过继细胞疗法——TCR-T的原理

在实体瘤的肿瘤微环境(TME)中含有丰富的显微基质和免疫抑制细胞，可以保护肿瘤组织抵抗免疫细胞的攻击。例如在胰腺癌的微环境中，透明质酸（HA）的含量增加阻碍了免疫细胞的侵润。肿瘤细胞或免疫抑制细胞上的免疫检查点受体可以通过与T细胞上的负调控配体结合来抑制T细胞。且在这种缺乏必需氨基酸及低氧的肿瘤微环境中，T细胞会出现衰老，枯竭的情况。因此对于实体瘤的治疗目前还没有治愈的方法，只能通过各种方式控制其发展。虽然嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法在血液肿瘤中取得了巨大的突破，但在实体瘤的治疗上还是没有获得更大的突破。因此，研究人员将实体瘤治愈的希望转向了过继细胞疗法(ACT)的另一种方法TCR-T。

T细胞受体嵌合性T细胞(TCR-T)疗法的思路跟CAR-T一样，通过体外修饰T细胞而获得能特异识别抗原的工程T细胞，最终表达的T细胞能够靶向清除肿瘤细胞，以达到治疗癌症的目的^[2]（图一）。

治疗思路：

1) 从患者身上抽取足够的血液，以获得外周单核细胞(PBMC)；

2) 从PBMC中分离与纯化T细胞；

3) 体外培养以扩增T细胞；

4) 将需要改造的TCR或CAR基因片段导入T细胞（通过病毒载体如慢病毒与逆转录病毒）；

5) 继续扩增和质检后，将修饰的TCR-T/CAR-T回输到患者体内。

与CAR-T疗法通过CAR结构识别肿瘤细胞表面抗原靶标不同，TCR-T疗法依赖T细胞受体(TCR)与MHC呈递的胞内抗原结合识别肿瘤细胞。想要了解TCR-T的机理，就先要清楚主要组织性相容复合物(MHC)和T细胞受体(TCR)的结构和工作机理。

▲图一.工程T细胞治疗的简要流程图

MHC有两种类型MHC-I与MHC-II，由人类6号染色体短臂上的人类白细胞抗原(HLA)基因座编码，在细胞表面不同程度表达。其中，HLA-A、HLA-B及HLA-C编码MHC-I型分子，HLA-DR、HLA-DQ、HLA-DP编码MHC-II型分子^[3]（图二）。HLA基因在免疫系统中发挥着很重要的作用，人类免疫系统通过HLA基因编码的产物区分自身细胞和非自身细胞。器官捐献者的HLA基因和患者之间的HLA基因之间的不匹配通常会导致免疫排斥反应。

▲图二.人类HLA基因座示意图

MHC-I负责呈递内源性抗原信号分子，它在几乎所有有核细胞表面表达，由一条α链和β球蛋白组成，其中α1和α2两个结构域构成一个沟(Groove)，这是肽段结合区(Peptide binding cleft)，其允许抗原多肽片段结合并呈递到细胞膜表面。MHC-II负责呈递外源性信号分子，在抗原呈递细胞(APC)表面表达，如单核-巨噬细胞、树突状细胞及B细胞等。MHC-II由α和β两条链组成，其中α1与β1之间形成的沟能参与抗原多肽片段的结合^[4]（图三）。

 ▲图三. MHC（HLA）的结构示意图

内源性抗原是细胞自身产生的蛋白，如病毒感染后利用宿主细胞合成的蛋白质外壳或癌变的肿瘤蛋白。在细胞内，这些内源性蛋白在被自身细胞处理后会形成小分子肽段，然后与MHC-I结合形成pMHC-I复合物，并被呈递到细胞膜表面与CD8+ T细胞结合，从而介导细胞的凋亡或程序性死亡（图四左）。

当抗原不是细胞内源性合成，而由外部入侵如细菌或真菌感染时，APC细胞通过吞噬将其摄入细胞内，经过消化处理成小片段肽链的抗原分子。产生的抗原分子与MHC-II结合形成pMHC-II复合物，并被呈递到细胞膜表面，在那里pMHC-II复合体将与CD4+ T细胞结合，产生一些列的免疫反应清除抗原（图四右）。

 ▲图四 MHC的经典通路图^[5]

通过以上的介绍，我们了解TCR-T识别抗原依赖于MHC将细胞内的抗原分子呈递到细胞膜表面，因此MHC是TCR-T发挥功能必不可少的元件。TCR复合体，是TCR-T另外一个重要的元件。为了激活T淋巴细胞，TCR复合体必须与携带抗原的MHC复合体(pMHC)互作。

用于TCR-T基因工程改造的TCR由α链和β链构成的异源二聚体，它们是TCR结合pMHC的必要结构，但这还不能引起T细胞的激活。T细胞的激活依赖于CD3分子的信号传导。CD3分子由CD3ε和CD3δ、CD3ε和CD3γ两个异源二聚体及一个CD3ζ同源二聚体组成（图五）。CD3激活T细胞依赖于各个亚基的免疫受体络氨酸活化基序（ITAM）磷酸化实现。

 ▲图五.TCR与肿瘤细胞pMHC结合示意图^[2]

TCR-T与CAR-T都是经基因工程改造的T细胞，使其具有特异识别并清除肿瘤的能力，然后回输到体内以达到治疗癌症的目的。CAR-T识别的靶抗原都是细胞表面蛋白，这些靶蛋白的数量是有限的。TCR-T可以识别MHC分子呈递的细胞内多肽片段，因此TCR-T的靶抗原范围更广。TCR-T的技术核心是修饰TCR与肿瘤抗原的结合，人体内天然的TCR对这些抗原的亲和力相对较低，因此无法识别和杀死肿瘤细胞。人工设计的高亲和力TCR在识别肿瘤细胞的过程中增强了特异性识别和亲和力。

然而，TCR-T治疗是MHC细胞限制的，并依赖于MHC分子的呈递来识别和激活T细胞，这也是TCR-T的缺点。MHC由HLA基因编码，该基因是人类基因组中多态性最强的基因，据统计迄今为止已经鉴定出超过20000个HLA I人类等位基因。在接受TCR-T治疗的患者不仅必须表达靶向抗原，还必须表达相应的HLA等位基因抗原。因此，TCR-T疗法通常使用仅限于相对常见的HLA等位基因的TCR。

2022年1月25日，全球首款TCR-T疗法产品获FAD批准上市，这是Immunocore公司的Kimmtrak（tebentafusp-tebn，IMCgp100）用于HLA-A*02:01 阳性的无法切除或转移性葡萄膜黑色素瘤（mUM）成人患者。这是过继细胞疗法在实体瘤上的一次巨大突破。国内企业如药明巨诺、复星凯特、香雪生命科学等在TCR-T疗法上也进行了相关的布局。TAEST16001就是香雪生命科学研发的产品，目前正在进行临床Ⅱ期试验。TCR-T在肿瘤治疗上还面临着许多的挑战，如还需要鉴定更多肿瘤细胞的特异性抗原及识别的TCR，如何通过改造TCR提高其与抗原的特异识别与亲和力等问题仍需要进一步研究。无论如何，以TCR-T为代表的过继细胞疗法展现了其在肿瘤治疗上的巨大优势，是解决癌症的关键技术。