一文解读T细胞激活机制及CART基于此的演变历程

2019-06-16 17:24 严国樑

4479

【最终拖延症有点严重，本来早想写的，但拖着拖着就搞到现在了。

利用抗肿瘤免疫反应一直是癌症免疫治疗的基本策略，这中间涉及的最重要的免疫细胞就是T细胞，不管是现在火爆的免疫检查点还是TCRT, CART，其实都是利用T细胞去杀伤肿瘤细胞，因而本次我们主要介绍T细胞的激活机制，并通过这种激活机制来看下CART的演变历程和针对共刺激信号靶点的抗体研发】

T细胞受体有两种——αβ和γδ，每一个T细胞都只包含一个αβ或一个γδ受体，而不会两者兼备。大约有超过95％循环中的T细胞具有αβ型T细胞受体，此外，除了αβ蛋白外还表达一个CD4或CD8共刺激分子。与之相对，绝大多数γδ型T细胞不表达CD4或CD8。这次我们仅讨论αβT细胞。

TCR-CD3复合物——T细胞受体传递信号

一旦αβ型受体TCR识别APC细胞表面肽和MHC分子的复合物后，接下来就应该将T细胞表面发生识别的信号传递至T细胞核内。但由于αβ型TCR虽然有一个非常完美的胞外区可以结合它的配体，但是α和β蛋白的胞质尾部只有大约3个氨基酸的长度，这对于信号传递来说太短了，不足以将“配体结合”的信号传递至核内。

为了便于信号传递，TCR需要CD3的蛋白的协助。人类的这一信号传递复合物由4个不同蛋白质组成，γ，δ，ε和ζ。然而，作为CD3复合物组成部分的γ和δ蛋白与组成gγδ型T细胞受体是不一样的。CD3蛋白锚定在细胞膜上，拥有足够长的胞质尾部能够进行信号传递。TCR的信号传递包括将这些受体在T细胞表面的某个区域簇集在一起。而后，一定数量的激酶通过CD3蛋白的胞质尾部被募集，激活的信号就这样被传递入核。

CD4和CD8共受体——信号加强

杀伤性T细胞（CTL）和辅助T细胞（Th）履行两种截然不同的任务，它们分别通过MHCⅠ类和MHCⅡ类这两类不同的分子获得不同的工作提示。但是，CTL是怎样知道应该识别由MHCⅠ类分子提呈的肽段，而Th细胞又是如何知道应该识别由MHCⅡ类提呈肽段的APC呢？这时就需要CD4和CD8了。通常CTL表达CD8，而Th细胞表达CD4。这类共受体分子的作用是钳住MHCⅠ类（CD8）或MHCⅡ类（CD4）分子。

这些“钳子”可加强T细胞和APC之间的附着力，所以CD4和CD8共受体分子的作用就是通过适当的MHC分子吸附住CTL和Th细胞。CD4和CD8都具有可穿过细胞壁深入细胞内部（细胞质）的尾部，这些尾部也具有信号传递所必需的特性。此外，由于CD4是一个单体蛋白，而CD8则是由两个不同蛋白所组成，因此，由这两个共受体分子所传递的信号可能完全不同，也就是可以用“辅助”和“杀伤”区分两者。相当于与细胞表面αβT细胞受体紧密黏合的CD3分子，CD4和CD8共受体分子通常只是与TCR/CD3蛋白松散结合。一旦TCR识别了由MHC分子提呈的同源抗原，CD4或CD8共受体分子就钳住TCR-MHC-肽复合物，并使其间相互作用稳定，从而加强了由TCR进行的信号传递。

共刺激信号

在初始T细胞中，T细胞受体和细胞核之间的联系并不是很健全，大量从TCR发出的信号在传送到细胞核的过程中丢失了从而无法有效激活T细胞，然而一旦T细胞接收到共刺激信号，从TCR传出的信号就会被放大很多倍，此时只需极少量（约1/100）的TCR参与就可激活原初T细胞。所以，在激活前，除了原初T细胞的受体应与MHC-肽结合外，还必须接收到共刺激信号。共刺激就好像一个“扩增器”，可以用来放大由TCR发出的“我参战了”的信号，从而降低必须与MHC-肽复合物交联的TCR阈值。有趣的是，一旦原初T细胞被激活，TCR和细胞核之间的联系就被巩固了。

目前已经分离出了很多不同的T细胞共刺激分子，其中最具代表性的就是B7:CD28和4-1BB:4-1BBL，B7蛋白可以通过插入T细胞表面的受体CD28而对T细胞提供共刺激。作为激活的结果，T细胞上的4-1BB和CTLA-4上调，因而能持续维持B-7：CD28介导的细胞激活并进一步增强CD8+T细胞增殖和存活能力。

CART的演变

最早的CART设想是绕开MHC的限制性，因而科研人员首先是找到一个合适的TAA（Tumor Associated Antigen，即肿瘤相关抗原），然后给Ｔ细胞装上一个与这个抗原相对应的scFv（single chain Variable fragment，即单链抗体），严格的说只是抗体的一个片段，这样就没有MHC分子什么事情了，这就是CAR-Ｔ的雏形。

