嵌合抗原受體T細胞治療腫瘤的研究進展

劉佃花 陳海飛 李群益 施孝金

摘 要 近年來，嵌合抗原受體T細胞（chimeric antigen receptor T cells， CAR-T細胞）治療血液系統腫瘤獲得令人滿意的療效。嵌合抗原受體是經基因工程技術改造過的受體，可使T細胞特異性地靶向腫瘤細胞，通過直接激活免疫系統而清除腫瘤細胞。CAR-T細胞治療血液系統腫瘤還存在脫靶效應和可能導致炎癥因子風暴等問題；用于實體瘤治療則雖安全性和有效性已得到證實，但療效尚待提高。本文就CAR-T細胞的發展歷程、臨床應用、存在問題和未來發展方向作一概要介紹。

關鍵詞 嵌合抗原受體T細胞 腫瘤 免疫治療

中圖分類號：R979.19； R730.51 文獻標志碼：A 文章編號：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

很多腫瘤可抵御現有的多種治療手段，所以科學家們一直在探找新的腫瘤治療方法。嵌合抗原受體T細胞（chimeric antigen receptor T cells， CAR-T細胞）是一類利用患者自身的免疫功能治療腫瘤的免疫療法藥物，其經過近30年的發展，現已由基礎研究走向臨床應用，對血液系統腫瘤的療效顯著，可大幅提高復發或難治性B細胞腫瘤患者的長期生存率。CAR-T細胞是當今腫瘤治療藥物研究領域中的主要熱點之一。

1 CAR-T細胞及其作用機制

1.1 CAR-T細胞

T細胞在通過免疫系統對抗疾病方面發揮著重要作用，但T細胞不能特異性地識別腫瘤細胞。CAR-T細胞是將人工設計的外源性嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor， CAR）導入到T細胞內后得到的一種改造過的T細胞，這種T細胞已具有特異性地結合腫瘤抗原的能力，經體外規模化增殖后，以適合的劑型回輸至患者體內，即能發揮識別并清除腫瘤細胞的作用。CAR為跨膜融合蛋白，由胞外部分和胞內信號域組成，其中胞外部分包括單鏈可變片段、鉸鏈區和跨膜區，它們被有序組裝在T細胞上。CAR-T細胞的CAR融合了兩種單獨的蛋白結構域，一種賦予T細胞識別腫瘤抗原能力，另一種刺激T細胞活化[1]。在CAR-T細胞識別腫瘤抗原的同時，T細胞活化，繼而發揮T細胞殺傷作用。

CAR-T細胞的制備及應用過程大致為：先自腫瘤患者身上抽取一定量的血液，分離出白細胞、T細胞，然后對T細胞進行基因工程技術改造，得到CAR-T細胞，后者能夠識別某些腫瘤細胞表面的特定標志物。CAR-T細胞經體外增殖，再以適合的劑型回輸至患者體內，發揮識別并清除腫瘤細胞的作用。

1.2 發展歷程

以色列免疫學家Gross等[2-3]和Eshhar等[4]于20世紀90年代初開發了第一代CAR-T細胞。美國血液學家Porter等[5]于2011年在賓夕法尼亞大學兒童醫院進行了首項CAR-T細胞治療臨床試驗。2013年Grupp等[6]報告，1例經多次治療、反復復發的兒童B細胞急性淋巴細胞白血病（B-cell acute lymphoblastic leukemia， B-ALL）患者在接受抗CD19的CAR-T細胞治療后獲得治愈。2017年美國FDA批準了第一個CAR-T細胞產品諾華制藥公司的tisagenlecleucel，用于治療復發或難治性B-ALL，標志著CAR？T細胞免疫療法就此正式進入臨床應用。

自提出CAR-T細胞概念至今，CAR-T細胞的發展已歷經三代。第一代CAR-T細胞采用CD3的免疫受體酪氨酸激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif）作為其受體胞內域的刺激信號，但CAR-T細胞在回輸至患者體內后無法增殖，僅產生一過性效應。第二代CAR-T細胞的受體胞內域采用CD28或4-1BB共刺激因子，顯著增強了CAR-T細胞的增殖、細胞因子分泌和腫瘤細胞清除能力[7-8]，目前已獲臨床應用的就是第二代CAR-T細胞產品。第三代CAR-T細胞的受體胞內域采用多種共刺激因子，如CD28和4-1BB，或CD28和OX40[9]。

2 CAR-T細胞的臨床應用

2.1 治療血液系統腫瘤

CAR-T細胞對血液系統腫瘤的療效顯著。CD19是B細胞發育所必需的，其在B細胞惡性腫瘤上高表達，但在B細胞譜系外無表達。因此，特異性地靶向CD19的CAR-T細胞能有效治療B細胞惡性腫瘤，包括復發或難治性B-ALL、慢性淋巴細胞白血病和淋巴瘤。目前，美國FDA批準的兩個CAR-T細胞產品均靶向CD19[10]。不過，盡管抗CD19的CAR-T細胞的療效突出，但仍有部分患者在治療后復發。大多數B-ALL也高表達CD22。Fry等[11]進行了一項靶向CD22的CAR-T細胞治療B-ALL患者的臨床研究，結果顯示有73%（11/15例）的患者獲得完全緩解。該研究還發現，抗原逃逸是B-ALL獲得性耐藥的一種機制。但與抗原丟失不同的是，經靶向CD22的CAR-T細胞治療后的復發與CD22的表達減少有關。針對抗原逃逸問題，研究者們也在嘗試開發靶向多種腫瘤抗原如CD19/CD22的CAR-T細胞，以同時識別CD19和CD22。

