2012年，6岁的急性淋巴细胞白血病小女孩Emily在无药可医的情况下，尝试了Carl June实验室的研究性CAR-T细胞治疗，奇迹至此发生，治疗后她一直健康的生存至今。CD19 CAR T细胞治疗自此以百米速度进入公众视野和临床实践。其中CAR，即嵌合抗原受体，是该治疗的核心要素。7月5日，CAR-T细胞的发明者之一，有着“CAR T细胞之父”之称的Carl June教授又在国际著名杂志NEJM发文，论述了CAR-T细胞治疗的发展简史，着重于现有CAR-T治疗的有效性和毒性作用，并展望了CAR-T治疗的未来发展与挑战。本期就为大家一一呈现！

Carl June博士(图片来源 parkerici.org)

CAR-T细胞治疗是一种典型的肿瘤免疫疗法。癌症免疫治疗是通过增加机体对肿瘤细胞的免疫反应达到治疗癌症的目的，其作为新型治疗策略，与化疗、手术、放疗及小分子靶向药物联合，已在转移癌治疗上取得成功。免疫肿瘤学药物涵盖广泛，包括抗体、疫苗、细胞因子、溶瘤病毒、双特异分子和细胞治疗等。基因工程化T细胞是一类新的治疗药物，而其中基于嵌合抗原受体（CAR）T细胞的治疗方法目前已获FDA批准治疗白血病和淋巴瘤。

视频（CAR T疗法工作原理）

免疫肿瘤学的核心挑战是，多数肿瘤抗原为自身抗原，在正常组织也可表达，由于机体的自我保护机制，这一类的抗原往往无法有效引起免疫系统的活化，因此抗肿瘤免疫反应多短暂且疗效欠佳，这是因为宿主免疫反应的进化过程中会趋向于阻止自身免疫发生，而通过对T细胞的基因直接进行编辑的基因工程恰恰可以帮助克服这种免疫耐受。

CARs的结构

CARs是人工合成的，自然中并未发现存在的人造受体，通过基因编辑技术植入T细胞后可以直接重塑T细胞的特异性、功能和代谢。CARs 包括T细胞活化区和胞外由免疫球蛋白重链与轻链衍生的单链抗体（scFv），与T细胞的特异性相关。上述结构称作一代CARs，非HLA依赖性识别抗原，因其信号能力有限而不能实现持续T细胞反应。

与单链抗体相连的嵌合共刺激受体，能增加T细胞增殖和抗凋亡能力，是双重信号CARs成功的基础，功能性T细胞重复抗原暴露后可有效扩增，这类受体称作二代CARs，可产生持续作用，是现代CAR-T细胞治疗的基础。

T细胞受体和CAR的结构

CD19 CAR-T是目前最成功的细胞疗法

靶向CD19 的CAR-T是目前最成功，应用最多的细胞疗法。之所以选择CD19作为靶点，是因其频繁表达于B细胞白血病和淋巴瘤，且表达程度和水平远高于其它潜在靶点如CD20、CD22。CD19还可表达于正常B细胞，因此可致B细胞增生不良，可通过输注免疫球蛋白减轻B细胞减少对体液免疫的影响，B细胞增生不良先于机体对CAR产生的抗体反应。

2017年FDA批准研究性CD19 CAR-T治疗，该治疗中采用了γ逆转录病毒或慢病毒载体编码含CD28或4-1BB共刺激分子的CARs。临床研究很快显示出该药对复发难治B细胞肿瘤的有效性，而且治疗反应具有可持续性。

目前虽缺少各类CAR-T细胞治疗的头对头研究，但根据现有研究结果可得出如下结论：含有小鼠序列的药物可触发宿主免疫导致药物失效，缺少免疫原性可使CAR-T细胞持续存在，改善白血病复发生存，因此CAR设计以全人源化序列为优选。此外，有报道显示，使用CD28共刺激因子的CARs有潜在的神经毒性风险，然而仍需要进一步的研究方能确认两者之间的关联性。

CAR-T细胞疗法的毒性作用依然不可忽视

所有癌症治疗均有副反应，CAR-T细胞也不例外，其毒性主要来自脱靶作用，与抗体单链可变区片段的特异性和T细胞活化有关。当靶细胞被清除或植入的CAR-T细胞消失后，副反应也随之消失，这与传统细胞毒化疗的脱靶毒性作用完全不同。传统化疗毒性可导致组织细胞永久性遗传学改变，甚至累及干细胞，从而影响长期临床结果。

B细胞增生不良是可预测的不良反应，因为CARs靶向的是B细胞分化抗原。临床研究显示，CD19 CARs所致的B细胞增生不良更彻底，超过了利妥昔单抗，在CAR-T细胞去除后可快速恢复。CAR所致B细胞增生不良的治疗指南不断完善，成人和儿童治疗并不相同，因为儿童具有不完全的长期存活的浆细胞和较弱的体液免疫。

此外，CAR-T细胞治疗时，部分患者出现发热、低血氧、低血压和神经系统改变，伴明显细胞因子增高，上述改变称作细胞因子释放综合征（CRS），其发生与CD19和B细胞成熟抗原（BCMA）CARs相关。就CD19 CARs而言，CRS的严重程度与肿瘤负荷相关，甚至可发展为危胁生命的毛细血管渗漏综合征。对CAR治疗无反应患者少有CRS发作。CRS发生与T细胞活化和高水平细胞因子有关，如干扰素γ和IL-6。托珠单抗为IL-6受体拮抗剂，对严重CRS有治疗作用，已获FDA批准使用。如阻滞IL-6受体仍不能快速缓解症状，应立即糖皮质激素治疗。

