嵌合抗原受体T细胞在肿瘤免疫治疗中的研究进展

赵媛媛　孔　宁　王　毅

(吉林大学药学院，吉林　长春　130021)



嵌合抗原受体T细胞在肿瘤免疫治疗中的研究进展

赵媛媛孔宁王毅

(吉林大学药学院，吉林长春130021)

〔关键词〕嵌合抗原受体；T细胞；肿瘤；免疫治疗

肿瘤的传统疗法(包括手术治疗、化学治疗、放射治疗等)取得了一定的成果，然而患者的生存率低、肿瘤复发和转移仍然是有待攻破的难题。与传统抗癌疗法不同，肿瘤免疫治疗的靶标并不针对肿瘤细胞和肿瘤组织，而是针对人体自身的免疫系统。其中，使抗原抗体的高亲和性和T细胞的杀伤作用相结合，构建基于肿瘤特异性的嵌合抗原受体(CAR)的T细胞免疫疗法(CAR-T)发展非常迅速，通过基因转导使T淋巴细胞表达这种CAR后，T细胞在体内能够特异性地识别肿瘤抗原、有效杀伤肿瘤细胞。在近25年的时间里，CAR-T在体内实验和临床试验中均表现出良好的靶向性、杀伤活性和持久性，在治疗白血病〔1〕、淋巴瘤〔2〕、脑胶质瘤〔3〕和卵巢癌〔4〕等恶性肿瘤方面取得了令人欣喜的疗效。本文将根据最新的研究进展对CAR-T技术在治疗恶性肿瘤的临床应用方面作一综述。

1CAR-T作用原理

T 细胞是人体内特异性抗肿瘤的效应细胞，但其发挥作用具有主要组织相容性复合体(MHC)限制性。1989 年，Gross等〔5〕首次提出构建CAR，即使T细胞受体(TCR)的亚基与肿瘤抗原单克隆抗体的单链可变区两者相结合，再通过一定途径将编码CAR的基因插入T细胞，修饰后的T细胞经体外扩增和纯化后回输入到体内，构建的 CAR-T在体内既能特异性识别并结合肿瘤抗原，又具有T细胞自我更新和杀伤的能力。T细胞经基因修饰后获得了靶向杀伤活性，不受肿瘤局部免疫微环境的抑制，从而打破宿主的免疫耐受状态，使T细胞以非MHC限制性的方式特异性杀伤肿瘤细胞。

2CAR主要结构

CAR的结构主要包括三部分：胞外抗原结合区、跨膜区以及胞内信号肽区。其中CAR的胞外区决定其特异性。胞外结合区的主要构成是肿瘤抗原特异性的单克隆抗体单链的可变区序列(轻链可变区和重链可变区由铰链区连接)，其作用是特异性识别靶细胞表面的特异性抗原。CAR的跨膜区由CD3、CD4、CD28等构成。CAR的胞内信号区通常是TCR/CD3ζ链、免疫球蛋白Fc受体FcεRIγ链，这部分含有免疫受体酪氨酸活化基序(ITAMs)，主要发挥信号转导功能〔6〕。

3CAR结构发展历程

二十多年来，人们不断改进CAR的结构，如今CAR已发展到第4代。第1代CAR能够成功识别靶抗原并激活T细胞，但由于胞内信号肽区只表达单一的信号分子(TCR/CD3ζ链或免疫球蛋白Fc受体FcεRIγ链)，缺乏协同刺激分子，从而不能充分激活T细胞，导致其修饰的 T 细胞增殖能力较低，细胞因子分泌水平也不高，无法在体内持续维持抗肿瘤效应。第2代CAR的信号区添加了一个协同刺激分子，因此在肿瘤细胞被CAR-T识别后，CAR中的协同刺激分子和胞内信号能够同时被活化，即实现双重活化，使T 细胞持久增殖并持续释放细胞因子，从而使细胞杀瘤活性大大提升〔7〕。第3代CAR在胞内信号区整合了2个以上的协同刺激分子，T细胞持续活化、增殖的能力得以实现，细胞因子的分泌得以持续，从而使T细胞增殖分泌能力和杀伤肿瘤细胞能力明显增强。第4代CAR(又称TRUCKs)在第3代CAR的结构基础上，又增加了编码CAR及其启动子的载体。这样，在转基因产生的细胞因子作用下，CAR能够产生更有效的信号；此外，白细胞介素(IL-12)等细胞因子还可以招募免疫系统的其他成员，使得抗肿瘤免疫效应得以放大〔8〕。

