近年來，嵌合抗原受體(CAR)T細胞療法已經發生了革命性的發展。CAR是合成的T細胞受體，其將腫瘤特異性結合結構域融合至T細胞活化信號以賦予其腫瘤特異性細胞毒性。可以收集患者來源的T細胞並離體轉導以表達CAR，然後返回患者以介導腫瘤根除。
經過數十年的臨床前開發，靶向CD19的CAR-T細胞實現了出色的臨床反應，CD19是一種B細胞抗原，具有大多數B細胞惡性腫瘤的保守表達。CD19 CAR-T細胞的成功也大大推動了這類療法的商業推出。
圖片來源：Science Translational Medicine
從CAR-T細胞療法的發展時間軸來看，早期CAR-T細胞臨床試驗的成功推動了該領域從小型早期試驗到FDA批准商業化細胞產品的快速發展。持續的進展將需要解決生物學挑戰，包括限制CAR T細胞在非B細胞惡性腫瘤中的功效的障礙，以及解決目前限制這些療法對患者的可及性的製造挑戰。
1 挖掘CAR-T細胞的潛能
早期試驗的成功促使FDA在2017年批准了tisagenlecleucel(Kymriah)，一種CD19特異性4-1BB-ζCAR構建體，用於治療兒童和年輕人的復發或難治性CD19+ B細胞急性淋巴細胞白血病(ALL)，一項2期多機構試驗結果顯示，輸注後3個月內緩解率為81％。
此後不久，FDA批准了axicabtagene ciloleucel(Yescarta)，一種CD19特異性CD28-ζCAR構建體，用於難治性大B細胞淋巴瘤成人患者，2期實驗顯示54％的患者表現出完全反應(CR)。
近日，2019年的第一屆歐洲CAR-T大會上，賓大Carl June團隊公佈CD19特異性CAR-T療法CTL119聯合Ibrutinib(依魯替尼)治療復發/難治性慢性淋巴細胞白血病(CLL)的最新結果，13/19名患者在第12個月達到MRD陰性(治療後血液或骨髓中殘留的CLL細胞比例＜1/10000個白血細胞)。鑑於相關臨床試驗的療效和安全性數據，CLL有望成為CAR-T療法的新適應症。
另一個具有極大潛力的適應症是多發性骨髓瘤(MM)，目前針對該適應症的BCMA靶向CAR-T研發正熱火朝天。國內方面，南京傳奇、恆潤達生和科濟生物均已獲批臨床。
2 CAR-T細胞擴增和持久性
剖析持久臨床反應的驅動因素仍然是一個挑戰。關於CAR-T細胞擴增、持久性和臨床反應之間的關係研究已有不同的報道。
CLL的經驗表明體內擴增與CAR-T細胞持久性和臨床反應相關，大B細胞淋巴瘤的研究也表明擴增與臨床反應相關。兒童ALL中tisagenlecleucel的2期研究未發現應答者和無應答者之間CAR-T細胞擴增的差異，但持續性確實與持續的臨床反應相關。
淋巴細胞清除(清髓)方案對輸注後允許穩態CAR-T細胞擴增是至關重要的。
對接受基於環磷酰胺的淋巴細胞清除的非霍奇金淋巴瘤患者的CAR-T細胞擴增和臨床結果的比較顯示，加入氟達拉濱後存活率更高(8％的臨床反應與50％的臨床反應相比)。儘管在CAR-T細胞轉化的早期階段，機構間預處理方案變化很大，但基於環磷酰胺和氟達拉濱的方案是目前淋巴細胞清除的標準。
CAR設計和內在特性也會影響CAR-T細胞的擴增和持久性。
包含CD3-ζ信號結構域和共刺激結構域(通常為CD28或4-1BB)的第二代CAR仍然是臨床使用中最常見的構建體，但顯示出不同的動力學。
圖片來源：Acta Pharmaceutica Sinica B
