高肿瘤负荷对CAR T 细胞治疗的影响

随着细胞治疗数据经验的积累，从临床前和临床的数据中逐渐观察到，高肿瘤负荷与全身和局部肿瘤微环境之间复杂的相互作用，对CAR T细胞疗法的临床结果产生影响。晚期癌症的特点，也就是炎症和免疫失调，会推动肿瘤进展。这些会对 CAR T 细胞产品的生产、扩增、抗肿瘤活性以及持续存在产生负面的影响。所以，了解 CAR T 细胞疗法在高肿瘤负荷的情况下为什么会失败以及为什么会产生不良事件，对提高 CAR T 细胞的治疗效果非常重要。

为此，2024年1月，哈佛大学医学院附属麻省总医院外科的 Marco Ventin等学者在《JAMA Oncology》期刊，发表了题为“Implications of High Tumor Burden on Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy: A Review”的综述性文章。

文章探讨了影响CAR T细胞疗法有效性和安全性的各种因素，并特别强调了肿瘤负荷的重要性。肿瘤负荷指的是肿瘤的大小或数量，它对CAR T细胞疗法的成功与否有着直接的影响。文章还提到了一些新兴的临床方法，这些方法旨在克服现有的挑战，以便更好地利用CAR T细胞疗法来治疗实体瘤。“细胞知聊”本期为您带来相关内容介绍。

高肿瘤负荷、全身性炎症和免疫失调之间存在复杂的相互作用，这些作用对CAR T细胞治疗产生一定影响。

临床前和临床研究表明，相比小肿瘤，较大的肿瘤在局部和全身层面更容易产生免疫抑制。比如，高肿瘤负荷可通过增加IL-1、IL-6和粒细胞集落刺激因子的水平，引起全身性的T细胞反应抑制，从而对全身免疫环境产生负面影响。

高水平的全身性炎症和免疫失调（晚期疾病的标志），以及高度不利的肿瘤微环境（TME），促进癌症进展，并对 CAR T 细胞产品的生产、扩增、抗肿瘤活性和持久性产生负面影响。

高肿瘤负荷会影响CAR T细胞的制造过程，比如通过影响原始T细胞的质量和数量，进而影响CAR T细胞的转导效率和体内扩增能力。

高肿瘤负荷可以引起循环T细胞耗竭，减少T细胞的数量；高肿瘤负荷下的高水平炎症还促进抑制性髓样细胞（MDSCs）的活化。这些都进一步抑制了CAR T细胞的活性。

T细胞在血细胞分离术时的分化表型和最终CAR T细胞产品的特征与CD19 CAR T细胞疗法的结果相关。初始T细胞和T记忆干细胞对于CAR T细胞在体内的扩增、生存和长期持久性至关重要。在高肿瘤负荷的弥漫大B细胞淋巴瘤患者中，axi-cel CAR T细胞中的T记忆干细胞的比例较低。而含有更高比例T记忆干细胞的CAR T细胞产品，与更好的生存率相关。

淋巴细胞耗减和建立一个最佳的细胞因子稳态环境对CAR T细胞扩增和功能至关重要。研究发现，基线时的炎性细胞因子（IL-1 和 IL-6）水平与清淋后的水平、CAR T 细胞输注后的水平以及治疗结果相关。这意味着基线时的炎症环境和免疫失调，可能会影响建立一个最优的全身性细胞因子环境。

这些发现表明，CAR T细胞产品的组成和临床表现可能高度依赖于患者在治疗前的表现和免疫状态。高肿瘤负荷的免疫系统可能对CAR T细胞产品的质量和它们在过继转移后的功能性活动产生负面影响。

E:T是指CAR T细胞与肿瘤细胞的比例。一个有利的E:T比例对于成功清除肿瘤非常重要。肿瘤减容（通过化疗或放疗减少肿瘤大小）可以改善CAR T细胞疗法的效果，因为它可以提高E:T的比例。

高肿瘤负荷可能导致CAR T细胞的功能受损和快速消失。如果在CAR T细胞给药前，通过化疗或放疗减少肿瘤负荷，则可以避免CAR T细胞的快速消失，并且可以取得更好的治疗效果。

峰值CAR T细胞扩增与肿瘤负荷的比率是一个预后指标，比仅考虑峰值扩增的绝对值更能预测良好的反应和生存情况。即使CAR T细胞扩增很高，也可能不足以克服高肿瘤负荷，导致持续反应不足。

同时，高肿瘤负荷的免疫系统产生的CAR T细胞可能具有较差的适应性和扩增能力，这会影响它们克服肿瘤负荷的能力。

这些研究结果提示，治疗前后免疫环境与CAR T细胞的表现相关。综合这些观察结果，可以解释为什么低肿瘤负荷的患者更有可能受益于CAR T细胞疗法。

肿瘤微环境本身的特性影响了CAR T细胞疗法的效果。肿瘤微环境（TME）是一个复杂的环境，其中包含多种因素，如缺氧、腺苷、酸性pH、免疫抑制性趋化因子和可溶性因子，这些因素对CAR T细胞产生有害影响。