所有针对CD19和BCMA的CAR-T细胞治疗都具有神经毒性，双特异性抗CD19和CD3单抗blinatumomab也有类似神经毒性，因此推测神经毒性的发生与针对CD19靶抗原相关。虽然造成神经毒性的具体机制并不清楚，但毒性通常完全可逆，与癌症中枢神经系统（CNS）转移并无关系，神经毒性发作时可发生脑水肿，目前治疗仍是经验性治疗。因为CRS风险和神经毒性，FDA要求使用CAR-T细胞治疗前，医师和医院工作人员要完成副作用治疗的相关培训。

病毒载体整合进入人体也是需要关注的安全问题。目前已有超过1000例患者接受了T细胞受体或CAR调整后T细胞的治疗，尚未发生肿瘤转化。

其它类型CAR治疗

CD19 CAR-T治疗是目前最成功、也是最广为人知的CAR-T治疗，从中可得出一些结果：B细胞增生不良说明CAR-T细胞也可对正常组织造成损害，虽然CD19 CAR-T治疗的这一副作用并不危胁生命，但其它靶点的其它副作用可能会危胁生命；CD19 CAR-T治疗完全缓解后复发时CD19阴性，说明存在抗原逃逸；靶向CD19的有效性优于CD20和CD22，提示高密度CAR靶点表达疗效更优；一些髓外疾病，如后腹膜或CNS白血病，对治疗无反应，缺少髓外疾病反应率的正式评估数据；不清楚为什么急性淋巴细胞白血病的CD19 CAR-T治疗反应明显优于慢性淋巴细胞白血病或非霍奇金淋巴瘤，疾病部位、肿瘤微环境和宿主T细胞功能可能与之相关。

CAR治疗对B细胞肿瘤的有效性为其它恶性血液肿瘤的治疗提供了范例，现已开始探讨治疗多发性骨髓瘤的CAR靶点，如kappa轻链、CD138、Lewis Y抗原、BCMA、CS1 、CD38和整合素β，其中靶向BCMA的研究结果很好。急性髓系白血病的CAR靶点也在探讨中，包括CD33、CLEC12A、CD44v6、EMR2、Tim3、CD70、Lewis Y抗原、CD123和叶酸受体β，其中CD123 CAR-T细胞可导致致死性并发症，因此需要谨慎评估此靶点。对缺少类似CD19这样优质靶点的疾病，同时靶向≥2个抗原，对减少抗原逃逸、同时不加重毒性有一定作用。

细胞工程与合成生物学

遗传工程与合成生物学的联合与发展为制造更强功能的T细胞提供了可能：组合靶点T细胞，可识别2种抗原，增加了治疗的有效性和安全性；工程化T细胞可作为载体进入肿瘤微环境；通过可控式自杀开关进一步改善T细胞的使用安全性；核酸酶为T细胞基因敲除或转基因提供了新方法。总之，技术的发展与整合，为更强功能细胞的发展提供了无限可能。

挑战与未来

 CAR-T细胞疗法在实体瘤中仍需不断探索

CD19 CAR-T细胞是首个获得商业批准的转基因治疗。遗传工程化T细胞作为癌症精准治疗，其中最重要的科学挑战是CAR-T细胞如何治疗实体瘤，目前最突出的例子就是颅内使用IL13RαCAR T细胞治疗多发脑恶性胶质瘤，使肿瘤显著退缩，但在其它实体瘤的治疗上仍处于探索阶段，不但要疗效显著，同时还要预防或减少相关副作用。

通用性CAR-T是未来发展方向

自体CAR-T细胞治疗的巨大花费和治疗复杂性使其广泛应用受限。目前已通过多种基因编辑技术发展出普遍适用的CAR-T细胞，并在几名急性前B淋巴细胞白血病患儿中治疗成功，但普遍适用T细胞面临的最大挑战是如何避免宿主抗移植物反应和移植物抗宿主反应。采用人类胚胎干细胞和可诱导多潜能干细胞作为T细胞来源，采用多种技术有可能生产出具有多种优秀特质的T细胞，包括抗原特异性、无同种异体反应、组织相容性和功能增强。

成型的商业模式

自CD19 CAR-T细胞治疗肿瘤的获批，促进了工程化细胞治疗其它疾病的转化。现全球在ClinicalTrials.gov上登记的CAR-T细胞治疗临床试验已达250多个，，多数集中在美国和中国，少部分在欧洲和日本。总之，可以预见，CAR-T细胞作为癌症治疗的突破性疗法，在各国政策的扶持下，在庞大的人才红利下，加上细胞载体本身的高度可塑性，特别是基因编辑技术与细胞治疗结合的产物UCAR-T（通用性CAR-T）的发展，有望更快速、高效实现“现成(off the shelf)”的同批次同质量规模化的细胞药物，这将更快推动细胞治疗药物的产业化之路。

CAR-T临床研究在全球分布 (图片来源Science)

参考文献

June, Carl H., and Michel Sadelain. "Chimeric Antigen Receptor Therapy." New England Journal of Medicine 379.1 (2018): 64-73.

June C H, Connor R S, Kawalekar O U, et al. CAR T cell immunotherapy for human cancer[J]. Science, 2018, 359(6382): 1361-1365.