CAR-T細胞療法最新研究進展

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CAR-T(Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy)，即嵌合抗原受體T細胞免疫療法。該療法是一種出現了很多年但近幾年才被改良使用到臨床中的新型細胞療法。在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治療上有著顯著的療效，被認為是最有前景的腫瘤治療方式之一。正如所有的技術一樣，CAR-T技術也經歷一個漫長的演化過程，正是在這一系列的演化過程中，CAR-T技術逐漸走向成熟。

這種新的治療策略的關鍵之處在於識別靶細胞的被稱作嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor, CAR）的人工受體，而且在經過基因修飾後，病人T細胞能夠表達這種CAR。在人體臨床試驗中，科學家們通過一種類似透析的過程提取出病人體內的一些T細胞，然後在實驗室對它們進行基因修飾，將編碼這種CAR的基因導入，這樣這些T細胞就能夠表達這種新的受體。這些經過基因修飾的T細胞在實驗室進行增殖，隨後將它們灌注回病人體內。這些T細胞利用它們表達的CAR受體結合到靶細胞表面上的分子，而這種結合觸發一種內部信號產 生，接著這種內部信號如此強效地激活這些T細胞以至於它們快速地摧毀靶細胞。

近年來，CAR-T免疫療法除了被用來治療急性白血病和非霍奇金淋巴瘤之外，經改進後，也被用來治療實體瘤、自身免疫疾病、HIV感染和心臟病等疾病，具有更廣闊的應用空間。基於此，針對CAR-T 細胞療法取得的最新進展，小編進行一番盤點，以饗讀者。

1.Science和Cell子刊：藉助大數據開發出治療癌症的「智能」細胞療法

doi:10.1016/j.cels.2020.08.002; doi:10.1126/science.abc6270

尋找既能殺死癌細胞又能讓正常組織不受傷害的藥物是腫瘤學研究的最高目標。在兩篇新的論文中，來自美國加州大學舊金山分校和普林斯頓大學的研究人員提出用「智能（smart）」細胞療法破解這一難題的互補策略：除非被僅在癌細胞中同時出現的一組蛋白所激活，否則這些活的細胞藥物會保持惰性。

這種通用方法的生物學方面已經在Wendell Lim博士及其同事們在加州大學舊金山分校細胞設計計劃和美國國家癌症研究所贊助的合成免疫學中心的實驗室中探索了好幾年。但是，他們的新研究通過將前沿的治療細胞工程與先進的計算方法相結合，為這方面增加了一個強大的新維度。

第一篇發表在2020年9月23日的Cell Systems期刊上的標題為「Discriminatory Power of Combinatorial Antigen Recognition in Cancer T Cell Therapies」的論文中，Lim實驗室的成員與普林斯頓大學路易斯-西格勒綜合基因組學研究所計算機科學家Olga G. Troyanskaya博士的研究小組聯手。通過使用機器學習方法，他們分析了在癌症和正常細胞中發現的數千種蛋白的海量資料庫。隨後，他們篩選了數百萬種可能的蛋白組合，以構建出一個蛋白組合目錄，可用於精確地只靶向癌細胞，而不靶向正常細胞。

圖片來自Cell Systems, 2020, doi:10.1016/j.cels.2020.08.002

在第二篇發表在2020年11月27日的Science期刊上的標題為「Precise T cell recognition programs designed by transcriptionally linking multiple receptors」的論文中，Lim及其同事們隨後展示了如何將這些通過計算得出的蛋白數據用於推動設計有效和高度選擇性的癌症細胞療法。

2.Science子刊詳解：臨床試驗表明靶向GD2的CAR-T細胞有望治療神經母細胞瘤

doi:10.1126/scitranslmed.abd6169

在一項新的研究中，來自英國大奧蒙德街兒童醫院和倫敦大學學院等研究機構的研究人員開發出一種旨在靶向癌性腫瘤的新型CAR-T細胞療法，它在患有神經母細胞瘤（一種罕見的兒童癌症）的兒童身上顯示出有希望的早期結果。相關研究結果發表在2020年11月25日的Science Translational Medicine期刊上，論文標題為「Antitumor activity without on-target off-tumor toxicity of GD2–chimeric antigen receptor T cells in patients with neuroblastoma」。

