徐廣賢
(廣東醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院/廣東省醫(yī)學(xué)分子診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東東莞 523808)
CAR-T 細(xì)胞治療概念最初于1989 年提出,是一種過繼性細(xì)胞治療方法。CAR-T 細(xì)胞療法是在體外利用基因工程的方法修飾患者外周血T細(xì)胞,賦予T 細(xì)胞靶向識(shí)別腫瘤細(xì)胞表面抗原的特性,經(jīng)體外擴(kuò)增培養(yǎng)后回輸?shù)交颊唧w內(nèi)進(jìn)行治療腫瘤的方法。CAR-T 細(xì)胞療法已廣泛應(yīng)用于臨床惡性血液腫瘤領(lǐng)域,但是仍舊存在諸多不足且面臨極大挑戰(zhàn)。本文總結(jié)了CAR-T 細(xì)胞治療在腫瘤免疫治療中的最新研究進(jìn)展,同時(shí)歸納了可能的解決方案,以期為CAR-T 細(xì)胞治療適用性提供理論基礎(chǔ)。
CAR 結(jié)構(gòu)自提出至今,經(jīng)歷了四代CAR 結(jié)構(gòu)的演變與優(yōu)化,具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。第一代CAR 是以TCR結(jié)構(gòu)和抗體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行模擬改造,僅包含負(fù)責(zé)識(shí)別腫瘤細(xì)胞的胞外抗原識(shí)別區(qū)、跨膜區(qū)和CD3ζ信號(hào)傳遞區(qū)。第一代CAR 設(shè)計(jì)是將三硝基苯基(Trinitrophenyl,TNP)抗體的可變區(qū)同TCR 恒定區(qū)相融合表達(dá),轉(zhuǎn)導(dǎo)T 細(xì)胞后此種結(jié)構(gòu)可穩(wěn)定表達(dá)于T 細(xì)胞表面,以MHC 非限制性識(shí)別殺傷靶細(xì)胞并分泌IL-2[1-2]。盡管第一代CAR-T 細(xì)胞在體外具有腫瘤殺傷優(yōu)勢(shì),但在臨床實(shí)驗(yàn)中CAR-T 細(xì)胞擴(kuò)增能力及體內(nèi)持續(xù)時(shí)間有限,無法完全清除腫瘤細(xì)胞,導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)[3]。第二代CAR 借鑒了T 細(xì)胞活化經(jīng)典信號(hào),在第一代CAR 結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加1 個(gè)共刺激分子,如4-1BB(又稱CD137)或CD28,可使CAR-T 細(xì)胞活化水平,增殖能力得到顯著提升,臨床數(shù)據(jù)表明接受第二代CAR-T 細(xì)胞治療的患者腫瘤負(fù)荷得到長(zhǎng)期有效控制[4-5]。目前,新發(fā)現(xiàn)的共刺激分子包括可誘導(dǎo)共刺激分子(Inducible Costimulatory Molecule,ICOS)、OX40(又稱CD134)和CD40 等,第二代CAR 結(jié)構(gòu)也是臨床上應(yīng)用最為成熟的結(jié)構(gòu)[6-9]。第三代CAR 是在第二代CAR結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加1個(gè)共刺激分子,即同一CAR結(jié)構(gòu)中共表達(dá)2個(gè)共刺激分子。第三代CART細(xì)胞與第二代CAR-T細(xì)胞相比,其細(xì)胞毒性進(jìn)一步提升,Cappell等[10]的研究結(jié)果表明4-1BB 與CD28 共表達(dá)的CAR-T 細(xì)胞增殖及細(xì)胞因子釋放水平,均優(yōu)于僅含單個(gè)共刺激分子的CAR-T 細(xì)胞;同時(shí),Guedan等[6,11]構(gòu)建的ICOS-BBz CAR-T 細(xì)胞表現(xiàn)出更長(zhǎng)效的體內(nèi)持續(xù)時(shí)間。第四代CAR 又稱通用細(xì)胞因子介導(dǎo)殺傷的T 細(xì)胞(T cells redirected for universal cytokine killing,TRUCK T),是在第二代或第三代CAR基礎(chǔ)上共表達(dá)一些其他分子,這些分子包括促進(jìn)T 細(xì)胞增殖的IL-7、IL-15 和IL-21[12-15],或提升T 細(xì)胞效應(yīng)能力的IL-12 和IL-18 等[16-18],或趨化其他免疫細(xì)胞或CAR-T 細(xì)胞至腫瘤細(xì)胞周圍的C-C 基序趨化因子19(C-C motif chemokine 19,CCL-19)和CCL-21等[19]。
自2017 年FDA 批準(zhǔn)諾華與吉利德的CAR-T 細(xì)胞療法產(chǎn)品上市起,目前全球已有Kymirah、Yescarta、Tecartus、Breyanzi、Abecma、Relma-cel和Carvykti 共7款產(chǎn)品獲批,應(yīng)用于惡性血液腫瘤的治療,如B 細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血?。˙ cell acute lymphoblastic leukemia,B-ALL)、復(fù)發(fā)或難治性大B 細(xì)胞淋巴瘤(Relapsed or refractory large B-cell lymphoma,LBCL)、復(fù)發(fā)或難治性濾泡性淋巴瘤成人患者(Relapsed or refractory follicular lymphoma in adults,F(xiàn)L)、復(fù)發(fā)或難治性套細(xì)胞淋巴瘤成人患者(Relapsed or refractory mantle cell lymphoma in adults,MCL)和復(fù)發(fā)或難治性多發(fā)性骨髓瘤(Recurrent or refractory multiple myeloma,MM)[20-25]。