詳解腫瘤免疫療法之CAR-T細胞療法

文/李娟

人體的免疫系統是一個有著精兵強將、作戰技術精湛的防禦戰隊，幫助我們的身體抵抗入侵的外敵。它能識別細菌、真菌、寄生蟲和病毒等外源生物攜帶的特異抗原分子，將其清除消滅。然而，源於基因突變所致的細胞癌變，是一種內源性疾病，雖然腫瘤細胞也有抗原性，但在面對這類自身內部不可控的細胞增殖時，免疫系統通常無法作出有效的應答，其功力無法發揮，不足以殺死癌細胞。而且，癌細胞有多種主動對抗免疫系統的手段，它能成功逃避免疫監視，關閉免疫應答，抑制免疫系統的功能，最終導致癌症的發生或惡化。於是，當面對癌症這個勁敵時，如何駕馭免疫細胞的功能，增強免疫反應，解除免疫抑制，恢復免疫系統的作戰力從而遏制癌症，是腫瘤免疫學家和醫生面臨的重大挑戰。

正確認識現行的腫瘤免疫療法

近些年，隨著我們對免疫系統認識不斷深入，利用免疫系統的不同組分治療癌症的免疫療法（immune therapy）的研究取得了重大突破，目前已有一些相關藥物通過了美國食品藥品管理局（FDA）的審核並在臨床中使用。例如，用抗體治療乳腺癌、黑色素瘤、淋巴癌、急慢性白血病等；用癌疫苗治療前列腺癌；用干擾素和白介素2等細胞因子增強廣泛的免疫應答；多個免疫檢查點（checkpoint）的抑製劑也已被找到。與正在試驗階段的腫瘤免疫療法一樣，雖然上述療法在臨床中被證明有效，在使用其進行治療的過程中，醫生們仍然保持高度謹慎的態度，因為這些療法或藥物並不適用於所有類型的癌症，同類癌症病人的癌變體征又多有不同，常見的副作用也不容忽視。

多個正在臨床試驗階段的免疫療法也取得了令人矚目的成績。這些療法因為較多直接使用異體或病人自體的免疫細胞來治療，又被稱為免疫細胞療法(immune cell therapy)。比如在體外培養專門攻擊癌細胞的自然殺傷細胞（Natural killer cells），使其大量擴增並成熟之後，再回輸到病人體內去消滅腫瘤細胞；通過分離並體外培養腫瘤內部能夠對細胞癌變作出應答的侵潤淋巴細胞(Tumor infiltrating lymphocyte)，再回輸病人體內對抗腫瘤細胞。在臨床試驗中，上述療法的療效有限，西方國家並沒有將其推廣。

T細胞作為淋巴細胞的一種，在人體獲得性免疫中發揮著至關重要的作用。成熟的T細胞能活化其他免疫細胞，調節免疫功能，識別特異的抗原並殺死受到感染的細胞或者癌細胞。T細胞回輸療法在處理病毒感染病例的實踐中由來已久。回輸瘤體侵潤T細胞療法在治療黑色素瘤的臨床試驗中，證明了T細胞回輸針對腫瘤抗原也有一定的療效。如何增強T細胞識別腫瘤相關抗原的靶向性，提高效應T細胞的持久殺傷能力，克服腫瘤的免疫抑制微環境，是腫瘤免疫療法需要解決的核心問題。儘管目前尚沒有FDA通過的T細胞療法，一系列的臨床試驗研究已如火如荼的展開並取得了鼓舞人心的進展。

最新臨床試驗表明CAR-T細胞免疫療法療效顯著

基因工程技術的發展使得人為改造T細胞特性成為可能。2016年2月14日，來自美國科學促進會年會(AAAS 2016)的會議報告引起了世界範圍的廣泛關注。報告指出，將基因工程改造後的CAR-T細胞（Chimeric Antigen Receptor，嵌合抗原受體T細胞），過繼回輸給化療失敗的B細胞惡性腫瘤患者，能夠有效殺傷癌細胞並抗擊癌症。過繼回輸之後的T細胞，在病人體內以功能特徵不同的T細胞亞群存在，對CAR-T細胞的增殖能力以及療效的持久性會有影響。通過對不同T細胞進行篩選，只使用最適合基因改造和過繼治療的T細胞亞群，能大大減少T細胞的回輸數量，並不減弱其清除癌細胞的能力，而且這部分T細胞的增殖動力學和毒性也較容易預測。

圖1 CAR-T細胞免疫療法：1. 從病人血液中分離提取T細胞；2. 在實驗室中對T細胞進行基因工程改造，使其能靶向癌細胞而非自體正常細胞；3. 體外培養改造後的細胞使其增殖；4. CAR-T細胞回輸進病人體內，靶向識別並殺傷癌細胞。(圖片來源：Guardian graphic)