2.2 治療實體瘤

CAR-T細胞對難治性淋巴細胞白血病和非霍奇金淋巴瘤療效顯著，但對實體瘤療效欠佳，要用于實體瘤治療還面臨很大的挑戰。例如，實體瘤組織致密，CAR-T細胞在實體瘤組織中的浸潤性很低；實體瘤的免疫抑制性微環境會導致CAR-T細胞衰竭；CAR-T細胞治療實體瘤易發生抗原逃逸造成的脫靶效應等。目前，一些開發公司正在進行CAR-T細胞治療實體瘤的臨床研究，這些CAR-T細胞靶向癌胚抗原、表皮生長因子受體和人表皮生長因子受體-2[12]等。初步研究結果提示，CAR-T細胞治療實體瘤安全，但療效還待提高。CAR-T細胞治療實體瘤的現主要問題是須增強CAR-T細胞對實體瘤組織的浸潤能力，可采用的策略包括：一是可通過傳統的腫瘤放、化療方法先誘導產生局部炎癥狀態，以利于隨后使用的CAR-T細胞對實體瘤的滲透；二是再在CAR-T細胞上導入趨化因子受體，利用此受體可與腫瘤微環境中富含的趨化因子受體配體結合的性質，使CAR-T細胞更有效地靶向實體瘤部位。臨床前研究表明，導入并表達趨化因子受體CXCR2的CAR-T細胞的實體瘤殺滅能力顯著提高[13]。CAR-T細胞聯合免疫檢查點抑制劑或程序性細胞死亡受體配體-1抑制劑治療的抗腫瘤作用也較單用CAR-T細胞顯著提高[14]。

3 CAR-T細胞治療存在的問題

3.1 炎癥因子風暴

使用CAR-T細胞治療可能使患者血清炎癥因子水平急劇升高，這種現象被稱為炎癥因子風暴，可導致患者出現發熱、低血壓、低氧血癥和器官功能障礙等。炎癥因子風暴的發生機制為：當CAR-T細胞的胞外部分與靶抗原結合后，在胞內信號域的作用下，CAR-T細胞短時間內急劇增殖、活化，分泌大量的炎癥因子，如白細胞介素-6、白細胞介素-10和α-腫瘤壞死因子等，產生炎癥因子毒性反應。

有研究指出，經靶向CD19的CAR-T細胞治療后，71%的患者會出現炎癥因子風暴，以發熱癥狀為主；12%的患者表現為低血壓、低氧血癥等重度炎癥因子風暴癥狀[15]。CAR-T細胞產品所致炎癥因子風暴中的主要炎癥因子為白細胞介素-6。托珠單抗（白細胞介素-6拮抗劑）是美國FDA批準用于炎癥因子風暴的一線治療藥物，大多數出現炎癥因子風暴的患者對托珠單抗和糖皮質激素治療敏感[16]。

3.2 脫靶效應

以靶向B細胞成熟抗原（B-cell maturation antigen， BCMA）的CAR-T細胞為例，這類CAR-T細胞對多發性骨髓瘤的療效顯著，但仍有部分患者在治療后復發，原因可能是腫瘤細胞表達BCMA減少造成的脫靶效應。CD139是細胞表面的一種糖蛋白，其在多發性骨髓瘤患者中高表達。針對抗原逃逸問題，有研究者制備了能同時靶向BCMA和CD139的CAR-T細胞，發現其抗骨髓瘤作用增強[17]。為提高CAR-T細胞治療的精準性，未來設計多靶點CAR-T細胞可能是達到此目標的有效途徑之一。

3.3 中樞神經毒性

CAR-T細胞治療的中樞神經毒性多與炎癥因子風暴同時出現，推測是高水平的炎癥因子進入并損害腦內環境所致。對CAR-T細胞的中樞神經毒性，目前單純的炎癥因子水平檢測不能準確預測其發生。

4 展望

CAR-T細胞的問世及其臨床應用是腫瘤治療史上的一大進步。不過，盡管CAR-T細胞對血液系統腫瘤的療效顯著，但其治療患者的炎癥因子風暴和中樞神經毒性發生率似偏高，臨床上應注意不良反應管理問題。此外，CAR-T細胞用于實體瘤治療也還面臨諸多挑戰。隨著T細胞工程、基因編輯等先進技術的不斷發展和成熟，未來或許可對其他類型的細胞（如誘導性多能干細胞，造血干細胞和自然殺傷細胞）也進行類似的改造，從而用于治療其他疾病，如傳染病、器官移植后排異反應和自身免疫性疾病等。

參考文獻

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