嵌合抗原受体细胞免疫疗法在治疗HIV 感染中的研究进展

刘雅婷， 陈素云， 林 琳

作者单位：1. 厦门医学院临床医学系，福建厦门 361000；*基础医学部。2. 湖南省脑科医院科研科。

嵌 合 抗 原 受 体（chimeric antigen receptors，CAR）是一种人工合成的受体[1]，以不依赖主要组织相容性复合体的方式靶向结合表面抗原。CAR由决定目标特异性的单链可变片段 （single-chain variable fragments， scFv）、连接scFv 到信号域的细胞外结合结构域、跨膜域和细胞内信号域组成[2]，其中细胞外结合结构域的识别序列决定了CAR 特异性及其与目标抗原的亲和力[3]。CD3 蛋白复合物ζ 链 （CD3ζ）作为细胞内信号结构域负责激活T 细胞裂解活性，且含有CD3ζ 的CAR-T 细胞具有记忆细胞表型，作用更持久[4]。新近开发的第五代CAR-T 细胞由于引入了细胞因子基因编码技术，极大地增强了其增殖、存活和抗病毒活性[5]。高度特异性使得CAR-T 细胞疗法成为一种革命性的治疗癌症和感染的方法[6]。2017 年，两种CD19修饰的CAR-T 细胞产品：Kymriah 和YesCARTa，被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗难治性或复发性的B 细胞白血病或淋巴瘤[7]，CAR-T 细胞疗法对B 细胞恶性肿瘤的治疗作出了重大贡献，这种治疗方式也开始被应用于人类免疫缺陷病毒（HIV）感染/艾滋病长期抗病毒治疗[8]。

HIV 是一种反转录病毒，靶向攻击CD4+T 细胞，损毁免疫系统[9]。截至2018 年底，全球有3 790 多万人感染了HIV[10]。由HIV 感染引起的艾滋病，在过去几十年里已造成数百万人死亡[11]。抗反转录病毒治疗（ART）可以抑制HIV 复制，但无法消除细胞中的潜伏病毒储存库；因此，在治疗中断后，患者常出现病毒反弹[12]。治疗HIV的有效策略需要一个强有力且持续的抗病毒T 细胞反应，HIV 擅长逃避自然产生的T 细胞反应，开发具有更强大识别杀伤效应的HIV 特异性T 细胞具有重大的意义[13]。有研究提出，CAR-T 细胞免疫疗法在实现功能治愈艾滋病方面具有巨大潜力，在没有ART 的情况下，即使病毒尚未完全根除，也可以维持长期甚至终生的病毒复制抑制[14]。

1 CAR-T 细胞疗法应用于HIV 感染的治疗

1.1 基于CD4 的CAR

HIV 表面包膜糖蛋白gp120 和gp41 是在HIV结构基因成熟过程中形成的，其中gp120 是一种非共价结合亚基，它的高变区上的V3 片段有中和抗原表位，有利于细胞与病毒融合并在病毒进入细胞中发挥关键作用[14]，gp120 通过与靶细胞上表达的共受体CCR5、辅助受体CXCR4 相互作用，介导HIV 进入宿主细胞[15]。gp120 上的主要受体结合位点可以被基于CD4 的CAR 所识别，而这些结合位点存在于所有临床HIV-1 变种上[16]，可以作为免疫攻击的靶标，有效地阻止由于HIV 变异而导致的免疫逃逸现象。

目前，用CAR-T 细胞治疗HIV 感染的最主要挑战之一是HIV 感染靶标CD4+T 细胞[17]。为了实现长期病毒抑制，CAR 不仅必须具备抗HIV 的最佳效力和特异性，而且还必须能有效抵抗病毒逃逸[18]。虽然HIV 特异性CD8+T 细胞对控制病毒血症和消除HIV 感染细胞至关重要[13]，但是基于CD4+的CAR-T 细胞却更具优势。因为CD4 是HIV 的天然配体，对病毒亲和力强，病毒逃逸的机会小，所以可以更加有效地靶向消灭HIV 感染细胞[19]。CD4 修饰的CAR-T 细胞可以识别并结合受感染细胞表达的gp120，有效地杀死HIV 感染细胞，限制HIV 的体外复制[8]，并且减少自身被HIV 感染的风险[18]。此外，为了确保CAR-T 细胞免受病毒感染，可以对T 细胞本身进行编辑，例如敲除CCR5 基因或者在CAR 中加入C46 融合抑制 剂[5，16，20]。CCR5 是HIV 的 主 要 共 受 体[21]，T细胞表面的CD4 与gp120 结合，然后再锚定在辅助受体CCR5 上，这是病毒粒子与T 细胞膜融合的关键[22]。因此，敲除CCR5 基因可以有效防止HIV 侵入CAR-T 细胞[6]。C46 是一种抗病毒肽，它来源于HIV-1gp41 C 端的七肽重复序列，可以抑制HIV-1 进入细胞[23]。研究显示，表达C46 的CD4-CAR 会导致人白血病T 细胞系的HIV 感染增加；相反，则会明显减少CD4-CAR 修饰的T 细胞遭受HIV 感染[8]，结果表明C46 融合抑制剂在一定程度上可以保护CD4 修饰的CAR-T 细胞。

