图1. 图源：摄图网
CAR-T细胞疗法的机制
CAR的结构相当复杂，它通常由四个部分组成：细胞外的靶点结合结构域（ectodomain）、铰链区（hinge region）、跨膜结构域（trans-membrane domain）和胞内结构域（endodomain）。其中，靶点结合结构域是单链可变片段（scFv），来源于单克隆抗体重链及轻链可变区，能够特异性地结合肿瘤抗原。而胞内结构域则来源于TCR复合体及共刺激分子，负责传递活化信号，激活T细胞的杀伤机制。
CAR-T细胞疗法的基本原理在于，通过基因工程技术改造患者的T细胞，使其表达一种名为嵌合抗原受体（CAR）的合成受体。这种受体能够精准识别肿瘤细胞表面的特定抗原，并激活T细胞，使其对肿瘤细胞发起攻击。与传统疗法相比，CAR-T细胞疗法具有更高的特异性和靶向性，能够减少对健康组织的损伤，同时提高治疗效果。
临床上，实现有效、规范的CAR-T细胞过继免疫治疗需要完成一系列步骤。首先，从患者体内采集足够数量的外周血T细胞；然后，通过基因工程技术向T细胞内转入CAR相关基因物质；接着，在体外扩增基因改造过的T细胞，达到临床治疗所需的数量；最后，将治疗性T细胞输入患者体内。这些T细胞能够循环至肿瘤部位，并在体内继续扩增，持续存活一定时间，以实现有益的抗肿瘤免疫反应。
CAR-T细胞输入患者体内后，其工作机制相当精妙。它们能够循环至肿瘤组织，识别肿瘤抗原并被激活，随后增殖并释放细胞因子，最终裂解肿瘤细胞。此外，CAR-T细胞还能够在患者体内以保持记忆T细胞的特性长期存在，预防肿瘤复发，使治疗效果进一步提升。目前，CAR-T细胞疗法主要针对CD19和BCMA等肿瘤相关抗原。
图2. CAR和不同类型的癌症T细胞疗法的示意图；图源：文献[1]
除了CAR-T细胞疗法外，其他类型的细胞免疫治疗方法也在不断发展，例如肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）疗法：从切除的肿瘤中提取 T 细胞，在体外进行扩增后回输到患者体内。T 细胞受体（TCR）T 细胞疗法：利用基因工程技术使 T 细胞表达能够识别癌细胞内部抗原的 TCR。
FDA和NMPA批准的CAR-T细胞疗法
截至 2024 年 11 月，美国食品药品监督管理局（FDA）已经批准了六种 CAR-T 细胞产品，用于治疗六种类型的血液肿瘤。
表1. FDA批准的CAR-T细胞疗法
来源：医会宝编辑部
在我国，2021年6月首次批准了CAR-T细胞疗法产品阿基仑赛注射液上市，截至目前，国内已有5款CAR-T产品获批。这些产品的成功上市，标志着CAR-T细胞疗法在癌症治疗领域取得了重要突破。
表1. NMPA批准的CAR-T细胞疗法
来源：医会宝编辑部
CAR-T 细胞疗法面临的挑战
1. 副作用：CAR-T细胞疗法可能会导致严重的副作用，如CRS和ICANS。CRS是一种炎症反应，表现为发热、低血压和凝血功能障碍，而ICANS则会导致脑病、失语症和意识障碍。
目前的改进策略包括：改变 CAR 蛋白的结构或使用抗细胞因子药物，以减少 CRS 和 ICANS 的发生率和严重程度；也可以通过药物如托珠单抗（针对IL-6受体的抗体）和糖皮质激素进行治疗。
2. 疗效和持久性：并非所有患者都对 CAR-T 细胞疗法有反应，有些患者的癌症会复发或进展。通过优化细胞培养过程、联合治疗或开发针对多种抗原的 CAR-T 细胞，可提高疗效和持久性。
3. 缺乏有效挽救治疗：当 CAR-T 细胞疗法失败或复发时，目前缺乏有效的挽救治疗方案。