四代CAR-T細胞和腫瘤細胞共同靶標的基本結構示意圖。CAR構建體由特異性針對細胞表面抗原的抗體單鏈片段(scFv, 胞外區段)以及來自天然TCR複合物和共刺激分子(胞內區段)的一個或多個融合信號傳導結構域組成。不同的細胞內區段代表各種CAR-T細胞世代。scFv：單鏈片段。TM：跨膜區。
CD28可以實現更快速的CAR-T細胞擴增，並可能更快地消除腫瘤，正如使用臨床前模型所證明的那樣，滴定以確定CAR-T細胞間的功效差異。
然而，共刺激也會影響CAR-T細胞的持久性和衰竭。慢性CAR信號模型證明，4-1BB共刺激可改善T細胞衰竭，這為為什麼攜帶4-1BB的CAR-T細胞比攜帶CD28的CAR-T細胞更持久提供了生物學解釋。
第三代CAR，包括那些具有兩個共刺激結構域的CAR，未顯示出超過第二代CAR的臨床優勢。
關於CAR-T細胞持久性，因疾病類型而影響臨床結果。
4-1BB CAR-T細胞持久性與B-ALL的持續臨床緩解相關。攜帶CD28的CAR-T細胞，無法實現長期持續存在，對淋巴瘤有效，但不是ALL。
預期CAR-T細胞的持久性降低可能是有效的，甚至可用於治療急性髓性白血病(AML)。CAR-T細胞的許多AML靶標已進入臨床轉化階段，但在造血幹細胞和祖細胞上表達保守，使得針對AML靶標的CAR-T細胞長期持久性可能不是研究者所期望的。
理想的CAR-T細胞特性似乎因疾病而異，因此不太可能出現一種構型成為所有惡性腫瘤的最佳治療方案。
3 CAR-T療法毒性
細胞因子釋放綜合徵(CRS)和神經毒性，是CAR-T細胞療法的主要毒性副作用，其範圍從輕微到危及生命，風險與疾病負擔相關。
這些毒性的評估和分級在臨床試驗和各機構之間差異很大，因此難以比較不同產品的安全性，並且難以制定管理這些毒性的最佳策略。此外，這些分級系統可能難以跨中心實施。
累積經驗促進了標準化的臨床指南，以增強CAR-T細胞的安全性。例如，為了協調CRS和神經毒性的定義和分級系統，該領域的專家於2018年6月20日和21日在美國血液和骨髓移植協會(ASBMT)支持的會議達成共識建議，並提出客觀、易於應用的CRS和神經毒性的新定義和分級，並最終更準確地分類這些毒性的嚴重程度。
目前，CRS治療使用託珠單抗(Tocilizumab)，這是一種針對IL-6受體的人源化單克隆抗體，2017年8月被FDA批准用於CAR-T誘導的嚴重或危及生命的CRS。在大多數患者中施用託珠單抗後，已證實CRS的快速消退。在臨床轉化早期，尚不清楚中止CRS是否會同時破壞CAR-T細胞功效，因此這種干預通常會延遲到後期毒性階段。
研究表明，管理毒性的託珠單抗或類固醇不是影響臨床反應率的獨立變量，並且這些藥物用於治療CAR-T細胞相關毒性的用途已經放開。
4 CD19抗原丟失是主要的復發驅動因素
眾所周知，CD19絕對稱得上是CAR-T治療靶點中的當家花旦，已經在復發難治性B細胞惡性血液疾病獲得了極大的成功，並且已經有兩款商業化產品也都基於CD19特異性CAR。
CD19是一種特異性表達於B淋巴細胞各個分化階段的細胞表面抗原，絕大多數B系來源的惡性腫瘤包括B細胞急性淋巴細胞白血病、慢性淋巴細胞白血病和非霍奇金淋巴瘤細胞表達CD19。
但並不是所有患者都能從CD19 CAR-T療法中獲益。儘管ALL患者CAR-T細胞治療後的初始臨床緩解率高達90％，但長期隨訪的存活率顯著降低。在前面提到的2期兒科ALL研究中，儘管輸注後3個月的客觀緩解率達到81％，但12個月時的無事件生存率降至50％。此外，在該研究中復發的16名可評估患者中，15名患者出現了缺乏CD19的白血病，從而逃過了CD19 CAR-T細胞的識別。
