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CAR-T技术全剖析,免疗治疗将何去何从?


作者:解螺旋·子非鱼

如需转载请注明来源:解螺旋·医生科研助手

导语

肿瘤治疗作为一块难啃的骨头,一直都是无数科研者们的心头大患。近年来,横空出世的CAR-T疗法早期在血液性肿瘤治疗上的显著疗效,使其成为最有前景的肿瘤治疗方式之一。然而近期CAR-T疗法局势却有所恶化,似乎笼罩一层挥之不去的阴影。那么肿瘤免疫疗法的效果到底如何,本文就解开其神秘的面纱,让大家一睹真容。

瓶颈的浮现—CAR-T遭遇滑铁卢
近日,最早参与CAR-T竞争的全球跨国药企诺华宣称将解散其细胞与基因治疗研究部门(Cell&Gene Therapies Unit),并入肿瘤业务部门,同时将有120个岗位被撤销。此次,诺华对CAR-T研究部门的重整,在科研界里掀起了巨大波澜。
 
目前很多人对诺华在CAR-T领域来个急刹车的原因议论纷纷,但是业界里普遍认为诺华此举是对整个CAR-T领域的前景忧虑所致,也反映了全球CAR-T领域都遇到了挑战。因为CAR-T疗法始终存在一些不确定性:一是约50%患者一年内复发,二是仍需毒性较大的化疗预处理,三是安全性如细胞因子风暴仍需专业医生进行监控,四是因为该疗法成本高、价格贵,一些便宜易使用的产品(如BiTE抗体)更有市场竞争力,五是该技术目前在实体瘤的治疗上并没有实质的进展。
 
同时,今年7月,Juno公司的CAR-T “车祸”更使得该研究领域雪上加霜。该公司研发的以CD19为靶标的CAR-T细胞治疗产品JCAR015 II期临床试验因5名白血病患者在接受该疗法后出现神经毒性症状死亡而被美国FDA叫停。究其原因,是因为JCAR015的共刺激结构域是CD28,其特点是刺激CAR-T细胞在体内迅速扩增,但同时也使得细胞迅速耗竭,因此复发率较高。
 
尽管后续FDA对CAR-T研究进行解禁,但是CAR-T技术安全性的争议一直存在。然而正如所有的技术一样,CAR-T技术作为肿瘤治疗的一门颠覆性技术,也需要经历一个漫长的演化过程以及不断的优化升级才能逐渐走向成熟。
CAR-T的进化—结构大改造
正所谓知己知彼,百战不殆。要想对CAR-T技术进行优化,就要先对CAR-T疗法的基本流程和CAR的具体结构有一定的了解。
 
1.T细胞疗法的基本流程
 

研究者可先通过逆流离心(Counterflow Centrifugal Elutriation)的方法来富集人血液中的淋巴细胞。再将淋巴细胞在体外培养环境中接受特定抗原刺激,并通过病毒载体导入编码CAR或TCR的基因片段。然后把这些淋巴细胞放在生物反应器中进行分裂增殖,当其数量达到一定值时清洗掉没有表达CAR或TCR的T细胞。而筛选出的细胞经过浓缩及质量检查后才可注回到患者体内。


2.CAR的具体结构
 

TCR与CAR在结构上有着显著的差异。如下图所示, CAR将识别肿瘤抗原的抗体片段与TCR的胞内域(Intracellular Domain)片段和接受第二种刺激信号的受体胞内域片段嵌合在一起,使得CAR不需要MHC的辅助就可以识别肿瘤抗原,同时也不需要共刺激信号就可以激活T细胞。

 

目前,CAR的结构已经经过了多次改进,目的就是要使得T细胞的激活效率变得更高。

 


3.让CAR-T细胞变得更“聪明”
 

随着CAR-T技术的发展,如何最小化CAR-T细胞的脱靶效应成为靶点选择的主要驱动力,因而,科研者们也大致通过以下4个方面来赋予CAR-T细胞更丰富的功能及对它的杀伤力进行更精准的控制。


方向一:基因编辑技术和CAR-T强强联手

利用基因编辑技术如CRISPR系统高效编辑人类T细胞,降低该技术的成本和增强该技术的安全性。
eg:a)武装CAR-T细胞,让其表达抗肿瘤的细胞因子(如IL-12)。
b)构建通用的CAR-T细胞,即对回输的CAR-T细胞敲除内源性TCR和MHC分子,避免引起宿主免疫排斥反应。
 