在這項原則性驗證研究中，這些作者對患者自身的T細胞（一種免疫細胞）進行了基因改造，使之具備識別和殺死神經母細胞瘤細胞的能力。12名復發性或難治性神經母細胞瘤兒童接受了這種治療，這是英國癌症研究中心資助的I期臨床試驗的一部分。

這項研究是首批證明CAR-T細胞實現實體癌快速消退的研究之一。雖然有益效果只持續了很短的時間，但是它提供了重要的證據表明這種特殊的CAR-T細胞療法可以作為未來治療兒童實體癌的方法。

3.新純化方法有望降低CAR-T細胞的製造成本和毒副作用

新聞來源：New approach to fighting cancer could reduce costs and side effects

澳大利亞南澳大學未來產業研究所博士生Mona Elsemary開發出一種微流體方法來純化嵌合抗原受體（CAR）T細胞（CAR-T）。CAR-T細胞是經過基因改造的T細胞，也是突破性細胞免疫療法的基礎。CAR-T細胞療法是一種利用患者免疫系統的力量來對抗癌症的變革性免疫療法。

人淋巴細胞的電子顯微圖，圖片來自Dr. Triche/National Cancer Institute。

Elsemary說，「CAR-T細胞療法已經在治療血癌方面取得了一些顯著的成果，目前有大量國際研究正在努力將這一成功轉化為針對實體癌的CAR-T細胞療法。然而，CAR-T製造過程仍然存在重大障礙和成本高昂，這阻止了這種救命療法的全部潛力得到實現。」這些問題包括細胞製劑中存在沒有活力的細胞和細胞碎片，以及通常用於CAR-T細胞產品冷凍和儲存的冷凍保護劑（比如二甲基亞碸）。

這種微流體方法是由南澳大學的Benjamin Thierry教授及其團隊與雪梨科技大學Benjamin Thierry副教授合作開發的，可以在30分鐘內剔除CAR-T細胞產品中70%以上的死細胞，並讓細胞活力平均提高20%。此外，超過90%的冷凍保護劑二甲基亞碸被去除---所有這些都不會對這些細胞的質量和功能產生不利影響。

4.Cancer Cell綜述文章解讀！如何對CAR-T細胞工程化修飾開發新一代的癌症療法？

doi:10.1016/j.ccell.2020.07.005

日前，一篇發表在國際雜誌Cancer Cell上題為「Engineering CAR-T Cells for Next-Generation Cancer Therapy」的綜述文章中，來自加利福尼亞大學等機構的科學家們論述了如何對CAR-T細胞進行工程化修飾以用作新一代的癌症療法。

經過工程化修飾能表達具有腫瘤特異性的嵌合抗原受體（CARs）的T細胞在治療惡性血液腫瘤患者方面取得了顯著的療效，同時還給過繼細胞療法（adoptive cell therapy）研究領域帶來了革命性的突破，然而實現CAR-T細胞更廣泛的治療性應用還需要多層次的工程化方法來提高治療的療效和安全性，尤其是由於實體瘤微環境（tumor microenvironment，TME）的生物複雜性常常會給其治療帶來獨特的挑戰性，這篇綜述文章中，研究人員論述了如何通過工程化修飾CAR蛋白、T細胞、T細胞和TME中其它組分之間的相互作用來改善CAR-T細胞療法的最新策略。

文章中，研究人員從以下幾方面進行了論述：1）CAR設計的進化史；2）針對邏輯門控T細胞激活的組合性抗原活化；3）開啟/關閉開關的可控性和安全性；4）適配器依賴性的CARs；5）CAR-T細胞活性的安全性控制；6）調節CAR的表達用於改善CAR-T細胞的安全性；7）位點特異性的CAR轉基因插入及異基因兼容工程化修飾；8）促進T細胞功能的轉基因表達；9）腫瘤微環境中CAR-T細胞的自分泌刺激；10）腫瘤的歸巢和滲透；11）免疫抑制軸的破壞；12）重塑腫瘤微環境來促進內源性的免疫反應。

