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CAR-T疗法在实体瘤治疗领域的研究进展

CAR-T疗法在实体瘤治疗领域的研究进展

 

一、研究背景

嵌合抗原受体T细胞(Chimeric antigen receptor T cell,CAR-T)疗法是指通过基因修饰技术,将带有特异性抗原识别结构域及T细胞激活信号的遗传物质转入T细胞,使T细胞能够识别肿瘤细胞表面的特异性抗原,并通过释放多种免疫因子杀伤肿瘤细胞,从而达到治疗肿瘤的目的。

 

近年来,CAR-T疗法相关的研究飞速发展,基于CAR-T疗法在血液系统肿瘤中取得的显著疗效,科学家们也期望将这一创新型免疫治疗尽快应用到实体瘤领域,越来越多针对实体瘤抗原靶点的CAR-T疗法临床试验相继开展。根据ClinicalTrials.gov提供的数据,截止到2022年4月,已有1800项细胞临床试验正在进行,相比去年增长33%;其中针对实体瘤的临床试验占比为43%,相比去年增幅为44%,已超过血液肿瘤的涨幅(相比去年增长25%),这意味着CAR-T疗法正在逐渐向实体瘤治疗领域快速发展。

 

二、CAR-T治疗常见实体瘤靶点

近年来,针对各种实体瘤抗原为靶点的CAR-T研究开始逐渐增多,已有相当一部分的研究进入到了早期临床试验阶段。

 

例如,在神经母细胞瘤中,以神经节苷脂2(ganglioside 2, GD2)为靶向的CAR-T治疗取得了显著疗效。靶向磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(glypican-3,GPC3)的CAR-T细胞对治疗肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)取得较好成效。表皮生长因子受体(human epidermal growth factor receptor-2,HER2)在胃癌、胰腺癌等多种肿瘤组织中过表达,针对此靶点设计的CAR-T细胞可在一定程度上治疗晚期胆道癌和胰腺癌。

 

间皮素(mesothelin,MSLN)也是免疫治疗的热门研究靶点,这种锚连在膜表面的糖蛋白,在多种肿瘤中高表达,与肿瘤增殖、侵袭和不良预后有密切联系。靶向MSLN的CAR-T细胞I期临床试验结果表明,接受治疗的胰腺癌患者取得了显著疗效。

 

而紧密连接蛋白(Claudin18.2,CLDN18.2)是一种胃特异性膜蛋白,被认为是胃癌和其他癌症类型的潜在治疗靶点。有报道证实基于CAR-T细胞的受体酪氨酸激酶样孤儿受体1(receptor tyrosine kinase-like orphan receptor 1,ROR1)在肺癌中特异性表达,并在肿瘤增殖、转移和耐药等方面发挥重要作用,是潜在的肺癌治疗靶点。

 

除此之外,研究人员发现的可用于实体瘤的靶点还有:治疗肺癌、结肠癌、胃癌、乳腺癌和胰腺癌的癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)、治疗恶性胸膜间皮瘤的成纤维细胞活化蛋白(fibroblast activation protein,FAP)以及用于治疗前列腺癌的前列腺特异性膜抗原(Prostate-specific membrane antigen,PSMA)等。

 

、CAR-T疗法应用于实体瘤治疗的挑战

1.缺乏特异性存在的肿瘤抗原

 

CAR-T细胞对肿瘤细胞杀伤作用主要依赖于对肿瘤相关抗原(tumor associated antigen,TAA)的识别,这些抗原常常过表达在肿瘤细胞表面,但在其他正常组织细胞上也有一定程度的表达。因此,CAR-T 细胞在清除肿瘤细胞的同时,也有可能错误地攻击正常组织细胞,即脱靶效应,从而导致杀伤非肿瘤细胞的严重副作用,使得CAR-T疗法得不到预期的治疗效果。

 

2.CAR-T细胞的归巢和浸润

 

相较于血液肿瘤,CAR-T细胞较难通过血液系统穿透实体肿瘤组织。一方面,实体瘤可通过干扰T细胞运输来进行免疫逃逸;另一方面,由于趋化因子-趋化因子受体错配,黏附分子下调和肿瘤新脉管系统异常等原因,导致CAR-T细胞难以精确归巢。此外,实体瘤的另一个特点是在基质细胞中含有大量的肿瘤相关成纤维细胞。这些细胞通过分泌胶原蛋白,形成致密的纤维化基质,作为物理屏障来捕获并阻止CAR-T细胞浸润,并且减弱其杀伤活性。

 

3.具有免疫抑制性的肿瘤微环境

 

肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)是一种癌细胞重新设计以促进其生长的微环境,具有低氧、低营养、低pH、高渗透的特点。这种环境能够促进肿瘤的增殖,却非常不利于CAR-T细胞的存活。此外,TME中还包含多种免疫抑制细胞如肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages,TAM)、调节性T细胞(Regulatory T cells,Tregs)、骨髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSC)等,通过多种途径抑制CAR-T细胞,显著降低其杀伤效力。

 

四、CAR-T细胞治疗优化策略

为了应对这些挑战,研究者们已经做了很多准备和具有前瞻性的工作。主要的应对策略包括有:

 

1.改变CAR的结构

 

例如,让CAR-T细胞同时表达能够改变肿瘤微环境特征的促炎症细胞因子,同时为了防止体内持续表达这些因子而产生毒性,有研究设计让CAR-T细胞在与靶标结合之后驱动细胞因子的表达,从而将细胞因子的作用限制在肿瘤附近。其他策略如表达抑制性CAR分子,双靶位激活CAR分子以及提升scFv亲和力来改变CAR-T细胞的特异性,从而优化其抗肿瘤活性及安全性。

 

2.利用CRISPR基因敲除技术

 

利用CRISPR基因敲除技术可以降低CAR-T细胞对肿瘤微环境的敏感性。Tmunity公司利用基因编辑敲除T细胞中的内源T细胞受体(T cell receptor,TCR)和PD-1受体,然后再表达靶向纽约食管鳞状细胞癌1(New York esophageal squamous cell carcinoma 1,NY-ESO-1)抗原的TCR,使CAR-T细胞更有效地到达实体瘤部位,进而增强肿瘤微环境中CAR-T细胞的杀瘤效果。

 

3.联合治疗

 

BioNTech公司采用了脂质体来递送编码CLDN6mRNA的疫苗,在注射到体内后,脾脏、淋巴结等处的抗原递呈细胞(Antigen-presenting cells,APCs)能够将CLDN6抗原递呈到表面,这些APCs能够促进CLDN6 CAR-T细胞的增殖。另外通过与免疫检查点抑制剂PD-1联合用药,也使得CAR-T疗法对实体瘤的治疗效果得到提升。

 

五、新式CAR-T疗法在实体瘤领域的临床研究

在最新一篇发布于顶级医学期刊Nature Medicine的研究中,CAR-T之父Carl June团队开发的新式CAR-T疗法也为治疗实体瘤重燃了希望。在实体瘤转移性去势抵抗性前列腺癌(metastatic castration-resistant prostate cancer,mCRPC)的微环境中,存在多种高水平的抑制因子如转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β),可显著降低CAR-T细胞的疗效。该研究团队通过基因编辑手段以PSMA为靶点,使CAR-T细胞的相关受体失活,从而通过阻断TGF-β信号转导而抵抗TGF-β的抑制作用,增强CAR-T细胞的抗肿瘤能力。

 

该疗法在前期动物实验取得良好疗效的基础上,进行了Ⅰ期临床试验。结果显示,在13名接受治疗的mCRPC患者中,CAR-T细胞在体内能发生扩增并持续存在,并且显著富集至肿瘤组织中。在疗效评估方面,13名患者中有4人的前列腺特异性抗原(Prostate specific antigen,PSA)下降≥30%(图1-a);此外,CT评估显示5 名患者(38.5%)在3个月的影像评估中维持疾病稳定,其中一名患者在细胞治疗后观察到肿瘤消退的证据——其PSA在细胞输注后下降了36%(图1-b)。

 

CAR-T疗法在实体瘤治疗领域的研究进展

图1 CART-PSMA-TGFβRDN细胞治疗后的病理和放射学评估[1]

 

这项研究也是首个CAR-T治疗实体瘤的临床研究,其结果证实了靶向PSMA的抗TGF-β CAR-T细胞疗法对于治疗mCRPC这一实体瘤的可行性和安全性,这为CAR-T疗法攻坚实体瘤的道路提供了极大动力和信心。

 

六、总结

CAR-T疗法在实体瘤的治疗中仍存在许多困难,但科学家们的努力和探索却从未止步。越来越多的研究针对肿瘤微环境以及影响CAR-T抗肿瘤作用的因素,再加上联合治疗的尝试,我们相信一定会看到CAR-T疗法在攻克实体瘤领域的更多可能性。

 

参考文献:

[1]Narayan V, Barber-Rotenberg JS, Jung IY, et al. PSMA-targeting TGFβ-insensitive armored CAR T cells in metastatic castration-resistant prostate cancer: a phase 1 trial [published online ahead of print, 2022 Mar 21]. Nat Med. 2022;10.1038/s41591-022-01726-1.

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