細胞免疫——CAR-T 技術

2021-01-20 南開細胞工程

摘　要 細胞免疫治療療法，是採集人體自身免疫細胞，經過體外培養，使其數量成千倍增多，靶向性殺傷功能增強，然後再回輸到人體來殺滅血液及組織中的病原體、癌細胞、突變的細胞，打破免疫耐受，激活和增強機體的免疫能力，兼顧治療和保健的雙重功效。細胞免疫治療，是世界目前惟一有希望完全消滅腫瘤細胞的治療手段。它利用人體自身的免疫系統治療腫瘤，即腫瘤免疫治療。其中嵌合抗原受體 T細胞（chimericantigenreceptorTcell，CAR-T）免疫療法在血液系統腫瘤治療中顯現出強大的治療效果，並且為晚期和罕見惡性腫瘤的治療帶來了新的希望，將有可能最終實現腫瘤治癒這個終極目標。

關鍵詞　細胞免疫；CAR-T；腫瘤

Key words oncolytic viruses; HSV-1;  combined immunotherapy


隨著經濟的快速發展和人們物質生活水平的不斷提高，各種癌症的發病率也在逐年增加。在我國，每65個人當中就有1 名癌症患者，每年有超過400 萬人被確診癌症，每天有超過1萬人確診癌症，每分鐘就有超過5人死於癌症，中國癌症發病率、死亡率全球第一。癌症傳統的療法，外科手術和放化療均存在一些局限性，比如外科手術很難根除腫瘤組織，而放化療又會對正常的組織產生很大的危害，所以，在分子生物學快速發展，一類新的療法也逐步的走向臨床，備受大家的關注，那就是腫瘤免疫療法，即通過一些生物手段，激活自身的免疫系統，達到清除腫瘤、治癒癌症的目的。細胞免疫治療，是世界目前惟一有希望完全消滅腫瘤細胞的治療手段。



1992 年，美國 FDA 正式通過將生物免疫療法視為癌症基本療法之一的議題，該療法在美國臨床得到廣泛應用。2000 年，美國 Yamazaki 博士等人在《柳葉刀》雜誌報導了生物免疫療法治療肝癌的臨床試驗結果，結果顯示該技術能夠有效預防腫瘤的轉移和復發。2009年3月，中國衛生部頒布的《醫療技術臨床應用管理辦法》中，將「自體免疫細胞治療技術」納入第三類技術進行管理，同時通過審批的醫療機構可開展臨床應用。2011 年 4 月，CCTV 《新聞聯播》對生物免疫治療技術進行了報導，指出生物免疫療法治療腫瘤取得重點突破， 早期癌症三分之一可治癒。2011 年 10 月，法國科學家拉爾夫·斯坦曼因「發現樹突狀細胞和其在後天免疫中的作用」獲得諾貝爾醫學獎，標誌著生物免疫治療成為癌症治療的新型療法。2012 年 3 月 6 日，中國衛生部正式將生物免疫治療癌症納入技術管理辦法中。




嵌合抗原受體（CARs）的組成包括：單鏈可變片段（scFv）、鉸鏈區以及跨膜胞內信號區域。其中 scFv 是由重鏈 V 區（VH）和輕鏈 V 區（VL）組成的單克隆抗體的可變區，又可稱為互補決定區（CDR）。VH 和 VL 又各有3 個 CDR，這 6 個 CDR 共同組成 CAR 的抗原結合部位。鉸鏈區因富含脯氨酸而容易發生一定程度的扭曲，這有利於抗原與 scFv 結合法與主要組織相容性複合物（majorhistocompabilitycomplex，MHC）I 類分子結合。scFv 是嵌合型抗原受體ＣＡＲ結構的第一個關鍵部位，位於膜外區，具有特異性識別並結合腫瘤細胞表面抗原的功能。目前獲得較特異的 scFv 片段分子的有效方式:對靶標分子及修飾性目的分子的親和挑選較為常用的篩選方法包括ＤＮＡ文庫、噬菌體文庫、核糖體展示文庫等篩選文庫技術。