4CAR-T在临床治疗中的应用

传统的肿瘤治疗方式包括手术治疗、化学治疗和放射治疗等，而作为一种新型细胞免疫疗法，CAR-T所具有的优势是肿瘤传统疗法无法比拟的。CAR-T细胞能够特异性地杀伤肿瘤细胞，而对正常细胞损伤较小，并且没有放、化疗的毒副作用，因此耐受性较好。同时CAR-T能重建并增强患者机体的免疫功能，可长期对抗肿瘤。近年来，随着 CAR 结构的不断优化，CAR-T 也由实验室走向了临床试验〔9〕。

4.1CAR-T应用于血液系统肿瘤的治疗恶性淋巴瘤、白血病以及多发性骨髓瘤是常见的血液系统肿瘤，这几类肿瘤的发病率逐年升高，在恶性肿瘤中占较大比重。

4.1.1B细胞恶性肿瘤B细胞肿瘤的细胞表面表达肿瘤特异性抗原CD19，目前开展的B细胞恶性肿瘤临床试验大多是应用靶向的CAR-T。B细胞以及95%以上的B细胞恶性肿瘤表面均特异性表达CD19，并且CD19在B细胞的不同分化阶段均持续表达〔10〕。因此构建能够识别CD19分子的CAR-T，对绝大多数B系肿瘤具有治疗作用。

Wilson在2010年对一名难治性淋巴瘤患者复发后进行了CAR-T(CD19-CAR-T)治疗，治疗后病人的病情明显缓解了较长时间〔11〕。随后，Levine一项利用CAR-T进行了白血病治疗的临床试验取得了成功，这一成果使整个肿瘤研究领域都为之震惊〔12〕。诺华公司在2014年公布了一项CAR-T疗法治疗B细胞肿瘤(CTL019)的最新研究数据，该项研究针对复发难治性急性淋巴细胞白血病，总共有39名儿童接受CTL019治疗，治疗后36名儿童(92%)达到了完全缓解，并且25名响应者在治疗结束6个月后仍处于缓解中，存活率达75%〔13〕。

除了构建CD19的CAR-T细胞，还有研究者筛选新的靶标抗原，包括κ免疫球蛋白轻链〔14〕、B细胞成熟抗原(BCMA)〔15〕、CD20〔16〕等，且许多研究均取得了较好成果。

4.1.2急性髓系白血病(AML)AML患者不能够治愈，而CAR-T疗法可能会缓解他们的病情。髓系细胞表面表达有CD33、CD123等抗原，其中CD123在AML中高表达，而在正常细胞表达较低，有研究者设计并利用特异性表达CD123的CAR-T细胞，研究发现这种CAR-T细胞在AML动物模型中有对抗AML效果，这表明针对CD123的CAR-T有望成为靶向治疗AML的一个理想选择〔17〕。

4.2CAR-T在实体瘤治疗中的应用近年来，CAR-T在神经母细胞瘤、黑色素瘤、乳腺癌、前列腺癌等实体肿瘤中也显示出良好的抗肿瘤效应。

4.2.1神经母细胞瘤在治疗神经母细胞瘤的临床试验中，经第1代CAR-T修饰后的T细胞虽能成功进入患者体内，但由于其CAR结构仅有单一信号(CD3ζ或FcεRIγ)，T细胞不能被有效激活，导致抗肿瘤效应持续时间较短，并未显示出明显的抗肿瘤效果。并且第1代CAR结合的单链抗体是鼠源，该CAR修饰的T细胞输入患者体内后会被患者自身产生的抗鼠抗体中和〔18〕。

