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困局?破局?——UCAR-T细胞疗法如何杀出重围

UCAR-T细胞疗法如何杀出重围

 

一、CAR-T细胞面临的挑战

嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor,CAR)-T细胞技术,指将特异性识别肿瘤细胞抗原的CAR分子表达在患者的T细胞上,使T细胞在CAR分子引导下迁移至肿瘤部位,产生杀伤效应。截止到今年,全球已经有7款CAR-T细胞治疗产品上市,其中在中国也有三款CAR-T细胞治疗产品先后上市,均取得较好的疗效。可以看出,CAR-T细胞技术在肿瘤治疗上有很大的应用潜力。由于该疗法以患者自体T细胞为基础进行修饰,因此在应用上会面临以下的挑战。

 

▶ 患者T细胞的质量和数量不满足制备的要求

患者体内存在肿瘤微环境,肿瘤抑制信号会大大降低患者自体T细胞的增殖活性。且由于患者体内细胞因子的缺乏也会降低T细胞的活化,最终导致T细胞的数量减少、活性降低和功能障碍。此外,患者在接受治疗的过程中,会反复进行放疗和化疗,免疫能力低下,导致T细胞数量和功能均降低。

 

▶ 价格昂贵与制备时间过长

自体CAR-T疗法是一种个性化定制的治疗方式,经历自体T细胞的采集分选、CAR分子转导T细胞、CAR-T细胞扩增、产品质检等多个环节,每个环节删除的耗时久且成本高昂,因此患者很可能错过宝贵的治疗时间,并且承担沉重的经济负担。

 

二、UCAR-T细胞的构建原理

基于自体型CAR-T疗法所面临的局限和挑战,通用型CAR-T(universal CAR-T,UCAR-T)疗法开始受到关注。UCAR-T细胞是指提前采集健康的异体T细胞,通过基因工程技术对该异体T细胞进行改造,最终制备而成的CAR-T细胞。UCAR-T细胞没有免疫排斥反应,利用这种细胞不仅能为多名患者提供现货型的药物疗法,还可产业化生产,节省成本并缩短治疗时间。

 

使用UCAR-T细胞疗法杀伤肿瘤,其中的技术难点是需要克服移植物抗宿主病(graft-versus-host disease, GvHD)和宿主抗移植物反应(host versus graft reaction, HvGR)等免疫排斥的问题,同时提高UCAR-T细胞的活性。

 

▶ GvHD现象

异体CAR-T细胞进入患者体内,会引起杀伤患者正常细胞的GvHD现象。由于异体CAR-T细胞表面存在正常的TCR受体,能特异识别APC或靶细胞提呈的抗原肽-MHC分子复合物,以此识别患者体内的正常细胞并进行杀伤,产生毒害作用。因此,要避免GvHD现象,就需要破坏UCAR-T细胞表面的TCR受体。TCR受体由α链和β链(在αβT细胞中)或γ链和δ链(在γδT细胞中)组成。其中α链和β链组合的TCR受体具有MHC限制性,因此只需破坏α链(TCR alpha constant,TRAC)或β链(TCRbeta constant,TRBC)即可达到目的。考虑到β链基因包含2个恒定区,而编码α链的基因只有1个。因此,敲除TRAC是避免GvHD最为简便且有效的方法。

 

▶ HvGR反应

UCAR-T细胞对于患者来说是一种“外来”细胞,患者体内的免疫系统会特异识别UCAR-T细胞并进行清除,这便是HvGR反应。UCAR-T细胞在体内的存活时间与疗效密切相关,因此HvGR是UCAR-T细胞疗法面临的第二个挑战。产生HvGR的一个重要原因是细胞表面存在HLA分子。HLA分子能作为抗原提呈分子参与适应性免疫应答,因此UCAR-T细胞表面的HLA分子可被患者体内的T细胞识别并被清除。避免HvGR需要破坏UCAR-T细胞表面的HLA分子。HLA分子主要是HLA-I类分子,由3条α链和1个β2微球蛋白组成。因此,敲除β2微球蛋白则可以降低HvGR反应。

 

此外,研究发现针对UCAR-T细胞表面,敲除或者过表达某些分子可提高UCAR-T细胞的活性和疗效,比如PD-1、CTLA-4、CD94/NKG2A、TIM-3、LAG-3等信号分子。PD-1(programmed death 1)是重要的共抑制分子,表达在活化的T细胞上。PD-1与配体结合后可抑制T细胞的增殖。CTLA-4也是一种共抑制分子,能与CD80和CD86配体结合并下调或终止T细胞活化。因此,敲除PD-1和CTLA-4可提高UCAR-T细胞的活性。CD94/NKG2A是NK细胞抑制性受体,在UCAR-T细胞引入CD94/NKG2A可降低患者NK细胞对UCAR-T细胞的杀伤。

 

三、CRISPR/Cas系统在UCAR-T细胞的应用

为了实现对上述基因的编辑,使用CRISPR/Cas系统是一种有效的方式。已经有相当多的研究使用CRISPR/Cas系统敲除异体T细胞中的TCR、HLA和PD-1等分子并制备成UCAR-T细胞,可有效地避免GvHD和HvGR等免疫排斥反应且取得很好的疗效。比如在以下的一篇报道中,研究人员使用CRISPR/Cas系统创建了TCR-/-和HLA-/-的双敲除T细胞(gRNAs被设计用于靶向TCR α恒定区外显子1内的序列,TCR β恒定区1和2的外显子1共有的共有序列,β-2微球蛋白的外显子1)。经检测,GvHD的效应大大降低(图1)。

 

UCAR-T细胞疗法如何杀出重围

图1 敲除TCR和B2M可有效降低GvHD的效应[1]

 

之后该研究将CD19-CAR慢病毒转导至T细胞,并筛选出TCR-/-、HLA-I-/-且CD19-CART阳性的细胞。经过检测,该UCAR-T细胞具有强大的体外抗肿瘤活性(图2)。

 

UCAR-T细胞疗法如何杀出重围

图2 TCR-/-和HLA-I-/-的CD19-CAR-T具有高效的抗肿瘤效应[1]

 

四、总结

在异体T细胞中敲除TCR受体和HLA分子避免GvHD和HvGR等免疫排斥反应,再通过编辑部分基因提高T细胞的稳定性和疗效,并以此为基础制备成CAR-T细胞,这是UCAR-T细胞的构建思路。随着抗肿瘤机制研究的深入,必将发现更多可提高UCAR-T细胞疗效的分子,再通过CRISPR/Cas技术对这些基因进行编辑,可以创建出高效且适应不同病患的UCAR-T细胞,为患者带来治愈的希望。

 

参考文献:

Ren J, Liu X, Fang C, Jiang S, June CH, Zhao Y. Multiplex Genome Editing to Generate Universal CAR T Cells Resistant to PD1 Inhibition. Clin Cancer Res. 2017;23(9):2255-2266.


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