高肿瘤负荷可引起肿瘤微环境（TME）中免疫抑制性细胞的累积。随着肿瘤的发展，肿瘤微环境（TME）中髓源性抑制细胞（MDSCs）和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的数量增加，这些细胞有助于创建一个免疫抑制的环境。同时，调节性T细胞（Tregs）的数量增加，而CD8 T细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞的数量减少。

高肿瘤负荷可促进抑制性免疫检查点配体的表达。高肿瘤负荷的患者中，多种T细胞抑制性免疫检查点配体（如PD-L1、PD-L2、半乳糖凝集素-9等）的表达增加，这些配体会抑制CAR T细胞的功能。

这些研究结果表明，随着肿瘤体积增大，肿瘤微环境（TME）对CAR T细胞治疗的不利影响通过多种机制不断加强，包括抑制性免疫细胞群体的积累增加、抑制性免疫检查点的表达增加以及肿瘤团块结构复杂性的增加。

越来越多的证据表明，最令人担忧的CAR T细胞相关的全身性毒性，即细胞因子释放综合征（CRS）和免疫效应细胞相关神经毒性综合征（ICANS）的发生率和严重程度与患者在CAR T细胞疗法给药时的肿瘤负荷相关。尽管CRS和ICANS的病理机制不同，但在高肿瘤负荷的患者中更频繁地出现严重的症状。

CRS是一种由细胞因子过度释放引起的炎症反应。IL-6是一种关键的细胞因子，在CRS中发挥核心作用，在急性CRS期间，它在患者血清中的浓度显著升高，并且与症状的严重程度相关。

IL-6主要由单核细胞和巨噬细胞产生。高肿瘤负荷的患者更容易遭受严重CRS，这可能是由于肿瘤内大量的巨噬细胞和单核细胞的积累。这些细胞在疾病进展过程中同时增加，并且在CAR T细胞给药后可能释放大量的IL-6。

因此，高肿瘤负荷、IL-6水平和CRS严重程度之间具有复杂的相互作用，进一步研究这些相互作用或有助于更好地理解CAR T细胞疗法相关的不良事件。

大多数接受CAR T细胞疗法的实体瘤患者表现出较差的临床结果，这与高肿瘤负荷的血液恶性肿瘤患者的临床结果类似。

在某些情况下，尽管接受抗间皮素或抗Claudin CAR T细胞治疗的肝胰胆道癌患者原发肿瘤没有消退，但仍能有效地控制或减少转移灶。这表明CAR T细胞在较小的转移病灶中可能更有效。

这些发现表明，在实体瘤患者中，CAR T细胞的功能并非完全丧失，但在较小的转移病灶中可能更有效，因为此时CAR T细胞不太容易受到肿瘤负荷、炎症和免疫失调的影响。

因此，实体瘤CAR T细胞疗法缺乏显著效果的部分原因，可以用与高肿瘤负荷相关的全身性炎症、免疫失调和不利的肿瘤微环境之间相互作用的假说来解释。

图：高肿瘤负荷的全身和局部影响及其与嵌合抗原受体（CAR）T 细胞疗法的关联。A，晚期疾病患者可能表现出有高肿瘤负荷特征的免疫环境，包括高水平的循环免疫抑制因子和免疫细胞，导致 T 细胞的全面抑制。后者可能影响 CAR T 细胞的制造过程和最终的效应 CAR T 细胞质量。B，来自具有高肿瘤负荷免疫环境的患者，其 CAR T 细胞产品可能在克服肿瘤负荷方面表现出能力缺陷，表现为扩增能力受损和持久性降低。随着肿瘤体积的增大，肿瘤微环境（TME）中免疫抑制性免疫细胞的募集和诱导增加，以及免疫抑制因子的产生增加，可能进一步导致 CAR T 细胞效应功能的破坏。C，肿瘤进展过程中的单核细胞和巨噬细胞积累可能是 CAR T 细胞激活后白细胞介素 - 6（IL-6）释放增加的原因，导致 CAR T 细胞相关不良事件的发生频率和严重程度更高。

通过合理的治疗组合或能逆转局部肿瘤微环境的免疫抑制效应。例如，在肝细胞癌小鼠模型中，添加索拉非尼可以增加肝细胞癌细胞凋亡并诱导肿瘤内巨噬细胞产生IL-12，从而增强CAR T细胞治疗的效果。