Kymirah 是一種靶 向CD19 的CAR-T細(xì)胞免疫療法,該CAR結(jié)構(gòu)包含識(shí)別CD19的單鏈抗體(Single chain antibody fragment,ScFv)、4-1BB 和CD3ζ 的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)結(jié)構(gòu)域,其治療濾泡性淋巴瘤完全緩解率為69.1%(95%CI58.8%~78.3%),總緩解率為86.2%(95%CI77.5%~92.4%)[26]。Yescarta 也是一款靶向CD19 的CAR-T 細(xì)胞免疫療法產(chǎn)品,在治療大B 細(xì)胞淋巴瘤時(shí),83%的患者出現(xiàn)緩解,而標(biāo)準(zhǔn)治療組(接受2~3 輪化學(xué)免疫治療,然后對(duì)化學(xué)免疫治療有反應(yīng)的患者進(jìn)行大劑量化療和自體干細(xì)胞移植)僅50%緩解;Yescarta 組和標(biāo)準(zhǔn)治療組的完全緩解率分別為65%和32%;2 年總生存率分別為61%和52%;Yescarta組3級(jí)及以上細(xì)胞因子釋放綜合征發(fā)生率為6%,3 級(jí)及以上神經(jīng)事件發(fā)生率為21%[27]。Carvykti,即西達(dá)基奧侖賽注射液,是我國(guó)首款獲FDA 批準(zhǔn)上市的CAR-T 細(xì)胞產(chǎn)品,是一款靶向B 細(xì)胞成熟抗原(B-cell maturation antigen,BCMA)的CAR-T 細(xì)胞免疫療法,主要用于多發(fā)性骨髓瘤治療,臨床總緩解率高達(dá)98%(95%CI92.7%~99.7%),完全緩解為78%(95%CI68.8%~86.1%);在18 個(gè)月的中位隨訪時(shí)間中,中位緩解持續(xù)時(shí)間為21.8 個(gè)月(95%CI21.8%~無法預(yù)估)[28]。此外,有研究團(tuán)隊(duì)對(duì)全球首批接受CAR-T 細(xì)胞治療的患者進(jìn)行追蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn),CAR-T 細(xì)胞在這些患者體內(nèi)可存留長(zhǎng)達(dá)10 年之久,其中,CD8+CAR-T 細(xì)胞初始在效應(yīng)階段占主導(dǎo)群體,當(dāng)腫瘤負(fù)荷緩解后則由CD4+CAR-T 細(xì)胞維持機(jī)體持久的腫瘤清除[29]。
目前,CAR-T 細(xì)胞治療研發(fā)管線主要分布于美國(guó)與中國(guó),約占全球75%以上。臨床治療靶點(diǎn)以CD19、CD22、CD20、BCMA 為主,一些諸如CD38、唾液酸結(jié)合性免疫球蛋白樣凝集素(Sialic acid binding Ig-like lectin 6,Siglec-6)、白細(xì)胞免疫球蛋白樣受體B4(Leukocyte immunoglobulin-like receptor B4,LILRB4)、CD133[30]等新靶點(diǎn)也逐漸備受關(guān)注,旨在降低B 細(xì)胞發(fā)育不全的不良反應(yīng)并規(guī)避脫靶毒性[31-34]。CAR-T 細(xì)胞治療主要集中于血液腫瘤,如急性白血病、多發(fā)性骨髓瘤、淋巴瘤等,但針對(duì)實(shí)體瘤領(lǐng)域,雖然存在如癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen,CEA)、人類表皮生長(zhǎng)因子受體2(Human epithelial factor receptor 2,HER2)、神經(jīng)節(jié)苷脂2(Gangliosides 2,GD2)、前列腺特異性膜抗原(Prostate specific membrane antigen,PSMA)、磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(Glypican3,GPC3)、粘蛋白1(Mucoprotein1,MUC1)等在研靶點(diǎn),目前尚無CAR-T 產(chǎn)品獲批,其原因較為復(fù)雜[35]。
CAR-T 細(xì)胞治療雖然取得很矚目的成就,但是依然存在一定程度的不足,主要包括CAR-T 細(xì)胞生產(chǎn)批次差異大、慢病毒載體遞送CAR 基因的安全性、CAR-T 細(xì)胞脫靶效應(yīng)、CAR-T 細(xì)胞輸注后的免疫排斥及毒副作用、CAR-T 細(xì)胞體內(nèi)持續(xù)時(shí)間不足而導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)[36]。這些因素都會(huì)導(dǎo)致CAR-T 細(xì)胞治療效果不佳,對(duì)CAR-T 細(xì)胞治療存在極大挑戰(zhàn),亟待解決。此外,實(shí)體瘤治療中由于腫瘤微環(huán)境存在,特異性腫瘤相關(guān)抗原缺失等諸多因素導(dǎo)致CAR-T 細(xì)胞無法有效浸潤(rùn)至腫瘤周圍或內(nèi)部,從而無法殺傷腫瘤細(xì)胞[19,37],CAR-T 細(xì)胞在治療實(shí)體瘤領(lǐng)域面臨著諸多的挑戰(zhàn)。
CAR-T 細(xì)胞體外生產(chǎn)流程包括外周血獲取、單個(gè)核細(xì)胞分離、T 細(xì)胞激活、病毒轉(zhuǎn)染、CAR-T 細(xì)胞擴(kuò)增和質(zhì)檢等,生產(chǎn)全過程需無菌控制,同時(shí)防止不同產(chǎn)品之間的交叉污染,整個(gè)流程需2~4 周,其制備過程復(fù)雜,耗時(shí)且成本較高,這在一定程度上延遲了患者接受治療的最佳時(shí)間。首先,對(duì)T 細(xì)胞來源而言,有研究者直接采用患者外周血單個(gè)核細(xì)胞制備CART 細(xì)胞,也有研究者采用純化的T 細(xì)胞進(jìn)行CAR-T 生產(chǎn),二者之間的差異尚需深入研究。其次,CAR-T 細(xì)胞擴(kuò)增過程中需借助細(xì)胞因子刺激,補(bǔ)充血清或其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等,對(duì)CAR-T 細(xì)胞生產(chǎn)所需原材料有嚴(yán)格要求,且補(bǔ)加時(shí)必須保證無菌環(huán)境。最后,CAR-T 細(xì)胞在輸注前,需對(duì)內(nèi)毒素、支原體、化學(xué)試劑殘余等一系列潛在風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行質(zhì)檢。
