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简单介绍CAR-T的演进及挑战


肿瘤免疫治疗是利用人体的免疫系统来攻击肿瘤细胞,因而与之前的放化疗、靶向药产生了根本性区别,后者由于直接攻击肿瘤从而会导致肿瘤较快进化出耐药反应,而免疫系统却能动态地、适应性地攻击肿瘤。因而免疫疗法改变了肿瘤治疗的格局,打开了通向把肿瘤变成慢性疾病的大门。(靶向药物、免疫药物,哪个更好?   


现阶段新的免疫疗法层出不穷,主要包括=肿瘤疫苗、溶瘤病毒、细胞因子、细胞疗法、大/小分子药物疗法等等,这次我们主要来看下细胞疗法,关于细胞疗法的演变其实我们前面也简单介绍过(LAK, CIK, DC-CIK, TIL, TCR-T, CAR-T......更新换代、进无止境通用CAR-T,CAR-T与TCR-T面面观;一文解读T细胞激活机制及CART基于此的演变历程)。   



CAR-T的演变   


最早的CAR-T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。

    


CAR-T挑战及应对

   
1. 脱靶风险


比如ERBB2/HER2蛋白是一种酪氨酸受体激酶,在肿瘤细胞中广泛过表达,是抗体或抗体结合剂的有效靶点。但靶向ERBB2/HER2的CAR-T疗法在第一例患者中就出现了致命的毒性。后来的第三代CAR技术的应用研究显示,这种毒性是由于低表达ERBB2的肺上皮细胞被错误识别并杀伤,导致了肺损伤和大量细胞因子释放。


针对脱靶毒性,科研人员通过一系列方式来进行攻克。比如将亲和力的工程化应用于CAR的设计以调节靶向疗效和脱靶毒性。比如针对ERBB2/HER2,可以通过提高CAR对正常上皮细胞上发现的低表达抗原和肿瘤细胞上高表达抗原的辨别能力来克服这种脱靶毒性。但显然,最佳亲和力的辨别并非那么简单,肿瘤活性的提高也伴随严重神经毒性。


或者通过直接靶向抗原进行瘤内注射或可增加治疗指数。比如多形性胶质细胞瘤中局部注射靶向IL13Rα2的CAR-T细胞证实其具有抗瘤活性,而且没有发现明显的毒性



2. 毒性反应(如CRS风暴)


CAR-T细胞治疗的常见毒性为严重的细胞因子释放综合征。这种综合征甚至比TIL和TCR-T细胞治疗中常见的流感样综合征更厉害。研究显示,CRS的严重分级与肿瘤负荷相关。最严重的CRS会出现包括嗜血细胞性淋巴细胞病和巨噬细胞激活综合征等。


除了CRS,CD19和BCMACAR-T细胞的临床试验中还报道了不同程度的神经并发症。CD19CAR-T细胞引起的神经毒性大部分是可逆的。但脑水肿是CRS的一种极端形式还是另有机制还不清楚。

    


考虑到CAR-T细胞制造和产品中的异质性,利用细胞剂量、淋巴消耗,化疗和不同的患者人群CART细胞试验,建立标准化的预测方法和CRS的管理是困难的。CRS的管理通常涉及使用积极的支持性治疗,包括解热、镇痛、补充氧和静脉输液以及用于减弱免疫的直接措施,在中度至重度CRS病例中对治疗的反应。用于还原的试剂与T细胞扩增相关的免疫应答可包括针对的抗IL-6治疗(托珠单抗)和/或皮质类固醇。然而,托珠单抗是广泛的第一个支持性治疗后选择,因为皮质类固醇理论上可能影响抗肿瘤CAR-T细胞的作用。

    3.肿瘤微环境


我们都知道现在CAR-T很多项目还是围绕着CD19来开展,包括已经上市的两款产品也是CD19为靶点的,这固然是由于CD19这个靶点特异性很强,另一方面也是由于血液肿瘤无需考虑肿瘤微环境的问题。但一方面血液肿瘤占整个癌症的比例有限(5%),并且真正适合CAR-T作为治疗方案的病人还得打一个折扣,其次CAR-T费用昂贵,又得排除一批病人,最后哪怕用的起并且适合CAR-T疗法的病人,很大一部分又会选择国外已经上市的产品。层层漏斗筛选下来,怎么可能支撑的起国内这么多家围绕着CD19开展的CAR-T公司。