5.新研究表明多發性骨髓瘤患者在接受CAR-T細胞治療之前接受放療似乎是安全的，而且不會影響CAR-T細胞的療效

新聞來源：Penn Study supports use of radiation before CAR therapy for multiple myeloma

在一項新的研究中，來自美國賓夕法尼亞大學艾布拉姆森癌症中心的研究人員發現對等待CAR-T細胞製造的多發性骨髓瘤患者給予放療被發現是安全的，並且不會破壞CAR-T細胞治療。相關研究結果於2020年10月27日在虛擬的美國放射腫瘤學會年會上發表。

這項研究發現，在輸注BCMA CAR-T細胞（即靶向BCMA抗原的CAR-T細胞）34天前或更短的時間內接受放療的患者中，他們的嚴重細胞因子釋放症候群（CRS）或神經毒性（細胞治療的兩種常見副作用）和血液學毒性的發生率並不比沒有接受放療的患者差。

這項研究是對賓夕法尼亞大學艾布拉姆森癌症中心與諾華公司合作項目的回顧性分析，評估了25名接受BCMA CAR-T細胞治療的患者的醫療記錄，並將他們分為三組。一組患者在他們的T細胞被採集用於BCMA CAR-T細胞製造後，但在輸注這些BCMA CAR-T細胞34天前或更短的時間內接受了放療。第二組患者在BCMA CAR-T細胞輸注一年前內接受過放療。第三組患者在BCMA CAR-T細胞輸注一年前內沒有接受放療。

在等待BCMA CAR-T細胞製造期間接受放療的4名患者中，沒有一人出現高於3級的CRS、胃腸道、傳染性、肝臟相關或神經系統毒副作用。CRS是一種毒副作用，包括不同程度的流感樣症狀，伴有高燒、噁心和肌肉疼痛，有可能需要重症監護。這些患者的4級血液毒副作用發生率也較低。在8名既往有放療史的患者中，有3人出現了3級或更高的CRS。在13名未接受任何放療的患者中，有5人發生3級或更高的CRS。放療狀態與總生存期或無進展生存期的下降無關。

6.JEM：新研究提高CAR-T靶向治療的檢測靈敏度

doi:10.1084/jem.20192203

在最近一項研究中，路德維希癌症研究的科學家們已經開發出一種方法，可以顯著改善嵌合抗原受體（CAR）T細胞療法的臨床前評估，該方法是從患者體內提取免疫系統的T細胞，並設計為靶向特定的腫瘤相關分子，然後生長並重新注入以治療癌症。該研究發表在《Journal of Experimental Medicine》雜誌上，研究還報告了共同設計的CAR-T細胞的構建和評估，並將該方法應用於檢查其在皮膚癌黑色素瘤小鼠模型中對腫瘤的作用。

儘管CAR-T療法已被批准用於血液癌症，但將其應用於實體瘤卻被證明具有挑戰性。部分原因是實體瘤的複雜微環境以多種方式抑制了免疫反應。

「大多數CAR-T療法的研究都是在缺乏自身免疫系統的小鼠中完成的，因為如果這些小鼠具有正常免疫系統，它將攻擊人類CAR-T細胞，」研究人員Melita Irving說路德維希癌症研究所洛桑分校與路德維希·洛桑主任George Coukos共同領導了這項研究。「但是腫瘤微環境可能會對T細胞產物產生巨大影響，因此我們希望免疫能力強的小鼠中使用工程改造的小鼠T細胞進行研究。這使我們能夠同時觀察免疫系統與CAR- T細胞。」

問題在於，要嚴格模擬CAR-T細胞療法所需的數量，很難對小鼠T細胞進行改造和使其在培養中達到最佳狀態。對於當前的研究，路德維希·洛桑團隊首先制定了克服這些困難的方案。除其他事項外，它涉及在工程化T細胞的培養和擴增中順序使用三種稱為白介素（IL-2、7和15）的免疫信號分子。

他們表明，使用該方法培養的CAR-T細胞在暴露於其靶標後會被顯著激活。這些細胞還顯示出更年輕的跡象，並具有記憶T細胞共有的分子特徵，當受到靶標刺激時，它們會迅速生長。