這一療法在初步臨床試驗中取得了良好的療效。經過CAR-T細胞治療後，超過50%的淋巴瘤患者進入緩解期，超過80%的非霍奇金淋巴瘤患者的臨床癥狀減弱，94%的急性淋巴母細胞白血病患者的臨床癥狀完全緩解。由此看來，B細胞腫瘤患者對該療法的應答率非常高。因這類T細胞能在病人體內增殖，其療效相對較持久，從而延長了病患的生存期。

CAR-T細胞免疫療法代表著當今最先進的腫瘤免疫細胞治療技術，基於相關臨床試驗的成功，該領域已成為藥品研發最熱門的領域之一，也是投資合作的大熱點。那麼，CAR-T細胞是怎樣改造的？影響CAR-T細胞發揮作用的因素有哪些？如何在保證療效的基礎上減少CAR-T細胞療法的副作用？該療法面臨哪些挑戰，有哪些方案可以解決呢？

揭開CAR-T細胞的神秘面紗

CAR-T細胞療法是結合了細胞治療、基因治療和免疫治療的綜合療法。通過使用病毒載體，將腫瘤特定抗原DNA序列引入T細胞基因組中，在T細胞表面表達合成的或嵌合的特異受體（CAR）。該受體能夠識別癌細胞表面的抗原分子，完成T細胞對逃避免疫監視的癌細胞的殺傷（圖2）。在治療B細胞腫瘤的臨床試驗中，嵌合抗原受體靶向結合的是B細胞表面分子CD19。

圖2 打造更優秀的T細胞（圖片來源：LUCY READING-IKKANDA）

Zelig Eshhar 和 Steven Rosenberg 構建了第一代 CAR-T 細胞，他們設計的受體分子包括胞外抗體部分、跨膜結構，和胞內協同刺激信號轉導結構。其中抗體部分能夠靶向識別並結合癌細胞表面的特異抗原，胞內的共刺激信號轉導域通過放大活性信號，激活並增強T細胞的殺傷能力。第二代和第三代CAR-T細胞增加了不同的協同刺激信號結構域，增加了能夠增強靶向特異性、減弱副作用的第二個T細胞基因工程受體（圖3）。簡單來說，這類人造受體分子一半是單克隆抗體，一半是T細胞受體，也因此被稱為嵌合抗原受體（CAR）。它結合了抗體的特異性和效應T細胞的殺傷功能，用抗體去靶向癌細胞，用T細胞去殺死癌細胞。

圖3 CAR-T細胞的改造技術在不斷進步（圖片來源：LUCY READING-IKKANDA）

除了擁有更高的靶向特異性之外，相比於之前的T細胞療法，CAR-T細胞療法還具有其他獨特的優勢。這類改造後的T細胞因為有嵌合抗體組分識別腫瘤抗原，不同於傳統激活T細胞需要依賴MHC （majorhistocompatibility complex，主要組織相容性複合體）遞呈抗原，因而能夠克服腫瘤細胞通過下調MHC降低抗原遞呈而介導的免疫逃逸。另外，CAR-T細胞不依賴於不同個體的HLA（human leukocyte antigen，人類白細胞抗原，人類的主要組織相容性複合體），所以理論上不同類型的癌症病人能夠適用同一種靶向分子CAR-T細胞，意味著該療法有較廣的應用範圍。

此外，通過對CAR-T細胞的進一步改造，可使其表達特定細胞因子，來幫助克服腫瘤免疫抑制微環境。這樣CAR-T細胞不僅能直接殺傷癌細胞，還能通過細胞因子來調控其他免疫細胞的功能，從而在惡劣的微環境中保護免疫細胞。

CAR-T細胞療法面臨的挑戰

目前，CAR-T細胞療法取得的成功無可置疑，但該領域的研究仍面臨很大挑戰。主要集中在兩個方面，第一，安全性問題，即如何減少副作用，增強靶向特異性。第二，治療實體腫瘤，即如何控制CAR-T細胞打入實體瘤內部並發揮殺傷作用。

在用CD19 CAR-T細胞療法治療B細胞腫瘤時，因正常的B細胞也有CD19表達，其正常的再生髮育會受到損傷，導致B細胞發育不全，這是CD19 CAR-T細胞治療長期伴隨的副作用之一。與其他免疫療法相比，CAR-T細胞療法起效較快，過度的免疫應答或不可避免地釋放大量炎性細胞因子，引起細胞因子風暴（cytokine storm），導致高熱、寒顫、嘔吐腹瀉或低血壓等癥狀出現。如何適時地清除體內回輸的CAR-T細胞，減弱其毒性，減少副作用，是急需解決的關鍵問題之一。

