簡單介紹CAR-T的演進及挑戰

2019-12-04 17:12 嚴國樑
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腫瘤免疫治療是利用人體的免疫系統來攻擊腫瘤細胞,因而與之前的放化療、靶向藥產生了根本性區別,后者由于直接攻擊腫瘤從而會導致腫瘤較快進化出耐藥反應,而免疫系統卻能動態地、適應性地攻擊腫瘤。因而免疫療法改變了腫瘤治療的格局,打開了通向把腫瘤變成慢性疾病的大門。(靶向藥物、免疫藥物,哪個更好?   


現階段新的免疫療法層出不窮,主要包括=腫瘤疫苗、溶瘤病毒、細胞因子、細胞療法、大/小分子藥物療法等等,這次我們主要來看下細胞療法,關于細胞療法的演變其實我們前面也簡單介紹過(LAK, CIK, DC-CIK, TIL, TCR-T, CAR-T......更新換代、進無止境;通用CAR-T,CAR-T與TCR-T面面觀;一文解讀T細胞激活機制及CART基于此的演變歷程)。   



CAR-T的演變   


最早的CAR-T設想是繞開MHC的限制性,因而科研人員首先是找到一個合適的TAA(Tumor Associated Antigen,即腫瘤相關抗原),然后給T細胞裝上一個與這個抗原相對應的scFv(single chain Variable fragment,即單鏈抗體),嚴格的說只是抗體的一個片段,這樣就沒有MHC分子什么事情了,這就是CAR-T的雛形。

    



但這樣形成的CART因為缺乏共刺激信號,T細胞往往會未老先衰,起不到抗腫瘤的作用。因而第二代CART的理念就是找到一個效果特別好的TAA,然后加上共刺激信號(CD28, 4-1BB)。這就是第二代CAR-T產品的兩種主流設計,在共刺激結構域,一種用CD28,一種用4-1BB。這中間最有代表性的就是Juno以CD19為靶點,用4-1BB做共刺激結構域和Kite以CD19為靶點,用CD28做共刺激結構域的第二代CAR-T。這兩個共刺激信號一個持久,一個強烈,各有千秋。

    


下一步理所當然的設想就是既然CD28共刺激信號強烈但不持久,4-1BB持久但不強烈,那是否可以將兩者結合到一起,從而取長補短使得刺激信號即強烈又持久呢?這就出現了第三代CART。

    


CAR-T挑戰及應對

   
1. 脫靶風險


比如ERBB2/HER2蛋白是一種酪氨酸受體激酶,在腫瘤細胞中廣泛過表達,是抗體或抗體結合劑的有效靶點。但靶向ERBB2/HER2的CAR-T療法在第一例患者中就出現了致命的毒性。后來的第三代CAR技術的應用研究顯示,這種毒性是由于低表達ERBB2的肺上皮細胞被錯誤識別并殺傷,導致了肺損傷和大量細胞因子釋放。


針對脫靶毒性,科研人員通過一系列方式來進行攻克。比如將親和力的工程化應用于CAR的設計以調節靶向療效和脫靶毒性。比如針對ERBB2/HER2,可以通過提高CAR對正常上皮細胞上發現的低表達抗原和腫瘤細胞上高表達抗原的辨別能力來克服這種脫靶毒性。但顯然,最佳親和力的辨別并非那么簡單,腫瘤活性的提高也伴隨嚴重神經毒性。


或者通過直接靶向抗原進行瘤內注射或可增加治療指數。比如多形性膠質細胞瘤中局部注射靶向IL13Rα2的CAR-T細胞證實其具有抗瘤活性,而且沒有發現明顯的毒性。



2. 毒性反應(如CRS風暴)


CAR-T細胞治療的常見毒性為嚴重的細胞因子釋放綜合征。這種綜合征甚至比TIL和TCR-T細胞治療中常見的流感樣綜合征更厲害。研究顯示,CRS的嚴重分級與腫瘤負荷相關。最嚴重的CRS會出現包括嗜血細胞性淋巴細胞病和巨噬細胞激活綜合征等。


除了CRS,CD19和BCMACAR-T細胞的臨床試驗中還報道了不同程度的神經并發癥。CD19CAR-T細胞引起的神經毒性大部分是可逆的。但腦水腫是CRS的一種極端形式還是另有機制還不清楚。

    