7.Science子刊：轉錄因子STAT5持續激活可提高CAR-T細胞的抗腫瘤免疫反應

doi:10.1126/sciimmunol.aba5962

使用嵌合抗原受體（CAR）T細胞（CAR-T）的過繼性細胞療法顯示出強大的抗腫瘤免疫力，但T細胞衰竭可能損害它們的療效。多功能性CD4+ T細胞的存在通常與良好的抗腫瘤免疫力有關。科學家們之前發現IL-7處理可誘導產生多種細胞因子的多功能性CD4+ T細胞激活。

在一項新的研究中，來自美國奧古斯塔大學等研究機構的研究人員報告，腫瘤特異性CD4 + T細胞中的轉錄因子STAT5持續激活驅動了多功能性T細胞的產生。相關研究結果發表在2020年10月30日的Science Immunology期刊上，論文標題為「Persistent STAT5 activation reprograms the epigenetic landscape in CD4+ T cells to drive polyfunctionality and antitumor immunity」。

圖片來自CC0 Public Domain

他們發現，小鼠STAT5A的組成型活性形式（constitutively active form of murine STAT5A, CASTAT5）的異位表達使得腫瘤特異性CD4 + T細胞能夠進行穩健的擴增，強效地浸潤腫瘤，並在CD4 + T細胞過繼轉移模型系統中引發抗腫瘤CD8 + T細胞反應。

綜合表觀基因組學和轉錄組學分析表明，CASTAT5誘導了CD4 + T細胞中全基因組範圍內的染色質重塑，並建立了獨特的表觀遺傳學和轉錄景觀。單細胞RNA測序分析進一步鑑定了CASTAT5轉導的CD4 + T細胞的一個亞群，該亞群具有指示多功能性T細胞祖細胞（progenitor polyfunctional T cell）的分子特徵。

這些研究人員發現在小鼠B細胞淋巴瘤模型中，經過改造後共同表達CASTAT5和靶向CD19的嵌合抗原受體（CAR）的T細胞的過繼轉移導致多功能性CD4 + CAR-T細胞產生。這一發現使得CASTAT5具有潛在的治療意義。

8.Nat Med：I期臨床試驗表明雙特異性CD19/CD20 CAR-T細胞有望治療復發性B細胞惡性腫瘤

doi:10.1038/s41591-020-1081-3

嵌合抗原受體（CAR）T細胞（CAR-T）療法被認為是治療多種類型腫瘤的突破性技術。非霍奇金淋巴瘤（Non-Hodgkin lymphoma, NHL）和慢性淋巴細胞白血病（CLL）是兩種CD19陽性的B細胞癌症，已經用識別CD19的CAR-T細胞進行治療。雖然CD19是位於B細胞表面上的經典分子，但是僅靶向CD19會導致它的表達下調的方法經常遭遇治療失敗。

為了克服這一局限性，Shah等人在一項新的研究中利用一種自動化細胞處理平臺開發出雙特異性靶向CD19和CD20的CAR-T細胞（下稱CD19/CD20 CAR-T細胞）療法。

這項研究是一項1期劑量遞增和擴大臨床試驗。在這項臨床試驗中，利用這些雙特異性CAR-T細胞治療NHL或CLL患者。基於此，本臨床研究中納入了26名此前經歷多次抗B細胞治療而遭遇失敗的患者。總的來說，這種雙特異性CAR-T細胞療法被認為在治療上是安全的。分別有64%和32%的患者出現細胞因子釋放症候群和神經毒性。總體反應率為82%，12名接受高劑量、新鮮製備的CD19/CD20 CAR-T細胞的患者均有反應。相反，43%接受低溫保存CD19/CD20 CAR-T細胞的患者遭遇治療失敗。這表明，使用新鮮製備的CD19/CD20 CAR-T細胞可能是治療成功的關鍵。最後，3名患者對這種治療沒有反應。所有無應答者均表現出高水平的循環CAR-T細胞，這提示著存在抗原刺激，但是這些CAR-T細胞的殺傷活性明顯下降。