目前,已上市的幾款CAR-T 細(xì)胞產(chǎn)品均采用病毒載體向T 細(xì)胞遞送CAR 基因,例如Kymriah,Yescarta 均采用慢病毒作為其載體[38]。以來源于HIV的慢病毒載體為例,其主要包含Gag、Pol、Env、Tat、Rev、Vif、Vpr、Vpu 和Nef 等關(guān)鍵基因,每個(gè)基因各司其職,在包裝質(zhì)粒的幫助下將外源基因整合至靶細(xì)胞基因組,實(shí)現(xiàn)外源基因的持續(xù)穩(wěn)定表達(dá)。然而,病毒載體依舊存在潛在致癌性,且病毒載體攜帶基因片段有一定局限性,無法容納較大基因,同時(shí)病毒載體在整合時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致插入突變。FDA推薦殘余DNA片段應(yīng)低于200 bp,且受CAR-T 細(xì)胞治療的患者需進(jìn)行長(zhǎng)期隨訪,以監(jiān)測(cè)病毒載體的副作用[38],同時(shí),對(duì)病毒載體的獲取,濃縮純化等工藝均需優(yōu)化。
基于此,目前非病毒載體如轉(zhuǎn)座子系統(tǒng),包括piggyBac 轉(zhuǎn)座子(PB)系統(tǒng)(P-BCMA-101)和睡美人(Sleeping Beauty,SB)轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)備受研究者青睞。其中在以SB 作為載體的CD19 CAR-T 治療復(fù)發(fā)難治性B 細(xì)胞淋巴瘤的長(zhǎng)期隨訪中證實(shí)該方法高效安全,毒副作用低[39]。同樣的,在抗白血病治療中也取得相似效果[40-41]。此外,采用該系統(tǒng)可精準(zhǔn)將外源基因遞送至目標(biāo)區(qū)域并且擴(kuò)增的CAR-T 細(xì)胞以TCM 表型為主[42-43]。
CD19 是目前研究最為成熟的腫瘤抗原靶點(diǎn),主要是其僅在B 系細(xì)胞表面表達(dá),其他細(xì)胞幾乎不表達(dá),且即使CAR-T 細(xì)胞殺傷正常B 細(xì)胞后也可通過補(bǔ)充免疫球蛋白彌補(bǔ)B 細(xì)胞暫時(shí)性的發(fā)育不全。但并不是所有腫瘤同B 細(xì)胞惡性血液腫瘤一般,它們表達(dá)異質(zhì)性的腫瘤相關(guān)抗原,且這些抗原在正常組織表面也大量表達(dá),因此,CAR-T 細(xì)胞將正常細(xì)胞視為殺傷對(duì)象,從而導(dǎo)致脫靶毒性[44-45]。
此外,臨床上常見的CAR-T 細(xì)胞回輸后出現(xiàn)細(xì)胞因子釋放綜合征(Cytokine release syndrome,CRS)與神經(jīng)毒性綜合征等不良反應(yīng),主要原因是CAR-T細(xì)胞及機(jī)體的其他免疫細(xì)胞一同釋放IL-1、IL-6、IL-10 等細(xì)胞因子導(dǎo)致CRS。根據(jù)患者臨床表征,CRS分為不同等級(jí),如輕度患者表現(xiàn)為全身發(fā)熱、惡心、頭痛等;中度患者表現(xiàn)為呼吸困難、低血壓、2 級(jí)器官毒性;重度患者則出現(xiàn)3 級(jí)器官毒性并伴有轉(zhuǎn)氨酶升高乏力出現(xiàn);極重度則表現(xiàn)為4 級(jí)器官毒性需機(jī)械通氣,已嚴(yán)重危及生命[46]。而IFN-γ、IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、粒細(xì)胞集落刺激因子(Granulocyte Colony-Stimulating Factor,G-CSF)、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞刺激因子(Granulocyte-Macrophage Colony-stimulating factor,GM-CSF)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein,MCP-1)、干擾素誘導(dǎo)蛋白10(Interferon induced protein 10,IP-10)等細(xì)胞炎性因子導(dǎo)致以嗜睡、疲勞、震顫、視聽幻覺、語言表達(dá)困難、書寫障礙、輕度嗜睡、注意力不集中等為主要表現(xiàn)的神經(jīng)毒性綜合征,更甚之,嚴(yán)重時(shí)可進(jìn)展為全面失語、大小便失禁、嚴(yán)重意識(shí)及運(yùn)動(dòng)障礙、癲癇發(fā)作和昏迷性腦水腫。根據(jù)患者臨床表現(xiàn)不同可分為不同等級(jí)[47]。
CAR-T 細(xì)胞回輸治療后的另一不良反應(yīng)作用為宿主抗移植物反應(yīng),一方面可能由于CAR 結(jié)構(gòu)中負(fù)責(zé)識(shí)別腫瘤抗原的胞外識(shí)別區(qū)單鏈抗體(ScFv)為鼠源;另一方面由于目前CAR-T 細(xì)胞治療“自體性”屬性,制備流程復(fù)雜,耗時(shí)長(zhǎng),若使用異源CAR-T 細(xì)胞則不可避免的導(dǎo)致移植物抗宿主病(Graft versus host disease,GVDH)發(fā)生[48-51]。