方向二:增强“运输”能力

对于治疗实体瘤,CAR-T细胞的靶向性至关重要。已有一些临床前实体瘤研究发现,相比于系统性给药,CAR-T细胞的局部给药在肿瘤部位有更好的积累,更能够控制肿瘤生长。
 
eg:c)CAR-T细胞加入趋向因子受体,增强其靶向性。
 

方向三:避免肿瘤抑制和逃逸

eg:d)通过基因工程消除免疫检查点蛋白的表达或者使用阻断免疫检查点信号通路的单克隆抗体可以让CAR-T细胞对免疫抑制产生抗性。
 
方向四:提高CAR-T细胞的安全性
 
一方面通过分子“开关”对CAR-T细胞进行精准的控制,提高该疗法的安全性。比如,一种是“关闭开关(off switch)”,是指对T细胞进行设计,使其表达一种能够通过外源元素诱导表达的促死亡信号。另一种是“打开开关(on switch)”,是指让T细胞在另一外源分子存在时才能激活。
 
eg:e)在CAR-T细胞引入自毁机制,可使CAR-T细胞在接触特定配体后发生细胞凋亡,进而减少CAR-T细胞误伤的风险。
f)条件CAR-T细胞,即使CAR-T细胞的激活受到某种小分子的控制,只有在这种小分子存在时T细胞才会被激活。
g)在CAR-T细胞表面表达一种被现有单克隆抗体识别的肿瘤抗原,如果CAR-T细胞的毒副作用过大,给患者使用单克隆抗体可以消灭这些CAR-T细胞。
 
另一方面,也可以通过增强CAR-T细胞的特异性来预防脱靶(Off-tumour)毒性。
 
eg:h)在CAR 的胞外域加入识别两种不同蛋白的抗体片段,只有靶向细胞同时表达这两种蛋白时CAR-T细胞才会被激活。
i)在CAR-T细胞表面表达两种不同的CARs,每一种CAR只能激活一条信息通路,只有两条信息通路同时被激活时CAR-T细胞才会被激活。
j)在CAR-T细胞上表达一种能够抑制细胞激活的CAR. 这种CAR的抗体片段能够识别正常细胞表达的抗原,而它的细胞内部分能够抑制T细胞激活(比如PD1受体的细胞内片段)。这种CAR-T细胞只会在肿瘤抗原存在而正常细胞表达的抗原不存在的情况下才会被激活。 
 
如此,随着潜在靶点群体的扩张,可以更好的理解癌症生物学以及有望实现实体瘤更精准的靶向。
 
参考文献:Engineered T cells: the promise and challenges of cancer immunotherapy
CAR-T技术研究的最近进展

(回复CAR-T,可下载相关文献)

1、Journal of virology:首次利用CAR-T疗法杀死被HIV感染的细胞
 
美国加州大学的研究人员将7种最近发现能够结合多种入侵HIV毒株的“广泛中和抗体”改造成了具有抵抗广泛的HIV毒株的人工CAR-T细胞,并在动物实验中发现该细胞能够不同程度的指导杀伤性T细胞增殖、杀死被HIV感染的细胞和抑制被感染细胞中的病毒复制。
 
参考文献:HIV-1-Specific Chimeric Antigen Receptors Based on Broadly Neutralizing Antibodies
 
2、Science: 利用CAAR-T细胞疗法靶向治疗自身免疫疾病
 
寻常性天疱疮(pemphigus vulgaris, PV)患者自身的免疫细胞会攻击一种在正常条件下将皮肤细胞粘附在一起的蛋白——桥粒芯蛋白-3(desmoglein-3, Dsg3)。
 
本文的研究人员设计出一种嵌合自身抗体受体(chimeric autoantibody receptor, CAAR),它呈现自身抗原Dsg3的片段,可诱导靶向结合Dsg3的B细胞结合,从而让它们与这些治疗性的T细胞进行致命性的接触,可成功治疗小鼠的PV症状。
 
参考文献:Reengineering chimeric antigen receptor T cells for targeted therapy of autoimmune disease
 
3、Immunity: 新型CAR-T疗法治疗实体瘤
 
美国宾夕法尼亚大学的研究人员经过基因修饰设计出一种新型的CAR,可以特异性地识别粘蛋白1(MUC1)上截断的糖分子,而MUC1蛋白在正常的细胞表面上并不存在,但在很多类型的实体瘤和白血病的癌细胞表面上大量存在。研究者已经在胰腺癌模式小鼠体内证实了这种新型CAR-T疗法的有效性。
 
参考文献:Engineered CAR T Cells Targeting the Cancer-Associated Tn-Glycoform of the Membrane Mucin MUC1 Control Adenocarcinoma
 
4、Journal of Clinical Investigation: 表达CAR的Treg细胞可抑制移植排斥
 
加拿大哥伦比亚大学的研究人员构建一种表达HLA-A2特异性嵌合抗原受体的基因,并用一种无害的病毒将这种CAR基因导入Tregs中,从而对这些细胞进行编程,可使其识别移植组织并保护它们免受宿主免疫系统的攻击。
 
参考文献:Alloantigen-specific regulatory T cells generated with a chimeric antigen receptor
 
5、JCI:TanCAR-T免疫疗法治疗实体瘤大有可为
 
本文的研究人员构建了一种靶向胶质母细胞瘤细胞表面两种不同的肿瘤表面分子HER2和IL13Ra2的CAR-T细胞,即串联CAR-T(Tandem CAR,TanCAR),并发现TanCAR-T细胞的抗肿瘤效应要比使用各自的单价CAR分子要高得多,能更好的阻止肿瘤逃避免疫检测、更好地控制肿瘤和改善小鼠存活。
 
参考文献:Tandem CAR T cells targeting HER2 and IL13Rα2 mitigate tumor antigen escape
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