9.重磅！科學家成功製造出新型CAR-NKT細胞 或有望開發新型免疫療法治療實體瘤

doi:10.1038/s41591-020-1074-2

自然殺傷性T細胞（NKT）是一類被證明在鼠類腫瘤模型中具有潛在抗癌特性的免疫細胞，如今研究人員有望利用NKT細胞開發一種新型免疫療法來治療癌症患者。近日，一篇發表在國際雜誌Nature Medicine上題為「Anti-GD2 CAR-NKT cells in patients with relapsed or refractory neuroblastoma：an interim analysis」的研究報告中，來自貝勒醫學院等機構的科學家們通過研究利用嵌合抗原受體（CAR）對人類NKT細胞進行遺傳修飾，從而就能特異性地識別並攻擊神經母細胞瘤（一種兒童癌症），修飾後的NKT就能表達白介素-15（IL-15），其是一種能支持NKT細胞生存的天然蛋白。

這項研究中，研究人員公布了一項正在進行的臨床試驗的中期結果，結果表明，修飾後的NKT細胞是安全的，其能定植到腫瘤中，在受試的三名患者中，有一名患者機體成功誘導除了對骨轉移病灶退化的客觀反應。最早的CAR修飾細胞是免疫T細胞，CAR T細胞被證明能有效治療白血病和淋巴瘤，然而科學家們在嘗試利用CAR T細胞治療實體瘤的過程中卻遭遇了一些挑戰，臨床前研究結果表明，NKT細胞能提供一種新方法來幫助增強CAR導向的癌症免疫療法。

研究者Leonid Metelitsa教授說道，除了能在小鼠模型機體中有效抵禦腫瘤外，NKT細胞在實體瘤中的存在也與癌症患者有利的結果直接相關。此前研究結果表明，NKT細胞擁有廣譜的抗腫瘤活性，比如，這些細胞能遷移到腫瘤位點，在那裡殺滅腫瘤相關的巨噬細胞等，而巨噬細胞是一類能促進腫瘤生長和轉移的免疫細胞，此外，NKT細胞的激活還能間接促進NK細胞和T細胞所介導的抗腫瘤免疫反應。

10.elife：T細胞抗癌新機制

doi:10.7554/eLife.56554

一項在《eLife》雜誌上發表的最新研究表明，當免疫系統中的T細胞找到並識別出靶標時，它們會釋放化學物質以吸引更多T細胞，然後聚集起來幫助抑制這種威脅。

這種群聚行為的發現，以及T細胞用來將更多的T細胞引向腫瘤的化學引誘劑，有一天可以幫助科學家開發出能增強免疫系統的新癌症療法。對於實體瘤而言，這尤其重要。到目前為止，實體瘤對目前的免疫療法的反應要比血液癌症低。

研究小組使用在實驗室和小鼠模型中生長的3-D腫瘤模型，表明殺死癌症的T細胞可以獨立於中間免疫細胞而駐留在腫瘤細胞中。當T細胞發現並識別出腫瘤時，它們會釋放化學信號，然後吸引更多的T細胞通過一種稱為CCR5的受體感知信號，並引起群集反應。GaleanoNi o說：「這些細胞協調著它們的遷移過程，使人想起了在某些昆蟲和另一種稱為中性粒細胞的免疫細胞群中觀察到的群聚行為，它有助於機體對傷害和病原體做出反應。」

在使用計算機模型確認其結果後，該小組對人類細胞進行了基因工程改造，稱為嵌合抗原受體（CAR）-T細胞，並證明它們也湧向實驗室中生長的3-D膠質母細胞瘤腫瘤。CAR-T細胞目前正用於治療某些類型的血液癌。但是新發現表明，也有可能訓練這些細胞攻擊實體瘤。

11.Nat Cancer: 免疫療法可治療罕見眼部癌症

doi:10.1038/s43018-020-00119-y

在最近一篇文章中，研究人員發現使用CAR-T細胞與可注射凝膠中包裝的增強免疫力藥物相結合的治療方法，可以挽救植入了人源成視網膜細胞瘤組織的小鼠的視力。2020年10月12日，《Nature Cancer》雜誌發表了北卡羅來納大學Lineberger大學綜合癌症中心科學家的研究結果。

首先，研究人員嘗試了嵌合抗原受體-T（CAR-T）細胞療法，這是一種免疫療法，其中包含免疫系統的T細胞在實驗室中經過修飾，可以表達靶向癌症表面蛋白的嵌合抗原受體CARs。在實驗室測試中，他們發現在視網膜母細胞瘤中表達了一種分子GD2，但靶向該分子以安全消除眼中腫瘤的可能性尚不清楚。