相關(guān)研究表明,在腫瘤抗原的持續(xù)刺激下,機(jī)體的T 細(xì)胞正常效應(yīng)水平被削減,且自身增殖及存活時(shí)間均下調(diào),即T 細(xì)胞處于耗竭狀態(tài)(PD-1+TCF-1-TIM-3+)[52-53]。當(dāng)然,CAR-T 細(xì)胞也存在相似表征,傳統(tǒng)體外擴(kuò)增的CAR-T 細(xì)胞群體中以效應(yīng)表型(CCR7-CD45RA?)為主,與Na?ve CAR-T細(xì)胞(CD45RA+CCR7L+)相比,雖然細(xì)胞因子分泌能力較強(qiáng)但該群體細(xì)胞增殖、自我更新能力極度下降(依賴于IL-7、IL-15)。同時(shí),抑制性受體程序性死亡因子1(Programmed death1,PD-1)、細(xì)胞毒性T 細(xì)胞淋巴細(xì)胞抗原4(Cytotoxic T cell lymphocyte antigen 4,CTLA-4)、T 細(xì)胞免疫球蛋白粘蛋白-3(T cell immunoglobulin mucin-3,TIM-3)、淋巴細(xì)胞活化基因3(Lymphocyte-activation gene 3,LAG-3)、T 細(xì)胞免疫球蛋白和ITIM 結(jié)構(gòu)域(T cell Ig and ITIM domain,TIGIT)、CD244(2B4)和CD160 等在該表型群體細(xì)胞中的表達(dá)持續(xù)增加或同時(shí)共同表達(dá)多個(gè)抑制性受體;效應(yīng)功能漸進(jìn)性降低,即IFN-γ、IL-2、顆粒酶B 和穿孔素分泌減少;代謝水平發(fā)生改變,CAR-T 細(xì)胞線粒體活性降低,由氧化磷酸化、脂肪酸氧化轉(zhuǎn)換為糖酵解、谷氨酰胺、支鏈氨基酸代謝,PI3K-AKT-mTOR 通路活化,儲(chǔ)備能力降低[54-58]。
也有文獻(xiàn)報(bào)道,患者臨床反應(yīng)與CAR-T 細(xì)胞體內(nèi)擴(kuò)增高度相關(guān),持續(xù)的CAR-T 細(xì)胞存在可控制腫瘤進(jìn)展[59]。然而回輸處于耗竭狀態(tài)的CAR-T 細(xì)胞后,由于線粒體活性削弱,其在患者體內(nèi)持續(xù)存活時(shí)間有限,無法有效維持一定數(shù)量效應(yīng)細(xì)胞;臨床分離的腫瘤患者T 細(xì)胞活化狀態(tài)受到影響,進(jìn)而體內(nèi)抗腫瘤反應(yīng)受到抑制。當(dāng)接受CAR-T 細(xì)胞治療的患者腫瘤負(fù)荷較低時(shí),其臨床反應(yīng)較佳,例如在治療中,初發(fā)性腫瘤患者臨床治療效果由于復(fù)發(fā)難治性,可能原因在于初發(fā)患者T細(xì)胞線粒體活性好,制備的CAR-T細(xì)胞質(zhì)量良好[60]。此外,CAR基因融合位點(diǎn)從表觀遺傳學(xué)角度調(diào)節(jié)T 細(xì)胞耗竭狀態(tài)而產(chǎn)生不同臨床反應(yīng)結(jié)果[61]。
CAR-T 細(xì)胞治療目前主要應(yīng)用于惡性血液腫瘤,實(shí)體瘤治療適用性并不理想,臨床尚無獲批產(chǎn)品。限制CAR-T 細(xì)胞對(duì)實(shí)體瘤領(lǐng)域應(yīng)用的原因可能因素如下:首先,缺乏腫瘤特異性抗原,不同于CD19,實(shí)體瘤腫瘤細(xì)胞一般異常表達(dá)多個(gè)靶點(diǎn),且這些異常表達(dá)的抗原在正常組織中也有表達(dá),例如目前針對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究靶標(biāo)包括PSMA、CEA、Her2、GD2、上皮細(xì)胞黏附分子(Epithelial cell adhesion molecule,EpCAM)和間皮素(Mesothelin)等[62-63];其次,最主要的因素當(dāng)屬腫瘤微環(huán)境,腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(Cancer-associated fibroblasts,CAFs)是腫瘤微環(huán)境中最主要的成分之一,構(gòu)成腫瘤基質(zhì)層并釋放一些抑制性細(xì)胞因子;Treg 細(xì)胞、骨髓來源抑制性細(xì)胞、M2型巨噬細(xì)胞等免疫抑制性細(xì)胞通過分泌TGF-β、IL-10 或其他細(xì)胞因子來負(fù)向調(diào)節(jié)CAR-T 細(xì)胞免疫反應(yīng);此外,實(shí)體瘤細(xì)胞丟失細(xì)胞因子受體,逃避免疫細(xì)胞監(jiān)視,CAR-T 細(xì)胞無法有效趨化至腫瘤細(xì)胞附近,歸巢能力受到抑制,而同樣的實(shí)體瘤治療中的免疫抑制性受體高表達(dá)抑制了CAR-T 細(xì)胞的有效活化,降低其效應(yīng)能力[35,64-65]。
首先,利用基因編輯技術(shù)優(yōu)勢(shì),敲除引起GVDH的相關(guān)基因,實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)貨通用”的CAR-T 細(xì)胞療法[66-67]。例如,基于TALEN 基因編輯技術(shù)將CAR 基因?qū)隩CRα 位點(diǎn)(TRACCART),將IL-12P70 導(dǎo) 入IL2Rα 或PDCD1 制備的通用細(xì)胞有效清除NSG 小鼠體內(nèi)腫瘤細(xì)胞,且臨床首批接受基于此技術(shù)制備的CAR-T 細(xì)胞白血病患者已得到緩解,僅出現(xiàn)低程度GVDH 表 現(xiàn)[68-69];基 于CRISPR-Cas9 編輯技術(shù)將CD19 CAR 定向遞送到T 細(xì)胞受體α 恒定區(qū)(T-cell receptor α constant,TRAC)基因座,該設(shè)計(jì)不僅獲得了通用CAR-T 細(xì)胞,而且增強(qiáng)了CAR-T 在急性淋巴細(xì)胞白血病小鼠模型中的擴(kuò)增能力以及改善因抗原刺激導(dǎo)致的CAR-T 細(xì)胞耗竭[70]。但也有研究報(bào)道,相比于TCR 敲除組CAR-T 細(xì)胞,內(nèi)源性TCR 促進(jìn)CAR-T 細(xì)胞持續(xù)[71]。因此,對(duì)于TCR 基因敲除后對(duì)CAR-T 細(xì)胞的影響尚需深入探究。同時(shí),研究者利用CRISPR-Cas9 技術(shù)篩選出Fas-FasL、p38 等多個(gè)新型腫瘤治療靶點(diǎn),這一發(fā)現(xiàn)將進(jìn)一步提升過繼性細(xì)胞治療適用性[72-73]。