考慮到CAR-T細胞制造和產品中的異質性,利用細胞劑量、淋巴消耗,化療和不同的患者人群CART細胞試驗,建立標準化的預測方法和CRS的管理是困難的。CRS的管理通常涉及使用積極的支持性治療,包括解熱、鎮痛、補充氧和靜脈輸液以及用于減弱免疫的直接措施,在中度至重度CRS病例中對治療的反應。用于還原的試劑與T細胞擴增相關的免疫應答可包括針對的抗IL-6治療(托珠單抗)和/或皮質類固醇。然而,托珠單抗是廣泛的第一個支持性治療后選擇,因為皮質類固醇理論上可能影響抗腫瘤CAR-T細胞的作用。

    3.腫瘤微環境


我們都知道現在CAR-T很多項目還是圍繞著CD19來開展,包括已經上市的兩款產品也是CD19為靶點的,這固然是由于CD19這個靶點特異性很強,另一方面也是由于血液腫瘤無需考慮腫瘤微環境的問題。但一方面血液腫瘤占整個癌癥的比例有限(5%),并且真正適合CAR-T作為治療方案的病人還得打一個折扣,其次CAR-T費用昂貴,又得排除一批病人,最后哪怕用的起并且適合CAR-T療法的病人,很大一部分又會選擇國外已經上市的產品。層層漏斗篩選下來,怎么可能支撐的起國內這么多家圍繞著CD19開展的CAR-T公司。


因而開發實體瘤必然是大勢所趨,但腫瘤微環境(腫瘤微環境中的免疫細胞及作用機理)是其面臨的必然障礙。目前研究比較清楚的抑制T細胞免疫活性的因子包括免疫檢查點、腫瘤代謝微環境的改變、調節T細胞和MSC細胞。過繼細胞輸注后瘤內這些免疫和代謝抑制因子的上調,意味著即將出現獲得性耐受。CD19CAR-T細胞聯合PD-1/PD-L1抑制劑的臨床試驗目前正在進行中。此外,聯合其他免疫檢查點抑制劑的臨床試驗也在開展中。


通用CAR-T


通用CAR-T在這里指的是同種異體的CAR-T,其優勢其實比較明了,大家也很容易理解,最大的就是off-the-shelf,這可以有效降低患者的用藥成本,同時猶如我們現在買藥一樣可以隨買隨用,另一個很明顯的優點就是一部分癌癥病人的免疫細胞功能已經不好,在種子本來就不理想的情況下,在這個上面進行CAR然后擴增,最后出來的CAR-T療效也必然要大打折扣(這應該也是現在很多CAR-T項目入組需要檢測免疫細胞功能的原因吧),通用CAR-T可以很好的克服這個問題,有效擴大受眾。


既然是通用CAR-T,當然最重要的肯定GvHD:輸入的外來CAR-T細胞對于宿主正常細胞的攻擊和宿主自身的免疫系統對于CAR-T細胞的攻擊。前者我們可以采用破壞CAR-T細胞TCR基因的方式達到,后者的話可以通過破壞CAR-T細胞MHC-Ⅰ來達到。至于達到的方式主要就是現在常見的一些基因編輯手段,如ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9。

    當然知易行難,通過破壞同種異體T細胞的TCR基因和MHCⅠ類基因,理論上是可以產生不引起GVDH并能廣泛用于生產的通用CAR-T細胞。然而在實際應用中,仍存在一些關鍵性問題,例如微量TCR陽性的CAR-T細胞引起的GVDH反應、基因編輯過程存在的脫靶效應等,同時盡管阿倫單抗(免疫調節藥物)可以調節免疫抑制,但NK細胞對MHCI類分子缺失細胞的識別仍然帶來一定的局限性。抑制NK細胞對通用型CAR-T細胞溶解的方式是插入HLA-E,敲除HLA-A,-B和-C,來阻止自身T細胞攻擊通用CAR-T細胞。除此之外,還有許多問題需要進行進一步探索,例如:   

1、需要更多的臨床數據,以確定通用CAR-T細胞的有效性和毒性;

2、長期隨訪檢測急性和慢性GVDH、排斥反應等副作用;

3、建立和統一CAR-T細胞療法的臨床、工業和監管標準。



鑒于該領域的快速發展,通用CAR-T細胞很可能會被廣泛使用。這其中優質的細胞材料又是基礎中的基礎。   


優質細胞材料(CAR-T的原材料,IO藥物研發的利器——簡要介紹白細胞單采術(Leukopak)   



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參考資料:

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

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