5 除了CD19？
血液系統惡性腫瘤
CD19陰性B細胞白血病復發的現象促使科學家積極尋找其它的B細胞抗原靶點。
2017年底，斯坦福大學醫學院Crystal Mackall團隊和美國國家癌症研究所(NCI)在權威學術期刊Nature Medicine上報告了CD22 CAR-T治療復發B-ALL患者的一項1期臨床試驗結果。該試驗中，15名疾病復發或對靶向CD19的CAR-T療法沒有反應的患者接受了靶向CD22的CAR-T治療，其中有10人曾接受過靶向CD19的治療但產生抗性。
結果發現，客觀緩解率達到73%，中位緩解時間為6個月，其中有3人分別在接受治療後的第6、9和21個月依舊保持完全緩解。此外，患者對這一療法的耐受性良好。臨床緩解率與CD19-CAR T細胞的比率相當，但也觀察到抗原重構和CD22下調。
值得一提的是，我國CAR-T研究領域也有相關進展。針對治療時由於靶點丟失造成的高複發率問題，周劍鋒教授臨床團隊以及武漢波睿達生物科技有限公司張同存教授技術團隊做了大量的研究工作。該團隊在2016年初設計、註冊並啟動了CD19/CD22 CAR-T序貫回輸的臨床研究。
2017年12月，第59屆美國血液學年會(ASH)年會上，周劍鋒教授展示了全球首個採用兩種CAR-T細胞序貫回輸進行難治復發B細胞血液腫瘤治療的臨床研究。針對B-ALL，完全緩解率(CR)達90%以上，部分緩解(PR)約7%。
目前，CD19/CD22或CD19/CD20雙靶點CAR-T也已顯示出前景，並且正在進行用於規避抗原下調的雙特異性靶向的試驗。例如，河北森朗生物正在進行CD19/CD22雙靶點CAR-T研究。
針對其它B細胞惡性腫瘤的替代抗原還包括以下，仍處於早期臨床階段。例如，難治性霍奇金淋巴瘤：CD30；AML：CD33、CD123和FLT3；多發性骨髓瘤：BCMA。
實體瘤
將CAR-T細胞應用延伸至實體瘤是近年的一大主題，然而，尚未實現與用於血液癌症的CD19 CAR-T細胞療法相當的效果。還面臨著多個必須解決的挑戰：
在實體瘤中CAR-T細胞治療的眾多挑戰中，一個主要障礙是缺乏真正的腫瘤特異性靶抗原，這迫使細胞免疫學家靶向在腫瘤上過表達的腫瘤相關抗原(tumor-associated antigens, TAAs)，但由於TAA也在正常組織和器官表達，具有安全風險。
此外，實體瘤的腫瘤微環境(tumor microenvironment, TME)特別是免疫抑制劑，阻止有效的抗腫瘤免疫應答。免疫抑制性TME含有多種成分，包括物理屏障，如緻密的細胞外基質；功能失調的上皮細胞；代謝檢查點，如缺氧；免疫屏障，如免疫抑制細胞因子/分子和免疫抑制性免疫細胞。
下一代CAR設計和瘤內注射治療實體瘤可提高CAR-T細胞功效。
2016年12月29日，一項發表在臨床領域頂級期刊NEJM上的研究表明：顱內遞送的IL-13Rα2特異性CAR-T細胞在膠質母細胞瘤患者中實現了7.5個月的消退。而這是CAR-T療法首次在實體瘤治療中獲得的重大突破。
這一經驗強調了對實體瘤中替代劑量和給藥策略的可能需求，並激發了CAR-T細胞治療實體瘤的希望。
越來越多的針對實體瘤抗原的CAR-T臨床試驗相繼開展，以下是一些相關靶點：例如，通過靶向間皮素(meso)治療胰腺癌，通過靶向成纖維細胞活化蛋白(FAP)治療惡性胸膜間皮瘤，通過靶向神經節苷脂GD2治療神經母細胞瘤，通過靶向癌胚抗原(CEA)治療結直腸腺癌，通過靶向表皮生長因子受體(EGFR)治療非小細胞肺癌，通過靶向δ樣蛋白3(DLL3)治療小細胞肺癌，通過靶向整合素相關蛋白(CD47)治療卵巢癌和結腸直腸癌等。