其次,臍帶血及造血干細(xì)胞因其天然優(yōu)勢(shì)用于血液腫瘤移植性治療,采用臍帶血來源T 細(xì)胞/NK 細(xì)胞制備的CAR-T/CAR-NK 均可有效緩解GVDH 及CRS等毒副作用。在一項(xiàng)臨床研究中(NCT03056339),11 位復(fù)發(fā)難治性CD19 陽性腫瘤患者接受臍帶血來源CAR-NK 治療后,8 例患者對(duì)CAR-NK 反應(yīng)(73%),其中4 例淋巴瘤和3 例CLL 患者完全緩解,1 例患者部分緩解[74]。
控制CAR-T 回輸后的CRS、神經(jīng)毒性等不良反應(yīng)可通過調(diào)節(jié)CAR-T 細(xì)胞體內(nèi)活性達(dá)到緩解[75-76],例如Amatya 等[77]設(shè)計(jì)了一種攜帶自殺基因IC9 的SLAMF7 CAR-T 細(xì)胞,主要考慮到SLAMF7 除在MM細(xì)胞中表達(dá)外,在諸如NK細(xì)胞、淋巴細(xì)胞中也保持表達(dá)。添加自殺基因相當(dāng)于給CAR-T 細(xì)胞配置“剎車”系統(tǒng),使CAR-T 細(xì)胞清除MM 細(xì)胞后,通過添加AP1903 誘導(dǎo)其死亡。此外,有研究者設(shè)計(jì)了一對(duì)人正交IL-2(orthogonal IL-2,ortho-hIL-2)/IL-2Rβ(ortho-hIL-2Rβ)系統(tǒng),ortho-hIL-2 對(duì)表達(dá)ortho-hIL-2Rβ的細(xì)胞具有選擇性,可誘導(dǎo)表達(dá)ortho-hIL-2Rβ的CAR-T細(xì)胞增殖,而對(duì)野生型T細(xì)胞沒有明顯的信號(hào)傳導(dǎo)作用,通過體外給予或不給予ortho-hIL-2,可控制CAR-T 細(xì)胞的增殖水平[15]。FDA 指出采用類固醇可改善接受Yescarta 治療后的CRS(https://investors.gilead.com/news-releases/news-release-details/usfda-approves-new-label-update-car-t-cell-therapyyescartar);同時(shí),抑制IFNγ似乎可以阻止巨噬細(xì)胞和其他有助于驅(qū)動(dòng)細(xì)胞因子釋放綜合征的免疫細(xì)胞的激活且對(duì)CAR-T 細(xì)胞的抗腫瘤作用沒有明顯的負(fù)面影響[78]。
B 細(xì)胞發(fā)育不全是CD19 CAR-T 細(xì)胞治療后的另一主要不良反應(yīng),盡管臨床上采用免疫球蛋白補(bǔ)給治療,但仍存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。研究者發(fā)現(xiàn)給CAR-T細(xì)胞裝載一種B 細(xì)胞激活因子(B cell activating factor,BAFF)配體,可實(shí)現(xiàn)僅殺傷腫瘤細(xì)胞而對(duì)早期B 細(xì)胞無毒性,早期B 細(xì)胞則可以補(bǔ)充已被消耗的成熟B 細(xì)胞。主要原理為BAFF 可同B 系惡性腫瘤細(xì)胞表面表達(dá)的B 細(xì)胞活化因子受體(B cell-activating factor receptor,BAFF-R)、BCMA 和跨膜激活劑和CAML 相互作用劑(Transmembrane Activator and CAML Interactor,TACI)任一受體特異性結(jié)合,而早期B細(xì)胞卻幾乎不表達(dá)BAFF受體[45]。Hebbar等[44]構(gòu)建了一種靶向AMLGRP78 新型抗原的CAR-T 細(xì)胞,因?yàn)镚RP78 在AML 癌細(xì)胞表面上過表達(dá),但在骨髓造血祖細(xì)胞(Hematopoietic progenitor cells,HPCs)中不表達(dá),從而避免對(duì)B 細(xì)胞的殺傷;同時(shí)他們采用BCR-ABL 激酶抑制劑達(dá)沙替尼(Dasatinib)處理該CAR-T 細(xì)胞,阻滯了GRP78 CAR-T 細(xì)胞對(duì)自身的識(shí)別,提高了其適應(yīng)性,持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)從而有效清除腫瘤細(xì)胞。
CAR-T 細(xì)胞耗竭調(diào)節(jié)主要包括但不局限于如下策略:首先,基因編輯技術(shù)敲除或過表達(dá)耗竭相關(guān)基因,例如敲除細(xì)胞因子信號(hào)抑制因子1(Suppressor of Cytokine Signaling 1,SOCS1)可促進(jìn)CD4+T細(xì)胞增殖與存活潛能,且體內(nèi)結(jié)果表明抑制SOCS1表達(dá)可明顯改善CD4+CAR-T 細(xì)胞的持久性和CD8+CAR-T 細(xì)胞的功效[79]。在一代或二代CAR-T細(xì)胞中敲除DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A(DNA Methyltransferase 3A,DNMT3A)后,其增殖能力顯著提升,在接受長(zhǎng)期腫瘤抗原刺激也依舊表現(xiàn)出較強(qiáng)毒性,其可能通過抑制TCF7,CD62L,CD45RA 等記憶干性基因參與T 細(xì)胞耗竭調(diào)控[80]。同樣的,敲除或抑制胸腺細(xì)胞選擇相關(guān)的高遷移率族盒(Thymocyte selection associated high mobility group box,TOX)、核受體亞家族4 A(Nuclear receptor subfamily 4 group A,NR4A)、正性調(diào)控域鋅指蛋白1(Positive regulatory domain zinc finger protein 1,PRDM1)和CLB 等表達(dá)也可有效改善CAR-T 細(xì)胞耗竭狀態(tài)[80-87]。