但这样形成的CART因为缺乏共刺激信号，Ｔ细胞往往会未老先衰，起不到抗肿瘤的作用。因而第二代CART的理念就是找到一个效果特别好的TAA，然后加上共刺激信号（CD28, 4-1BB）。这就是第二代CAR-Ｔ产品的两种主流设计，在共刺激结构域，一种用CD28，一种用4-1BB。这中间最有代表性的就是Juno以CD19为靶点，用4-1BB做共刺激结构域和Kite以CD19为靶点，用CD28做共刺激结构域的第二代CAR-Ｔ。这两个共刺激信号一个持久，一个强烈，各有千秋。

下一步理所当然的设想就是既然CD28共刺激信号强烈但不持久，4-1BB持久但不强烈，那是否可以将两者结合到一起，从而取长补短使得刺激信号即强烈又持久呢？这就出现了第三代CART。

现在，已经有第四代CAR-T，就是在第三代的基础上再加点什么，比如说今天朋友圈里面分享的一篇很有意思的文章：

主要是在以往的CAR-T基础之上将IL-17以及CCL19添加进去改造而成。IL-17和CCL19能够将外围的T细胞和DC细胞有效地招募过来，以便维持T细胞集中的区域（T cell zone）。因此，研究者们将IL-17和CCL19也装到CAR-T细胞之中希望能够治疗肿瘤的同时招募更多的T细胞以及DC细胞来肿瘤组织中一起杀伤肿瘤。

免疫共刺激分子相关靶点研发

a.OX40

OX40，又叫CD134，是肿瘤坏死因子受体超家族成员之一，在T细胞活化后的24~72h表达。它的配体是OX40L，又叫CD252，主要在活化的APCs表面表达。OX40L和OX40结合后可以激活T细胞，并启动包括T细胞核因子在内的T细胞活化信号，并增强细胞周期蛋白A、Bcl-2凋亡分子、细胞因子和细胞因子受体等的表达。小鼠模型显示，兴奋OX40的特异性抗体可以使Tregs数目减少，从而维持效应T细胞的功能，并显示出了较高的抗肿瘤活性。针对此位点的临床研究较多，包括单药应用兴奋OX40的特异性抗体，或与化疗、放疗、手术、小分子靶向治疗、细胞因子或其他免疫检查点药物（抗-CD137、PD-1和CTLA-4抗体）联合应用。

b. 诱导共刺激分子（inducible costimulatory molecule,ICOS）

ICOS又叫CD278，是免疫球蛋白超家族成员之一，与CD28和CTLA-4同源，在活化T细胞表面表达，在调节T细胞的增殖和功能方面扮演着重要角色。ICOS的活化依赖于它的配体ICOS-L，ICOS-L主要表达在B细胞和APCs。也许因为既往CD28通路的研究大多疗效欠佳，人们对ICOS通路的研究也比较少，现在人们重新对ICOS燃起激情是因为它在肿瘤的免疫治疗中可以扮演标志物的角色，当恶性黑色素瘤患者接受Ipilimumab治疗时，ICOS+的CD4+T细胞的增多是药效学的标志物，可能与较好的疗效相关。小鼠模型发现，单独应用ICOS激动剂似乎很难引发免疫反应，激活ICOS同时应用抗CTLA-4药物存在协同作用，而ICOS基因敲除小鼠对抗CTLA-4治疗的反应较差。同时应用ICOS激动剂和抗PD-1及抗CTLA-4治疗也可以增强抗肺癌效果，因此，ICOS通路对CTLA-4（也许还有其他免疫检查点）的治疗是否起效至关重要。目前针对ICOS通路的临床研究正在进行，但多数处在Ⅰ期研究。

c. 4-1BB

4-1BB，又叫CD137，在效应T细胞和肿瘤浸润T细胞中上调表达，并且能够刺激细胞毒性功能和免疫记忆。此外4-1BB也能有效增强NK细胞毒性功能和刺激肿瘤血管。但同样的，4-1BB也会导致严重的毒副作用。Urelumab项目就因为严重的肝毒性而宣告终止。但通过对Fc片段进行改造，降低Fcγ2的活性，从而降低交联和生物活性，Utomilumab项目在高剂量情况下仍可以耐受。基本上所有的4-1BB双抗项目都设计为在未结合肿瘤抗原的情况下，4-1BB无法被激活。一个比较典型的项目为PRS343（HER2-4-1BB），其携带静默的Fcγ4片段。

d. CD27

CD27，不同于其他肿瘤坏死因子受体家族的成员，仅在淋巴细胞表面表达，包括幼稚和活化的CD4+和CD8+T细胞，它的配体是CD70，两者相结合可以使效应和记忆T细胞增殖分化，并增强B细胞和NK细胞的活化功能。小鼠模型提示，增强CD27信号通路可以抑制肿瘤的生长。并且人们发现，1/3霍奇金淋巴瘤和弥漫大B细胞淋巴瘤患者的CD27或CD70胚系缺失，大部分弥漫大B细胞淋巴瘤和伯基特淋巴瘤患者调控CD70的基因突变或缺失，这也进一步从侧面验证了CD27/CD70信号通路的抗肿瘤免疫作用。

文献：

Adam T C Cheuk, et al. 2004

Lauren Sompayrac. How the immune system works. the fifth edition.

Burugu, S., et al. (2018). Seminars in Cancer Biology 52: 39-52.

【About Us】--儒百：No Worry about the Cell Again.

T细胞相关产品