1.2 基于scFv 的CAR

新近分离的新型高亲和的广泛中和抗体（bNAb）[24]可以识别HIVgp120，具有很高的病毒中和能力。此外，bNAb 可以促进Fc 片段介导的效应功能，促进感染细胞的裂解；或者通过抗体依赖性细胞介导的细胞毒性和补体依赖性细胞毒性，清除表达HIV 抗原的感染细胞[25]。据预测，从bNAb 中提取的scFv 可用于开发有效的抗HIV抗体，并可以选择多个scFv 来开发针对gp120不同表位的CAR[26]。虽然敲除CCR5[7]基因和在CAR 中加入C46 融合抑制剂均可以防止T 细胞被HIV 感染，但它们仅适用于供体衍生的CAR-T 细胞产物[27]。患者来源的T 细胞将HIV 基因整合在T 细胞基因组内，在体外培养时，HIV 基因可以重新激活，在离体培养过程中消除CD4 群体，此时上述方法则对HIV 感染治疗效果差且风险大[28]。有研究发现，新型中和抗体衍生的scFv 对杀伤表达gp120 的细胞系比其他中和抗体有更强的效果，来自NIH45-46 抗体的scFv 修饰的CAR-T 细胞具有最高的细胞毒性，能够消除表达抗原的细胞，且有望解决体外培养的HIV 感染患者来源的CAR-T 细胞中HIV 的再激活问题[27]。

1.3 双特定和三特定的CAR

有研究发现基于CD4 的CAR 使基因修饰的T细胞易受HIV 感染[8]，而且考虑到scFv 结构域有同时发生病毒突变逃逸和免疫原性的可能性，研究人员便设计了双或三特定的CAR 来增强对HIV及其变种抗原的特异性和亲和力[29]。双特定或三特定CAR 是由两个或多个HIV 细胞膜结合域组成的分子，包括mD1.22、m36.4 和C46，其中mD1.22 与gp120 上高度保守的CD4 结合位点有高亲和性；m36.4 是亲和力成熟的工程化人Ig 重链VH 结构域，可与gp120 上共受体结合位点附近的结构表位结合；C46 肽是gp41 膜近端外区域，在病毒融合水平上抑制HIV 感染，类似于美国FDA批准的融合抑制剂恩夫韦肽或 T20[16]。当在T 细胞表面作为一个锚定的膜相关分子表达时，C46 可以有效抑制 HIV 与 T 细胞膜的融合[16]。当双特定和三特定CAR 组合在一起，形成多价多特异性可溶性抗体，在体外可发挥强大的协同作用，有效地中和不同种类的HIV 毒株，减少病毒突变逃逸的发生[30]。双特定和三特定CAR-T 细胞治疗旨在最大程度减少病毒载量同时使自身免受病毒攻击，以延缓病情阻止疾病的发展，甚至可以重新激活潜伏病毒并将其清除，从而达到靶向HIV 储存库的效果[16]。

2 总结与展望

持久的潜在病毒储存库和病毒逃逸是治疗HIV-1 感染的主要挑战[31]，有效减少HIV 储存库以及增强细胞免疫被认为是治疗HIV 感染的关键策略，如“休克和杀死”策略[32]，而如何确保CAR-T 细胞不被HIV 攻击被认为是抗HIV 感染的CAR-T 细胞免疫疗法中最根本的一步[33]，只要这一难题得到解决，CAR-T 细胞免疫疗法在HIV 感染治疗上将具有更深远的临床意义。