因而开发实体瘤必然是大势所趋,但肿瘤微环境(肿瘤微环境中的免疫细胞及作用机理)是其面临的必然障碍。目前研究比较清楚的抑制T细胞免疫活性的因子包括免疫检查点、肿瘤代谢微环境的改变、调节T细胞和MSC细胞。过继细胞输注后瘤内这些免疫和代谢抑制因子的上调,意味着即将出现获得性耐受。CD19CAR-T细胞联合PD-1/PD-L1抑制剂的临床试验目前正在进行中。此外,联合其他免疫检查点抑制剂的临床试验也在开展中。


通用CAR-T


通用CAR-T在这里指的是同种异体的CAR-T,其优势其实比较明了,大家也很容易理解,最大的就是off-the-shelf,这可以有效降低患者的用药成本,同时犹如我们现在买药一样可以随买随用,另一个很明显的优点就是一部分癌症病人的免疫细胞功能已经不好,在种子本来就不理想的情况下,在这个上面进行CAR然后扩增,最后出来的CAR-T疗效也必然要大打折扣(这应该也是现在很多CAR-T项目入组需要检测免疫细胞功能的原因吧),通用CAR-T可以很好的克服这个问题,有效扩大受众。


既然是通用CAR-T,当然最重要的肯定GvHD:输入的外来CAR-T细胞对于宿主正常细胞的攻击和宿主自身的免疫系统对于CAR-T细胞的攻击。前者我们可以采用破坏CAR-T细胞TCR基因的方式达到,后者的话可以通过破坏CAR-T细胞MHC-Ⅰ来达到。至于达到的方式主要就是现在常见的一些基因编辑手段,如ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9。

    当然知易行难,通过破坏同种异体T细胞的TCR基因和MHCⅠ类基因,理论上是可以产生不引起GVDH并能广泛用于生产的通用CAR-T细胞。然而在实际应用中,仍存在一些关键性问题,例如微量TCR阳性的CAR-T细胞引起的GVDH反应、基因编辑过程存在的脱靶效应等,同时尽管阿伦单抗(免疫调节药物)可以调节免疫抑制,但NK细胞对MHCI类分子缺失细胞的识别仍然带来一定的局限性。抑制NK细胞对通用型CAR-T细胞溶解的方式是插入HLA-E,敲除HLA-A,-B和-C,来阻止自身T细胞攻击通用CAR-T细胞。除此之外,还有许多问题需要进行进一步探索,例如:   

1、需要更多的临床数据,以确定通用CAR-T细胞的有效性和毒性;

2、长期随访检测急性和慢性GVDH、排斥反应等副作用;

3、建立和统一CAR-T细胞疗法的临床、工业和监管标准。



鉴于该领域的快速发展,通用CAR-T细胞很可能会被广泛使用。这其中优质的细胞材料又是基础中的基础。   


优质细胞材料(CAR-T的原材料,IO药物研发的利器——简要介绍白细胞单采术(Leukopak)   



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Leuko Pak的主要成分:1)Mononuclear Cells(PBMNC)2)Red Blood Cells(RBC)3)Plasma4)PlateletsLeuko Pak产品优势:1)按照美国StemExpress的标准采集、运输2)提供Donor签署的知情同意书3)Donor病毒测试为阴性(HIV-1/2、HBV、HCV、梅毒)4)每个批次的产品均提供COA5)提供产品冷链运输全程的温控记录6)提供分离MNC的技术指导    7)可先对Donor进行预筛选8)Donor基本均可以回召



    

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参考资料:

1.CarlH. June, et al. Science 359, 1361–1365 (2018)

2.FesnakAD, et al.Nat Rev Cancer.2016 Aug 23;16(9):566-81.   




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