而在近日，科濟生物獲得了國內實體瘤CAR-T的第一張臨床批件：GPC3靶向的CAR-T細胞用於治療GPC3陽性實體腫瘤。
6 設計下一代CAR-T細胞產品
CAR的基本結構是模塊化的，用於識別抗原的單鏈可變區(Single-chainvariable fragment, scFv)、鉸鏈、跨膜區域、共刺激域和一個T細胞激活域。
目前，科學家還在進行進一步的工程策略，以允許CAR-T細胞介導的細胞因子遞送、檢查點阻斷部分的分泌、T細胞衰竭的調節和可調節的“安全開關”。
例如，2018年8月13日發表在Nature Biotechnology上的一項研究，MSKCC(紀念斯隆凱特琳癌症中心)聯合優瑞科公司製作了“裝甲CAR”，新設計的CAR-T細胞分泌一種迷你版本的檢查點阻斷抗體；Bellicum公司擁有自主研發的GoCAR-T技術，使CAR包含兩個共刺激信號結構域活化開關。
此外，利用精確的基因編輯技術開發現成(同種異體)的CAR-T細胞產品，包括CRISPR介導的供體CAR-T細胞上的內源性T細胞受體的消除，以預防移植物抗宿主病，並生成不易被宿主異體免疫反應排斥的CAR - T細胞。
在國內，邦耀生物、北恆生物、克睿基因等在積極佈局通用型CAR-T。
迄今為止，大多數臨床研究使用CAR-T細胞產品中混合的T細胞群，其在患者個體之間差異很大。目前正在研究可變T細胞亞群組成的結果，以確定是否可以鑑定定義的和有效的子集。
7 正在面臨的挑戰
儘管與CAR-T細胞療法優化相關的科學挑戰是多方面的，但讓這些治療變得更便宜、更容易獲得的需求也同樣迫切。
該領域最初起源於各個學術研究中心，現已發展成為商業分銷的集中模式。這些產品的價格很高，axicabtagene ciloleucel的價格為37.3美元，tisagenlecleucel為47.5美元。儘管ALL中的CAR-T療法有時可以替代幹細胞移植，但通常被用作移植的橋樑，從而導致兩種療法的成本。
預計製造過程的改進和商品成本的降低，最終可能促使價格降低和支持可擴展性。目前，處於早期臨床試驗階段的現成CAR-T細胞是解決個體化CAR-T細胞產品的製造複雜性和高成本的替代策略。
CAR-T細胞療法在十年內從學術中心的研究迅速轉化為全球商業化生產，這是一個了不起的成功故事。
未來的科學和臨床進展將擴大這些療法對更多患者的影響。釋放這種強效治療的全部潛力將取決於提高我們對血液癌症和實體腫瘤中原發性和繼發性耐藥基礎的理解，開發利用CAR工程改進的下一代產品，以及克服與成本和可擴展性相關的主要障礙。
參考出處：
DOI: 10.1126/scitranslmed.aaw2127
https://www.researchgate.net/figure/llustration-of-basic-structure-of-4-generations-of-chimeric-antigen-receptor-T-cells_fig1_324255061
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1083879118316914
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