本年度AAAS的年會的報告指出，構建缺少信號轉導組分的EGFRt（上皮細胞生長因子受體截短體）載體，引入T細胞中與CAR共表達，由於該EGFRt不能結合EGFR配體，不具備免疫原性，但仍然能夠結合EGFR特異的抗體藥物，故可以用藥物來控制CAR-T的功能。動物體內實驗結果證明，共表達EGFRt的T細胞能被EGFR特異抗體藥物清除，減少了CAR-T的毒性，恢復了B細胞的正常發育。另外，引入iCasp9自殺基因來清除CAR-T細胞，在臨床前試驗中也被證明是可行的。使用表達iCasp9基因的CAR-T細胞治療肉瘤或神經母細胞瘤的臨床試驗目前正在進行。

因腫瘤特異性的單一靶抗原較少，靶抗原在其它組織細胞中也存在時（尤其是神經細胞、肺上皮細胞或心肌細胞），CAR-T細胞療法就會引發危及生命的不良反應。尋找合適的腫瘤特異抗原，明確致癌突變，是CAR-T細胞療法發展的基礎。此外，提高T細胞靶向殺傷精準性和特異性的另一種方案，是使用雙嵌合受體T細胞，只能識別並殺死兩個抗原同時表達的癌細胞。或者設計引入另一個人工受體來調控CAR的表達，避開對正常細胞的攻擊。2016年2月11日發表在《Cell》的兩篇文章用小鼠實驗證實了這個方案是有效的。

CAR-T細胞可以在血液里遊走，直接接觸並殺死血液腫瘤細胞，與之不同的是，實體瘤複雜的微環境像一個屏障阻礙了T細胞的進入，這也是該療法治療實體瘤難以起效的根本原因，並且實體瘤的異質性特徵也是不容忽視的問題。目前，全球有幾十個治療實體瘤的臨床試驗正在進行，涉及乳腺癌、神經膠質瘤、肝癌和胰腺癌等。改善瘤體免疫抑制微環境，篩選並明確靶抗原，把握安全劑量等，是實體瘤治療領域急需解決的問題。

CAR-T細胞療法帶有很強的精準醫學、個性醫療的特徵，T細胞的體外基因工程改造以及擴增培養也需要較長的時間，這些因素使得該療法難以大規模快速的應用。採用健康的異體細胞作為來源以實現規模化生產，或可成為該問題的解決辦法之一。但同時，如何避免異體之間的抗宿主反應，如何保護過繼回輸的CAR-T細胞不被殺傷，又是該領域的新的研究方向。

即使困難重重，仍然不影響CAR-T細胞療法良好的發展前景。相信會有越來越多的研究成果出現，為CAR-T細胞療法的推廣應用奠定基礎。目前國內也有多個相關臨床試驗在開展，隨著各項資金的大量投入，尤其是在治療群體較大的實體瘤病例的研究中，中國或可取得更大的成果。作為腫瘤免疫治療技術中的一部裝備精良、戰鬥力十足的戰車，相信在不遠的將來，CAR-T細胞療法能實現新的突破，開創腫瘤治療的新世界。

參考文獻

1 Engineering T Cells for Safe and Effective Cancer Immunotherapy. （AAAS 2016 annualmeeting）https://aaas.confex.com/aaas/2016/webprogram/Paper16827.html

2 Advanced Clinical Cell Processing Technologies for Adoptive T Cell Therapy.（AAAS 2016 annualmeeting） https://aaas.confex.com/aaas/2016/webprogram/Paper16829.html

3 The CAR T-Cell race. http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/42462/title/The-CAR-T-Cell-Race/

4 Cancer researchers claim "extraordinary results" using T-cell therapy. https://www.theguardian.com/science/2016/feb/15/cancer-extraordinary-results-t-cell-therapy-research-clinical-trials

5 Cancer Breakthrough: New T-Cell Therapy Produces 『Extraordinary』 Results In Terminal Blood Cancer Patients. http://www.medicaldaily.com/cancer-breakthrough-t-cell-therapy-terminally-ill-373697

6 Precision tumor recognition by T Cells with combinatorial antigen-sensing circuits. CELL 164 (4): p770-779 (2016)

7 Engineering customized cell sensing and response behaviors using synthetic Notch receptors. CELL 164(4): p780-791 (2016)

8 Genetically modified T cells in cancer therapy: opportunities and challenges. Disease Models and Mechanisms 8: 337-350(2015)

9 Prospects for gene-engineered T cell immunotherapy for solid cancers. Nature Medicine 22, 26–36 (2016)

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