到达病灶；二是可以通过手术和显微注射手段，将CAR T细胞直接注射到病灶位置。

第二、克服肿瘤异质性问题

异质性是恶性肿瘤的基本特征之一。临床报道指出，肿瘤复发很大程度上与CAR T治疗所导致的CD19靶点丢失有关。作者同样提出了两种解决方案，一是尽量多加入攻击靶点，二是寻找方法激活机体自身的抗肿瘤免疫反应。

第三、提高T细胞活性

导致T细胞活性降低的因素是多方面的，内因主要为T细胞与抗原结合或炎症反应而消耗殆尽。外因主要是内环境中游离的细胞因子和配基，例如TGF-beta和PD-L1，这可以通过加入捕获分子来中和其作用，比如针对PD-L1的PD-L1抗体。

第四、提高T细胞增殖效率

CAR-T细胞疗法成败与否，主要依赖于CAR T细胞是否可以在体内增殖，从而杀伤肿瘤细胞。这些细胞要么消耗殆尽，要么成为记忆性T细胞，用于对抗可能的肿瘤复发，4-1BB这样的共刺激分子对CAR T细胞持续作用起到了十分积极的作用。另外，一些细胞因子，比如IL-12，也可以促进T细胞的增殖和持续作用。

四、结论与展望

CAR T细胞疗法在B细胞相关恶性肿瘤的治疗上取得了显著的成果，而且，部分研究指出，这一疗法对于一些实质瘤患者也有帮助。随着生物基因工程技术的逐渐发展成熟，对于T细胞的特异性改造完全可行，这也为学界带来一个问题，也就是如何慎重挑选作用靶点进行人体测试。时至今日，CAR T细胞疗法在B细胞相关恶性肿瘤主要挑战有二，一是基于肿瘤异质性的靶点丢失，二是T细胞自身的局限性。接下来学者们应致力于如何解决这些问题，从而提高CAR T细胞疗法治愈率，并推广至其它实体瘤。革命尚未成功，同志仍需努力。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41591-019-0564-6