4. 治疗交付方面的困难：CAR-T 细胞疗法的生产过程复杂且昂贵，并且需要专业的医疗团队进行管理和监测。
图3. 来源：摄图网
5. 缺乏实体瘤的T细胞疗法：尽管CAR-T细胞疗法在血液系统恶性肿瘤治疗中取得了显著成效，但在实体瘤中的治疗效果仍不理想。这主要归因于实体瘤与血液肿瘤在微环境、抗原靶点选择等方面的显著差异。
实体瘤内部血管生成不足及富于细胞外间质的肿瘤微环境形成物理屏障，影响CAR-T细胞的浸润及肿瘤抗原的识别。同时，实体瘤的肿瘤抗原多为异质性，不仅在同一瘤灶中呈差异分布，甚至在原发肿瘤与转移瘤中的表达都不尽相同。这使得实体瘤理想靶抗原的选择较为困难，直接限制了CAR-T细胞的特异性及有效性。
为了克服这些挑战，研究者们正在尝试通过多种途径对CAR-T细胞进行进一步的基因改造。例如，改善CAR-T细胞在实体瘤中的浸润及输送分布；克服CAR-T细胞在肿瘤内面临的缺氧和代谢压力；克服肿瘤微环境中的免疫抑制性因素；逆转CAR-T细胞功能耗竭等。
目前，进入临床研究阶段的实体瘤CAR-T细胞采用的多个肿瘤相关抗原（TAA）种类超过20种，涵盖了双唾液酸神经节苷脂GD2、表皮生长因子（EGFR）、人表皮生长因子受体2（HER2）等多种有应用前景的实体肿瘤抗原。
值得一提的是，最近 Nature 杂志上发表的一项研究成果为CAR-T细胞疗法的改进提供了新的思路[2]。加州大学旧金山分校（UCSF）的Kole Roybal博士与2024年诺贝尔化学奖得主David Baker教授合作开发了一种可定制的受体——合成膜内蛋白水解受体（简称SNIPR）。这种受体能够确保CAR-T细胞仅在特定环境下，如肿瘤微环境中被激活，从而精确识别并攻击癌细胞，减少对非肿瘤组织的毒性。
SNIPR的胞外部分不仅能够被细胞表面的标记激活，还新增了被可溶性配体激活的能力。这意味着它能够检测细胞周围环境中的任何感兴趣的自由漂浮分子，例如肿瘤环境中的免疫信号分子。
当SNIPR与特定的分子结合后，多个受体会聚集并触发内吞作用，翻转至细胞内部，并在pH依赖性条件下发生切割。通过这种方法，装备了SNIPR的CAR-T细胞只有在检测到特定的肿瘤免疫分子时才会激活其抗肿瘤的活性，从而实现对癌细胞的精准打击。
小结
总之，CAR-T细胞疗法作为新兴的肿瘤免疫疗法之一，已在血液系统恶性肿瘤中取得了巨大的成功。尽管在实体瘤治疗等方面仍面临诸多挑战，但随着研究者们对CAR-T细胞的不断改进和优化，相信这一疗法将在未来为更多癌症患者带来福音。通过持续探索和创新，有理由相信，CAR-T细胞疗法将成为癌症治疗领域的重要力量，引领我们走向更加精准、安全、有效的治疗新时代。
参考文献：
[1]Brudno JN, Maus MV, Hinrichs CS. CAR-T Cells and T-Cell Therapies for Cancer: A Translational Science Review. JAMA. 2024 Nov 4.
[2]Piraner DI, Abedi MH, Duran Gonzalez MJ, Chazin-Gray A, Lin A, Zhu I, Ravindran PT, Schlichthaerle T, Huang B, Bearchild TH, Lee D, Wyman S, Jun YW, Baker D, Roybal KT. Engineered receptors for soluble cellular communication and disease sensing. Nature. 2024 Nov 14.