到目前為止已經設計了五代 CAR-T 細胞。每一代的產生就像是遊戲裡的打怪升級，一 段更比一段高，一代更比一代強。第一代青銅段位：利用 CD3ζ細胞內信號傳導結構域（第一信號）激活第一代 CAR 中的 T 細胞。然而，這些 CAR 不能產生足夠的 IL-2，並且具有有限的活化，擴增和體內抗腫瘤作用。第二代白銀段位：通過添加具有細胞內共刺激信號傳 導結構域的共刺激分子產生第二代 CAR，例如 CD28，CD137（4-1BB），CD134（OX40），CD27，ICOS 和 CD244。與第一代相比，第二代 CAR 產生的 IL-2 多 20 倍，並能夠在體內使靶細胞實行持續的增殖和殺傷作用。第三代黃金段位：第三代 CAR 通過添加兩種或更多的具有細胞內共刺激信號傳導結構域的共刺激分子而產生。因此，分泌更多的細胞因子時，體外的殺傷能力增強。然而這在臨床上並沒有取得更好的結果。第四代鉑金段位：CAR 被稱為 T 細胞重定向通用殺傷細胞因子(或稱 CAR)，是通過添加一系列細胞因子(如 IL-12)來生產的，這些細胞因子可以通過局部釋放細胞因子來調節微環境並招募免疫效應細胞來殺傷腫瘤。第五代鑽石段位：第五代 CAR-T 同樣基於第二代，添加了激活其它信號通路的共刺激結構域，比如 IL2-2Rβ胞內結合 SAAT3/5 的結構域。這一代又一代各種不同的結構設計，賦予了CAR-T 細胞療法無限的生機和未來。雖然目前只升級到了五代鑽石，但相信不久還會有六代星耀、七代王者„„我們翹首以待。　


   CAR-T細胞是導入 CAR 基因的T細胞，在其製備過程中可通過電穿孔、慢病毒或逆轉錄病毒轉導，將CAR基因導入患者自身分離出的T細胞裡使T細胞經改造後能夠表達CAR基因。但這三種方法具有各自的特點。電穿孔法：採用直接將mRNA 導入T 細胞實現CAR瞬時表達而且不存在基因組的整合，使得 DNA誘變的可能性非常低。缺點是這種方法需要多次注射.該方法製備的CAR-T在實體瘤的治療中體現出一定的抗腫瘤活性。慢病毒法是將CAR基因整合到T細胞的基因組中並表達。缺點是可能存在遺傳毒性。優點是持續時間較電穿孔方法長、轉導效率高、能永久轉換T細胞、應用較廣泛。逆轉錄病毒法製備：逆轉錄病毒轉染CAR的原理與慢病毒轉染相似，同樣能永久轉換T細胞實現對腫瘤的有效治療。優點：能永久轉換T細胞實現對腫瘤的有效治療。　



脫靶毒性（on-target/off-tumor），這是CAR-T 治療中亟待解決的問題.脫靶毒性表現CAR-T細胞攻擊其他表達目標抗原的正常細胞，使正常細胞死亡甚至對臟器造成損傷，嚴重時危及患者生命。細胞因子釋放症候群，CRS是CAR-T 治療後最常見的毒副作用並且會由低等級的全身症狀向高等級發展，症狀嚴重時會產生呼吸窘迫症候群，引起肝臟損傷以及血管內凝血致命的臨床症狀。基因修飾風險，以病毒為載體雖然可以成功將CAR基因整合到T細胞基因組中實現CAR的穩定表達，但由於其整合位點的不確定性，使CART治療存在致瘤風險。實體瘤治療效果較差，目前最成功的ＣＤ１９⁃ＣＡＲ⁃Ｔ已經在惡性血液疾病中取得了不錯的效果，對於實體腫瘤的治療效果則較差。



  目前CAR-T 細胞療法不斷取得突破，並有兩個產品（Kymrial 和 Yescata）相繼批准上市，但是其在技術上和臨床應用上仍然存在著許多亟待解決的問題。面對諸多以CRS 為代表的副作用以及實體瘤微環境中的免疫抑制等不利條件，細胞工程、特定位點基因組編輯和合成生物學的不斷發展無疑將加強CAR-T細胞療法對各種腫瘤治療的安全性、可靠性和有效性。



參考文獻

[1]趙琳,趙新漢.CAR-T 細胞技術的研發及臨床應用前景[J].中國合理用藥探索,2020,17(02):1-7.

[2]潘靜,陳炳珍,晏炬.嵌合抗原受體 T 細胞免疫治療技術運用於急性淋巴細胞白血病患者面臨的問題和思考[J].內科急危重症雜誌,2020,26(02):97-103.

[3]李雪芹,王少彬,陳俊輝.腫瘤特異性過繼 T 細胞免疫治療技術進展[J].醫學綜述,2017,23(10):1935-1939.

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來源：李楠｜圖文

老師：陳德富

編輯：李玉   李錦珊

本公號長期徵收稿件
投稿郵箱：nkxibaogongcheng@163.com



指導教師：陳德富

南開大學生命科學學院教授、博士生導師

首屆「談家楨遺傳教育獎」獲得者（2013）

南開大學遺傳學和細胞生物學系主任

南開大學分子遺傳學實驗室PI

南開大學本科生《遺傳學》和《普通生物學》課程負責人

南開大學研究生《現代細胞工程技術》和《分子生物學實驗》課程負責人

天津市科學技術協會委員

天津市生命科學學會聯合體主席團成員、學術諮詢顧問委員會委員

中國遺傳學會常務理事、教學與教育委員會副主任委員、科普專業委員會委員

天津市遺傳學會理事長、支部書記

《遺傳》雜誌優秀編委（2016）


主辦單位：陳德富實驗室
承辦單位：2020生物與醫藥班






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