其次,優(yōu)化改善CAR-T 細(xì)胞培養(yǎng)基,包括細(xì)胞因子優(yōu)化與T 細(xì)胞分化的抑制劑兩種措施。例如CAR-T細(xì)胞在IL-15、IL-21培養(yǎng)下以記憶性表型為主體,而IL-2培養(yǎng)下則以末端效應(yīng)為主[15,88-89];補(bǔ)加DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑地西他濱(Decitabine),2-脫氧-D-葡萄糖(2-Deoxy-D-glucose,2-DG)等均促進(jìn)低分化CAR-T 細(xì)胞群體形成,有利于CAR-T 細(xì)胞在體內(nèi)維持自我更新及長(zhǎng)期存活特征,從而增加其對(duì)腫瘤細(xì)胞的清除能力。添加此類物質(zhì)可能通過對(duì)CAR-T細(xì)胞表觀遺傳學(xué)及代謝水平產(chǎn)生潛在影響[90-91]。同樣的,研究者也發(fā)現(xiàn)以4-1BB 為共刺激分子的CAR-T細(xì)胞表現(xiàn)為更強(qiáng)增殖能力與記憶樣表型,但CD28 CAR-T 卻以丟失增殖潛能為代價(jià)表現(xiàn)出更強(qiáng)的細(xì)胞毒性[10]。最后,聯(lián)合新技術(shù)篩選與驅(qū)動(dòng)T 細(xì)胞耗竭相關(guān)的基因,有研究者發(fā)現(xiàn)CD19-CAR-T細(xì)胞經(jīng)歷了與T 細(xì)胞耗竭相關(guān)的DNA 甲基化編程,因此阻止這一過程可能是提高CAR-T 細(xì)胞療效的一種有效的措施[92]。此外,有研究者利用CRISPR 全基因組激活篩選平臺(tái)dgRNA-CRISPR,基于小鼠原代CD8 T細(xì)胞篩選出能夠增強(qiáng)細(xì)胞功能的特定基因脯氨酸脫氫酶2(Proline dehydrogenase 2,PRODH2),并構(gòu)建了PRODH2過表達(dá)的CD22-CAR、BCMA-CAR 和HER2-CAR 等T 細(xì)胞,體內(nèi)、外實(shí)驗(yàn)表明PRODH2 基因能夠增強(qiáng)CAR-T 細(xì)胞的持久性,提高抗多種腫瘤的治療效果;進(jìn)一步對(duì)PRODH2 工程化的CAR-T 進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、代謝等研究發(fā)現(xiàn),PRODH2 可重編程脯氨酸代謝途徑,促進(jìn)線粒體的增生,提高T 細(xì)胞的氧化磷酸化水平,降低其糖酵解水平,為CAR-T 細(xì)胞提供了更多的能量,增強(qiáng)CAR-T 細(xì)胞的抗腫瘤能力;同時(shí),針對(duì)實(shí)體瘤構(gòu)建共表達(dá)趨化因子受體或靶向腫瘤微環(huán)境中基質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物的CAR-T 細(xì)胞,如共表達(dá)CCR7 增加了CAR-T 細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞周圍的遷移與浸潤(rùn)。靶向纖維細(xì)胞活化蛋白(Fibroblast activation protein,FAP)的CAR-T 細(xì)胞降低了腫瘤血管密度和結(jié)締組織增生,并以免疫非依賴性方式抑制了人肺癌異種移植物和同基因鼠胰腺癌的生長(zhǎng),為開發(fā)用于治療實(shí)體瘤的FAP(+)基質(zhì)細(xì)胞靶向療法提供支持[93]。共表達(dá)4-1BBL和CD40等一些新的受體,增加CAR-T 細(xì)胞增殖,活化能力,抑制細(xì)胞凋亡水平[94-95]。研究發(fā)現(xiàn)源自神經(jīng)母細(xì)胞瘤配對(duì)同源異型盒蛋白2B(Paired-like homeobox 2B,PHOX2B)的未突變肽(QYNPIRTTF)在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中大量表達(dá),構(gòu)建靶向PHOX2B 未突變肽的PC CAR-T 細(xì)胞可特異識(shí)別殺傷不同HLA類型的神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞,治療1周后小鼠體內(nèi)神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞完全消退[96]。
在CAR-T 細(xì)胞研究過程中發(fā)現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā)的另一重要原因是腫瘤細(xì)胞下調(diào)靶抗原的表達(dá),CAR 分子表達(dá)水平降低或CAR-T 細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞間免疫突觸親和力不佳。基于此,研究者通過TCR 工作原理設(shè)計(jì)出一種新型高抗原敏感性CAR,他們發(fā)現(xiàn)通過在4-1BB/CD3ζ 序列中嵌入CD3ε 或生長(zhǎng)因子受體結(jié)合 蛋白2(Growth factor receptor binding protein 2,GRB2)結(jié)構(gòu)域可以使CAR-T 細(xì)胞在較低抗原閾值下激活,且與傳統(tǒng)4-1BB/CD3ζ 相比,該新型CAR-T 細(xì)胞在構(gòu)建的白血病、淋巴瘤及乳腺癌小鼠腫瘤模型中均展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)[97]。有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)CAR-T 細(xì)胞中的溴結(jié)構(gòu)域和超末端結(jié)構(gòu)域(bromodomain and extra terminal domain,BET)蛋白會(huì)降低CAR 的表達(dá),采用BET 溴結(jié)構(gòu)域JQ1 抑制劑抑制BET 蛋白的表達(dá),可以減少T細(xì)胞耗竭,提高CAR 的表達(dá)量并延長(zhǎng)CAR-T 細(xì)胞在體內(nèi)的擴(kuò)增能力[98]。Halim 等[99]通過優(yōu)化親和力方式,篩選出可與CAR-T 細(xì)胞高效結(jié)合的靶抗原ScFv,從而增加CAR-T 細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的親和性并對(duì)其殺傷。
