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。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。
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。
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。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