CART細胞免疫治療腫瘤的原理和臨床應用概述

肖義軍 周谷成

(福建師范大學生命科學學院 福州 350108)

靶向治療是惡性腫瘤治療研究的重要方向。不同于通常的靶向藥物治療，CAR-T細胞[嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor, CAR)修飾的T淋巴細胞]免疫治療是一種靶向的細胞治療手段。它通過基因工程手段對T淋巴細胞進行改造，使T淋巴細胞能夠識別在細胞膜表面表達了某些特異性膜蛋白的腫瘤細胞，并進而與之結合而特異性殺傷腫瘤細胞。CAR-T細胞免疫療法是目前廣為看好的治療惡性腫瘤的療法之一。美國食品藥品監督管理局(FAD)于2017年8月30日首次批準了諾華公司的CAR-T細胞免疫療法Kymriah上市，主要用于治療3～25歲復發或難治性急性淋巴細胞白血??；2017年10月18日，又批準另一款CAR-T細胞免疫療法Yescarta上市，用于治療淋巴瘤。中國政府也于2017年12月首次批準了一項CAR-T細胞免疫療法進入臨床試驗。本文概述CAR-T細胞免疫治療腫瘤的原理及臨床應用。

1 CAR-T細胞及其作用原理

1.1 CAR-T細胞 所謂CAR-T細胞即是在細胞表面表達膜蛋白CAR的T淋巴細胞。而CAR是一種人工合成基因表達的膜蛋白，是利用基因工程技術將能夠與腫瘤表面抗原結合的受體部分與胞內的信號轉導部分相結合而形成的嵌合型抗原受體。

CAR的結構主要包括三部分：胞外抗原結合區、跨膜結構區和胞內信號轉導區。胞外抗原結合區由抗體的可變區序列(scFv)構成，負責特異性地識別并結合腫瘤細胞表面的抗原，通過針對不同腫瘤細胞表面的特異性抗原來設計CAR的胞外抗原結合區，目前已經設計了能識別白細胞分化表面標記抗原CD19和CD20、表皮生長因子受體(EGFR)、神經節苷脂GD2以及跨膜表皮生長因子受體家族成員(HER-2)等多種腫瘤細胞表面抗原的scFv；跨膜區負責連接胞外抗原結合區和胞內信號轉導區，由同源或異源的二聚體膜蛋白組成，通過改變跨膜區的設計可以調節CAR基因的表達程度；胞內信號轉導區通常采用免疫受體酪氨酸活化基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motifs)，最常見的是CD3ζ和免疫球蛋白Fc受體γ鏈。對CAR結構的研究也在不斷完善中，第1代CAR只有胞外scFv和胞內信號轉導區，由于缺乏共刺激分子，T細胞不能完全被活化且在體內持續存在的時間較短，殺傷腫瘤細胞的能力較弱，目前研究較多的是引入1個共刺激分子的第2代和2個串聯的共刺激分子的第3代CAR，也有人開始研究增加了編碼CAR的啟動子和自殺基因等的第4代CAR。在CAR結構變得日益復雜的同時，CAR-T細胞特異性殺滅腫瘤細胞的活性也在不斷提高。