接下來，為了測試靶向GD2的安全性和益處，研究人員將識別該分子的CAR-T注入植入了成視網膜細胞瘤癌細胞的小鼠的視網膜中，發現該療法延遲了腫瘤的發展，但並未根除腫瘤。然後，他們將CAR-T與白細胞介素（IL）-15（一種可以增強免疫反應的蛋白質）結合使用，發現60％的小鼠在長達70天的時間內無腫瘤。

最後，他們將含有CAR-Ts和IL-15的水基凝膠注射到小鼠的視網膜中。CAR-T和IL-15保留了攻擊癌細胞，控制腫瘤生長和預防腫瘤復發的擴展能力。他們通過對視網膜進行的幾次影像檢查證實了腫瘤生長的受限。

12.Nat Med：CAR-T細胞治療大B細胞淋巴瘤患者的特徵

doi:10.1038/s41591-020-1061-7

近日，德克薩斯大學MD安德森癌症中心的研究人員已經確定了CD19 CAR T細胞治療的相關分子和細胞特徵，這些特徵與大B細胞淋巴瘤（LBCL）患者在治療後的反應以及是否產生副作用有關。研究小組還發現，CAR T細胞治療一周後循環腫瘤DNA的早期改變可能預示著特定患者的治療反應。該論文發表在《Nature Medicine》雜誌上。

這項研究表明，在治療的第一周內，臨床醫生可能能夠識別出可能會有更差的結果或不良治療反應的部分患者。這將使護理團隊能夠調整療法以提高療效或減輕毒性。

對於這項研究，研究人員對CAR T細胞進行了單細胞分析，以研究注入細胞中的基因表達譜。在治療24例LBCL患者後，從輸液袋中剩餘的細胞中收集CAR T細胞。將這些基因圖譜與輸注後三個月通過PET / CT掃描確定的治療反應進行比較。

「當我們觀察注入的CAR T細胞的特徵時，我們發現對治療反應較差的患者的樣本中T細胞已經耗竭，而完全康復的患者的樣本中的T細胞表達了'記憶'信號。」通訊作者Sattva Neelapu，醫學博士，淋巴瘤和骨髓瘤教授說道：「另外，在表現較差的患者中更常見的是T細胞衰竭這一細胞特徵，而較差的分子反應通常與較低的陽性長期結果相關。」

13.Nat Immunol：轉錄因子BATF3改善CD8+ T細胞存活和免疫記憶

doi:10.1038/s41590-020-0786-2

德國維爾茨堡大學系統免疫學研究所的Wolfgang Kastenmueller教授和Georg Gasteiger教授的研究重點是免疫系統與機體的相互作用，特別是免疫系統的不同細胞在局部網絡內的相互作用以及與其他器官系統中的細胞之間的相互作用。

在一項新的研究中，Kastenmueller及其團隊破譯了免疫系統發揮功能的新細節，這些細節對於免疫系統記住近期的感染很重要。相關研究結果於2020年9月28日在線發表在Nature Immunology期刊上，論文標題為「BATF3 programs CD8+ T cell memory」。他們的發現可能有助於改善對腫瘤疾病的免疫治療。

Kastenmueller介紹了他的研究的主要結果，「在這項研究中，我們鑑定出一種轉錄因子---BATF3，它非常特異性地調節這些細胞的存活，及其轉換到記憶反應。」這些研究人員證實這種轉錄因子只有在T細胞初始激活後不久才會產生。這種轉錄因子的缺失會導致記憶反應的永久性失靈。

在此之前，這種轉錄因子對於所謂的CD8+ T細胞的作用還不清楚。僅在這些研究人員在CD8+ T細胞中過量表達這種轉錄因子後，它的重要性才變得清晰起來，這是因為他們可以觀察到這些細胞存活下來，從而使得免疫記憶得到顯著改善。

這項研究將基礎研究與應用醫學結合起來，可能有助於利用患者的免疫系統開發更好的癌症治療方法，比如所謂的CAR-T細胞療法。