随着CAR结构的不断发展，第1代CAR-T细胞逐渐被第2、3代CAR-T所取代，从而广泛应用于临床试验：Louis等〔19〕在治疗神经母细胞瘤的临床试验中发现，对处于活动期的神经母细胞瘤患者应用CAR-T治疗后，患者病情得到完全缓解，取得了显著的抗肿瘤作用。

4.2.2黑色素瘤在Morgan等〔20〕研究中，17 名转移性黑素瘤患者接受了CAR-T 治疗(靶向人黑素瘤标志物，α-MART-1)，其中肿瘤完全消退患者为2 例，其他15 例患者的外周血中持续存在高比例的回输T 细胞(9% ～ 56%)，而且病情稳定。另外，Gargett等〔21〕在治疗黑色素瘤的体外实验中，联合应用CAR-T与激酶抑制剂，实验结果显示二者联合应用具有协同治疗黑色素瘤的作用，提示该方法的临床应用前景非常广阔，有望进行进一步研究。

此外，还有以人类表皮生长因子受体2(HER-2)、上皮黏蛋白(MUC-1)为靶点治疗乳腺癌〔22〕，以癌胚抗原(CEA)为靶点治疗结肠癌〔23〕、以前列腺特异性膜抗原(PSMA)为靶点治疗前列腺癌〔24〕等，多数都取得了一定的临床效果。

5安全性挑战

CAR-T细胞疗法作为一种新型免疫治疗恶性肿瘤的方法，在其为晚期恶性肿瘤患者带来治愈希望的同时，其在治疗过程中的不良反应依旧需要得到重视，特别是一些致命的不良反应。因此在开展CAR-T治疗的同时，还要重视CAR-T应用的安全性问题。

5.1脱靶效应首先就是脱靶效应，即大多数 CAR 定向的靶抗原不是肿瘤特有的，其在正常组织中有不同程度的表达，因此CAR 修饰的免疫细胞在攻击肿瘤组织的同时也会损伤正常组织。因此可以使CAR-T表达的CAR为两种或两种以上，而一般只表达一种抗原的正常组织细胞就可以避免受到CAR-T的损伤〔25〕，或者选择仅表达于肿瘤细胞表面的靶抗原，使之特异性结合于肿瘤细胞而不会结合到正常组织细胞。

5.2细胞因子风暴其次需要重视的不良反应就是“细胞因子风暴”。在第 2、3 代CAR中引入了 1 个或多个共刺激分子，使得细胞活化、增殖、杀伤能力大幅度增强，同时在细胞治疗过程中有多种细胞因子，如IL-1、IL-6、γ-干扰素等大量释放到机体循环系统中，引起恶心、头痛、心动过速、呼吸急促等临床症状，严重者可导致急性呼吸窘迫综合征或多器官功能衰竭，这就是所谓的“细胞因子风暴”〔26〕。针对这一问题，不仅要设计安全的CAR-T细胞，还要严格限制每次输注患者体内的细胞数量，从而降低该不良反应的发生。

6展望

在肿瘤免疫细胞治疗领域，CAR-T代表当今最先进的技术，随着现代生物科学的发展，CAR-T越来越受到大家的重视。在肿瘤免疫治疗方面，CAR-T 的临床试验结果显示其有着无可比拟的优势，然而在技术提升和大规模临床应用方面，CAR-T仍然存在着许多挑战。如何提高CAR-T特异性杀伤肿瘤的能力以及用于临床治疗的安全有效性是目前CAR-T治疗急需解决的难题。随着研究的深入和技术的日益提高，相信CAR-T一定会在肿瘤的免疫治疗中发挥越来越重要的作用，造福于医学发展和人类健康。

7参考文献

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〔2015-10-16修回〕

(编辑袁左鸣)

基金项目：吉林省科技厅青年基金(No.20130522011JH)

通讯作者：王毅(1972-)，女，博士，教授，博士生导师，主要从事肿瘤疫苗方面的研究。

〔中图分类号〕R730.51

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)12-3071-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.12.114

第一作者：赵媛媛(1990-)，女，在读硕士,主要从事肿瘤疫苗方面的研究。