1.2 CAR-T細胞的作用原理 CAR的嵌入，相當于給T細胞安裝了一個既能識別腫瘤細胞表面抗原又能激活T細胞靶向殺傷腫瘤細胞能力的抗體，使得表達CAR的T細胞可靶向殺傷腫瘤細胞。將構建好的CAR-T細胞經體外擴增和純化后回輸到患者體內，就可以達到在體內精確殺傷腫瘤細胞的效果[1]。CAR-T細胞在治療腫瘤中具有以下優勢：①靶向性強。CAR-T細胞利用抗原抗體結合的原理對T細胞進行基因修飾，因此能使T細胞特異性識別和殺傷腫瘤細胞；同時，該技術還解決了因腫瘤細胞下調主要組織相容性復合體(MHC)的表達而導致的免疫逃逸問題。②作用范圍廣。與傳統的T細胞抗原受體僅能識別加工后的多肽抗原不同，以scFv作為抗原識別區段的CAR能夠識別不同種類的抗原，包括糖類和脂類等非蛋白抗原，大大擴展了腫瘤抗原的靶點范圍；此外，不同的腫瘤細胞可能表達相同的腫瘤抗原，所以盡管是針對某一種腫瘤細胞表面抗原而構建的CAR，也能夠殺傷多種腫瘤細胞。③效果持久。CAR-T細胞進入體內后具有自我更新的能力，部分細胞甚至能以記憶細胞的形式存在，可長期在體內存活，大大延長其殺傷腫瘤細胞的時間。

2 CAR-T細胞免疫療法的臨床應用

CAR-T細胞免疫療法目前已臨床應用于治療某些頑固性惡性腫瘤。

2.1 在血液系統惡性腫瘤治療中的應用 CAR-T細胞免疫療法目前主要應用在治療B細胞惡性腫瘤方面。CD19是一種特異性表達于95%以上的惡性B細胞的細胞膜蛋白，因此臨床上可以利用識別CD19的CAR-T細胞特異性治療B細胞惡性腫瘤。Davila等[2]采用該療法治療了16例復發難治性急性淋巴細胞白血病(acutelymphoblastic leukemia)患者，完全緩解率達到88%。Kochenderfer等[3]公布了一項CAR-T細胞免疫治療39名該病患者的研究數據，完全緩解率高達92%。對于慢性淋巴細胞白血病(chronic lymphocytic leukaemia)，研究發現識別CD19的CAR-T細胞可在患者體內迅速擴增，能清除腫瘤細胞，并維持有效治療活性達6個月以上，且部分CAR-T細胞能以記憶細胞形式存在，當其再次接觸CLL細胞時會產生快速反應[4]。應用識別CD19的CAR-T細胞治療非霍奇金淋巴瘤(non-Hodgkin’s lymphoma)患者的研究也顯示了較好的療效。目前除構建了識別CD19的CAR-T細胞外，研究者還篩選出了針對κ免疫球蛋白輕鏈和CD20等靶標抗原的CAR-T細胞。

2.2 在實體瘤治療中的應用 CAR-T細胞免疫治療實體腫瘤同樣也取得較好的療效。GD2是一類細胞膜上的糖鞘脂類化合物，高表達于黑色素瘤、骨肉瘤、軟組織肉瘤等腫瘤細胞表面，而低表達于正常組織中。Louis等[5]應用識別GD2的CAR-T細胞治療神經母細胞瘤，顯示了良好療效。有研究表明，CAR-T細胞免疫療法也是治療膠質母細胞瘤的一種可行選擇[6]；HER-2在人的某些腺癌細胞中高表達，有研究表明識別HER-2的CAR-T細胞在體外能殺傷HER-2陽性的癌細胞，在體內能誘導腫瘤消退。此外，還有以上皮黏蛋白(mucin-1)為靶點治療乳腺癌、以癌胚抗原(carcinoembryonic antigen)為靶點治療結腸癌、以前列腺特異性膜抗原(prostate specific membrane antigen)為靶點治療前列腺癌等的報道，多數都取得了一定的臨床效果。

但是CAR-T細胞免疫療法也存在一定的風險。例如，大多數CAR定向的靶抗原并不是腫瘤細胞獨有的膜抗原，其在正常組織中也有不同程度的表達，從而可能造成脫靶效應。插入CAR的T細胞在患者體內清除腫瘤細胞的同時，有可能引起細胞因子突釋綜合征等副作用。但作為一種新興的細胞免疫療法，其給腫瘤患者帶來的希望是毋庸置疑的。目前普遍的看法是，CAR-T細胞免疫療法有望成為未來很有前景的一種治療腫瘤的手段。