综合策略，包括通过手术切除、放疗或将CAR T细胞疗法用于针对最小残留病的治疗，是有前景的治疗方向。这些策略旨在减轻肿瘤负荷，改善CAR T细胞疗法的效果。

实体瘤的研究表明，癌症的免疫反应和免疫系统的可塑性受到原发肿瘤的影响。这意味着，当原发肿瘤被切除后，即使存在转移病灶，肿瘤诱导的全身性免疫变化也可能会被逆转。

肿瘤切除后，免疫系统中免疫抑制成分和效应成分的动态变化可能会为免疫疗法创造一个机会窗口。在这个窗口期间，免疫疗法的效果可能更好，因为此时免疫系统不再受到高肿瘤负荷的挑战。

基于上述发现，研究实体瘤中新型CAR T细胞疗法的临床应用成为可能。这意味着，通过手术切除原发肿瘤后，再使用CAR T细胞疗法来消灭剩余的转移病灶或最小残留病，可能是一种有效的治疗策略。

辅助性CAR T细胞疗法不仅可以特异性识别表达靶向抗原的癌细胞，还可以识别并消灭肿瘤干细胞。这些肿瘤干细胞被认为对化疗和放疗有抵抗性，是肿瘤复发的原因之一。

在预临床研究中已经报道了初步的成功尝试，即在原发性三阴性乳腺癌、胰腺导管腺癌和胶质母细胞瘤的不完全切除后，将CAR T细胞通过纤维蛋白胶载体输注到患者体内，作为辅助手段进行治疗。

有效的局部辅助性CAR T细胞给药可以改善局部区域的疾病控制，类似于其他局部治疗方式，如术中放疗。然而，这种方法可能仅限于一定程度，因为它未能解决在几种恶性肿瘤中早期出现的全身性浸润问题。

原发肿瘤切除后全身性给药CAR T细胞可能是最有效的模式，以消除微转移性癌症（这是癌症相关死亡的主要原因）。如果在肿瘤切除后全身免疫状态发生有利的改变，针对微转移或早期复发性疾病进行治疗，可能会减少 CAR T 细胞暴露于全身和局部免疫抑制事件的机会，这些事件会对体内 CAR T 细胞增殖、抗肿瘤活性和持久性产生不利影响。

与全身性辅助性 CAR T 细胞疗法相关的一个主要安全问题可能是患者的选择，选择合适的患者进行治疗是关键，因为对于已经潜在治愈的患者，再接受CAR T细胞治疗可能会带来不必要的毒性。为此，可以使用先进的筛查工具，如循环肿瘤DNA检测、基因型分析和高分辨率成像技术，来识别手术后残留的微小肿瘤病灶。

这些工具可以提前发现疾病复发的迹象，为患者提供个性化的治疗方案，并可能指导患者选择在低肿瘤负荷条件下对实体瘤进行 CAR T 细胞治疗的研究。

对于低肿瘤负荷的患者，CAR T细胞疗法可能更加有效，因为这些患者体内抗原刺激较少，这有助于减轻治疗过程中可能出现的毒副作用。

然而，即便如此，CAR T细胞疗法仍然面临一些局限性，比如靶抗原逃逸和对IFN-γ受体信号传导途径的依赖等问题，这些问题可能会影响治疗效果。

为了提高CAR T细胞的治疗效果，科学家们正在采用多种基因编辑策略，比如使CRISPR-Cas9技术来修改CAR T细胞。一种方法是通过删除导致CAR T细胞功能障碍的T细胞抑制受体，以减少肿瘤微环境中的抑制作用。

例如，通过基因编辑删除特定受体（如腺苷A2A受体和TGF-β2受体），可以增强CAR T细胞的抵抗能力。例如，通过CRISPR-Cas9敲除TGF-β2受体，CAR T细胞治疗在前列腺癌患者的临床试验中显示了良好的安全性和初步疗效。

除了基因编辑之外，还有其他的策略可以用来增强CAR T细胞的功能，例如通过表观遗传修饰剂、非遗传性重编程（如利用癌症细胞内质网压力）以及过表达某些基因（如IL-7, IL-12或Runx3）来增强记忆T细胞表型。

高肿瘤负荷及由此导致的免疫系统功能障碍对于血液恶性肿瘤的CAR T细胞疗法效果和安全性至关重要。这意味着肿瘤负荷的大小直接影响了CAR T细胞疗法的成功率和安全性。

实体瘤中存在着复杂的微环境，高肿瘤负荷和免疫抑制状态，这些因素阻碍了CAR T细胞疗法的有效性。通过减少肿瘤负荷或改进CAR T细胞本身的设计，或能提高CAR T细胞治疗实体瘤的有效性。

参考文献：

Ventin M, Cattaneo G, Maggs L, Arya S, Wang X, Ferrone CR. Implications of High Tumor Burden on Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy: A Review. JAMA Oncol. 2024 Jan 1;10(1):115-121. doi: 10.1001/jamaoncol.2023.4504. PMID: 37943567.