CAR-T 細(xì)胞代謝途徑與其增殖和分化狀態(tài)息息相關(guān),通過調(diào)節(jié)CAR-T 細(xì)胞新陳代謝可以提高其腫瘤免疫活性。T 細(xì)胞在未接觸抗原前,代謝主要依靠氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation,OXPHOS)和脂肪酸氧化(Fatty acid oxidation,FAO)代謝途徑提供能量,此時(shí)T 細(xì)胞處于幼稚低分化階段,自我更新能力較強(qiáng),抗腫瘤能力不佳。當(dāng)遇到抗原刺激時(shí),TCR和CD28 協(xié)同激活T 細(xì)胞PI3K-AKT-mTOR 通路,代謝方式轉(zhuǎn)換為糖酵解、谷氨酰胺和支鏈氨基酸的分解代謝,導(dǎo)致葡萄糖和氨基酸的攝取增加,滿足快速增殖和細(xì)胞因子產(chǎn)生的新陳代謝需求,此時(shí)T 細(xì)胞具備一定裂解靶細(xì)胞能力[100]。相關(guān)研究表明低分化CAR-T 細(xì)胞回輸后效果優(yōu)于末端分化狀態(tài)CAR-T 細(xì)胞,基于此,有文獻(xiàn)報(bào)道CAR-T 細(xì)胞與mTOR 上游調(diào)節(jié)因子PI3K 抑制劑孵育,可增加幼稚和中樞記憶T細(xì)胞亞群,且體內(nèi)持續(xù)時(shí)間和抗腫瘤活性均得到提升[58,101]。也有文獻(xiàn)報(bào)道采用人工合成的2DG 抑制糖酵解過程,可促進(jìn)記憶性T 細(xì)胞的形成[102]。此外,在CLL 中,T 細(xì)胞線粒體受損,降低葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(Glucose Transporters 1,GLUT1)的儲(chǔ)備也可提高CAR-T 治療效果[60]。也有研究者發(fā)現(xiàn)在CAR-T 細(xì)胞培養(yǎng)基中提升鉀離子濃度可以誘導(dǎo)T 細(xì)胞自噬,減少效應(yīng)和耗竭相關(guān)基因的組蛋白乙酰化,所獲得的CAR-T 細(xì)胞具有更好持久性與多能性[103]。提升培養(yǎng)基中精氨酸水平也可誘導(dǎo)CAR-T 細(xì)胞代謝水平變化,促進(jìn)OXPHOS 代謝并抑制糖酵解,維持效應(yīng)記憶型T細(xì)胞(Effective Memory T Cell,Tem)的生存[104]。
腫瘤細(xì)胞的糖酵解活性可能會(huì)限制CAR-T 細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取,對(duì)腫瘤微環(huán)境的代謝調(diào)節(jié)可改善CAR-T 細(xì)胞功能。阻斷PD-L1/PD1 軸可直接抑制腫瘤細(xì)胞的糖酵解,恢復(fù)TME 中的葡萄糖,從而促進(jìn)CAR-T 細(xì)胞的糖酵解和IFN-γ 的產(chǎn)生[105]。GLUT1 抑制劑或生酮飲食在不損傷CAR-T 細(xì)胞功能的前提下抑制腫瘤細(xì)胞葡萄糖代謝[106]。缺氧和營(yíng)養(yǎng)不足是腫瘤微環(huán)境的主要特征。營(yíng)養(yǎng)缺乏,尤其是氨基酸,如色氨酸,能夠激活調(diào)節(jié)T 細(xì)胞活性的綜合應(yīng)激反應(yīng)。吲哚胺2,3 雙加氧酶(Indoleamine2,3-dioxygenase1,IDO)是一種細(xì)胞內(nèi)酶,可以催化色氨酸降解為犬尿氨酸。腫瘤微環(huán)境內(nèi)的腫瘤細(xì)胞和骨髓細(xì)胞過表達(dá)IDO,會(huì)導(dǎo)致T細(xì)胞增殖和存活受阻,使用miR-153抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中IDO1 的表達(dá)后,CAR-T 細(xì)胞毒性增加[107]。TGF-β 參與T 細(xì)胞糖酵解和OXPHOS,采用CRISPR/CAS9技術(shù)敲除CAR-T細(xì)胞內(nèi)源性轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β 受體II(Transforming growth factor-β receptor II,TGF-βR2)后,Treg 轉(zhuǎn)化降低,CAR-T 細(xì)胞的耗竭緩解[108]。
近年來,腫瘤免疫療法在臨床的應(yīng)用極大程度地提升了腫瘤患者的生活質(zhì)量,CAR-T 細(xì)胞療法為血液腫瘤患者的治愈帶來了曙光,借鑒并聯(lián)合新興技術(shù)有望進(jìn)一步拓展CAR-T細(xì)胞療法的適用性。(1)TCRT 與CAR-T 技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。有研究者將抗原的ScFv偶聯(lián)在TCR 上制備的TRuC-T,該設(shè)計(jì)保持了原有的TCR 序列,識(shí)別腫瘤時(shí)不受HLA 限制。TRuC-T 細(xì)胞毒性與CAR-T 細(xì)胞相近甚至超越CD28/4-1BB CART 細(xì)胞,并且在小鼠淋巴瘤及白血病血液腫瘤模型中均展現(xiàn)潛在的抗腫瘤活性[109]。目前采用該療法的產(chǎn)品(TC-201)已進(jìn)入I/II 期臨床試驗(yàn),用于治療間皮素陽性的非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)、卵巢癌、惡性胸膜/腹膜間皮瘤和膽管癌患者[110]。(2)新興技術(shù)和制備工藝聯(lián)合應(yīng)用。Novartis 公司采用T-ChargeTM工藝制備的新型抗BCMA CAR-T 細(xì)胞(PHE885),與傳統(tǒng)技術(shù)相比,需要不到2 d 的時(shí)間就可以生成功能性的CAR-T細(xì)胞,并且保留了原始/干細(xì)胞記憶T 細(xì)胞(Tscm)(CD45RO?/CCR7+),極大程度改變了CAR-T細(xì)胞耗竭水平。Pulsipher 等[111]的研究結(jié)果表明,采用新一代NGS 測(cè)序技術(shù)監(jiān)測(cè)微小殘留病灶可更好預(yù)測(cè)tisagenlecuucl 治療兒童和青年急性淋巴細(xì)胞白血病后的復(fù)發(fā)情況,幫助醫(yī)護(hù)人員在第一時(shí)間采取預(yù)防措施。預(yù)先篩選與腫瘤抗原間可形成高效免疫突觸的ScFv 等技術(shù)[99]。(3)免疫檢查點(diǎn)抑制劑與CAR-T 療法聯(lián)合應(yīng)用。有研究者采用shRNA 技術(shù)同時(shí)下調(diào)兩種檢查點(diǎn)分子(包括PD-1/TIM-3、PD-1/LAG-3、PD-1/CTLA-4、PD-1/TIGIT),結(jié)果顯示在PD-1/TIGIT 同時(shí)敲除后起到協(xié)同促進(jìn)CD19 CAR-T 細(xì)胞對(duì)白血病腫瘤細(xì)胞的清除[112]。機(jī)制上,下調(diào)PD-1 增強(qiáng)了CAR-T 細(xì)胞效應(yīng)分子分泌能力,而TIGIT 的下調(diào)則主要負(fù)責(zé)維持CAR-T 細(xì)胞低分化/耗竭狀態(tài),對(duì)其安全性評(píng)估后開展一項(xiàng)復(fù)發(fā)或難治性大B 細(xì)胞淋巴瘤成人患者的臨床實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的臨床療效(NCT04836507)[112]。最新發(fā)現(xiàn)PTP1B(Protein Tyrosine Phosphatase 1B,蛋白酪氨酸磷酸酶1B)是一種新的免疫檢查點(diǎn)分子,其在T細(xì)胞中高表達(dá)抑制T細(xì)胞擴(kuò)增與細(xì)胞毒性從而促進(jìn)腫瘤發(fā)展,當(dāng)敲除PTP1B 后STAT5 信號(hào)增加,從而增強(qiáng)了CD8+T細(xì)胞的抗原依賴性增殖與毒性并抑制腫瘤細(xì)胞生存活性。采用PTP1B 抑制劑同樣再現(xiàn)了T細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤生長(zhǎng)抑制,同時(shí)影響PD-1 阻斷治療。CAR-T 細(xì)胞敲除該基因后對(duì)抗實(shí)體瘤(肝癌,乳腺癌)的療效均得到提升[113]。(4)小分子抗癌藥物與CAR-T 療法聯(lián)合應(yīng)用。將CAR-T 細(xì)胞作為藥物遞送載體。采用CAR-T 細(xì)胞遞送無活性的前體抗癌藥物AMS 于腫瘤細(xì)胞周圍,經(jīng)改造后的CAR-T 細(xì)胞稱之為合成酶武裝殺傷細(xì)胞(Synthetic Enzyme-Armed Kill ER cells,SEAKER),兼?zhèn)銫AR-T 細(xì)胞的靶向能力與小分子抗癌藥物雙重效果,SEAKER 中的CART 細(xì)胞扮演著“即時(shí)藥物生產(chǎn)”角色[114]。采用CAR-T細(xì)胞遞送一種RN7SL1 的內(nèi)源性RNA 和外來抗原。RN7SL1 模擬了病毒RNA,當(dāng)CAR-T 細(xì)胞到達(dá)腫瘤細(xì)胞周圍時(shí)釋放RN7SL1,可被先天免疫細(xì)胞NK 和DC 等細(xì)胞識(shí)別,活化刺激機(jī)體自身T 細(xì)胞參與腫瘤免疫反應(yīng),同時(shí)CAR-T 細(xì)胞遞送的外來抗原被錨定于腫瘤細(xì)胞,進(jìn)一步增加機(jī)體T細(xì)胞尋找逃避CAR-T細(xì)胞監(jiān)視的腫瘤細(xì)胞,CAR-T細(xì)胞與機(jī)體自身T細(xì)胞可協(xié)同清除腫瘤細(xì)胞,尤其實(shí)體瘤細(xì)胞[115]。(5)CART 細(xì)胞治療領(lǐng)域的拓展。采用CAR-T 細(xì)胞療法治療心肌纖維化相關(guān)疾病,在治療過程中雖然心肌纖維化得到了改善,但由于該CAR-T 細(xì)胞可在體內(nèi)存活數(shù)月甚至數(shù)年,持續(xù)攻擊全身范圍的成纖維細(xì)胞,從而導(dǎo)致傷口難以愈合,因此導(dǎo)致CAR-T 細(xì)胞治療弊大于利。借鑒mRNA 疫苗治療理念,研究者設(shè)計(jì)了一款更可控、程序更簡(jiǎn)單的CAR-T 細(xì)胞治療技術(shù),即mRNA 遞送。該mRNA 編碼靶向成纖維細(xì)胞表面的FAP,同時(shí)將mRNA 與附著靶向T 細(xì)胞表面CD5 分子的脂質(zhì)納米顆粒融合。注射該mRNA 后,其成功在體內(nèi)編碼CAR-T 細(xì)胞,但是不同于慢病毒遞送CAR基因,該“CAR-T 細(xì)胞”中mRNA 未整合到T 細(xì)胞基因組,因此這些CAR-T 細(xì)胞攻擊心肌纖維細(xì)胞后僅僅數(shù)天便消失,在改善心衰的同時(shí)也規(guī)避了對(duì)其他纖維阻滯的攻擊[116-117]。
總之,CAR-T 細(xì)胞治療及基于CAR-T 細(xì)胞治療的新型技術(shù)均具有非常大的應(yīng)用前景,通過不斷地優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)方案,最終將適用于廣泛的疾病治療,為更多患者帶來希望,提升人類生活質(zhì)量。