CAR-T与TCR-T已在高速通道
一、介绍

目前有三类使用效应T细胞的ACT技术正走向药监部门的许可之路(图一)。肿瘤渗透淋巴细胞(TIL)的研究在过去的几十年里一直缓慢但持续地向前推进。最近,国际上有一个三期临床的随机试验已经开始,主要针对转移期的黑色素瘤。莱昂生物科技已经成立,该公司将对黑色素瘤和其它具有合适TIL的肿瘤开展商业化的TIL疗法。

不同于TIL疗法,建立在基因转移基础上的治疗策略是为了克服肿瘤特异性T细胞库的免疫耐受。这些方法可以把T细胞导向某些组织,要么依靠转移CAR,后者含有融合的抗体结合域和T细胞信号传递域;要么依靠转移表达TCR α/β 异源二聚体。基因修饰后的T细胞注射回到人体,然后特异性地导向靶标,这样就有可能提供一种具有反应活性的免疫系统,而这种可能性在自然条件下是不存在的。这种方法还具有一个快速根除肿瘤的好处,这种好处常见于具有细胞毒性的化学治疗或者靶向治疗等疗法中,而不见于具有滞后效应的疫苗和T细胞检查点疗法中。

二、ACT在HIV-1 感染和其它慢性感染疾病中潜在的作用

值得一提的是,最早一批形式的ACT是二十年前使用基因修饰后的T细胞在晚期HIV-1/AIDS病人身上完成的。HIV-1病人身上的这些试验结果也促成癌症领域ACT疗法的概念形成。今天,HIV-1/AIDS领域面临的挑战是如何使用细胞疗法去根除那些对病毒疗法产生抗药的HIV-1病毒。最近柏林的Gero Hutter及其同事通过同源移植和ACT治愈了一位HIV-1感染者,给领域同仁极大鼓舞。目前有很多办法诱导细胞内在性的抗HIV-1感染,同时采用基因修饰化ACT去除剩下的HIV-1的细胞群。

三、工程改造调节性T细胞(Tregs)

现在有越来越多的兴趣想利用Tregs下调那些不需要的免疫反应。这个方法已经在自身免疫病和移植排斥的临床前模型研究中得以证实。在在Tregs上,合成工程改造的基本原则已经获得成功应用。在Tregs上使用CAR,就是通过CAR将Tregs导向目标组织并在该处产生抑制自身免疫。

四、动物模型在ACT中的作用

动物模型在开发细胞疗法的过程中起着关键作用。动物模型主要有两种:一种是使用小鼠T细胞和小鼠抗原的同质动物模型; 另一种是使用人类T细胞和人类肿瘤细胞在免疫缺陷小鼠上的异源移植动物模型。在开发细胞疗法的几十年中,这些动物模型经常会产生一些前后矛盾和互相冲突的结论。一个主要原因是细胞疗法背后的可变因素太多导致。

同质小鼠模型保留着完整免疫系统的内在优点,而异源移植模型则具有测试人类细胞的优势。异源移植模型在几个报告中精确地预测过CAR的疗效,但没有预测到任何毒性,包括CRS。同质小鼠模型也预测了某些疗效,不过也没有模拟出CRS。

更复杂的人源化小鼠如MISTRG能提供物种特异性细胞因子来支持人类细胞,改进有些人类细胞的移植,可能会模拟人类细胞试验带来的药效和毒性。 

五、发现最佳的CAR设计方案

CAR设计在过20年中一直在改进(图2)。1991年有三个实验室报告了第一代CAR设计方案。Roberts与Finey首先设计了第二代CARs,其中包含了CD28 或4-1BB信号域。在临床前试验中,其他人发现了4-1BB比CD28疗效好。综合几个研究,一个比较谨慎的结论是,并不是某一个人类胞内域一定好于另一个,而是CD28信号对产生临床有效的T细胞非常关键,而4-1BB则利于维持CAR-T细胞。

六、关于ACT毒性的思考 

在过去十几年中,许多使用ACT的临床试验都显示各种工程细胞很安全,但疗效甚微。在过去四年里,在疗效方面ACT经过了一个革命性的转变。这表现在T细胞在工程改造后能在体内扩增,并且在某些情况下能长期存在。这些新进展极大地改变了ACT的疗效,尤其是在CAR-T方向。但是也如CAR-T应用于癌症治疗时,在有疗效的同时也伴随着毒性。

1.细胞因子释放风暴(CRS)

CAR-T 用于骨髓来源的肿瘤时最显著的毒性就是CRS。高度扩增的T细胞会产生CRS,包括高烧、肌肉疼痛、低血压以及呼吸停止等。而这种CRS在临床前动物模型中并没有出现。一个比较重要的现象是IL-6的大量表达,所以用IL-6阻断法如IL-6受体拮抗剂Tocilizumab可以缓解重度CRS。另一个重要的现象是重度CRS几乎都是发生在重症病人身上,所以CAR-T细胞如果能在这些病人的疾病早期移植进去的话,重度CRS的风险会小得多。

2.中靶毒性

中靶毒性是指毒性是来自工程改造T细胞的抗原特异性。一个例子是肿瘤裂解综合征,由肿瘤细胞被破坏直接导致。另一个例子是B细胞萎缩,这是因为B细胞表达CD19,而由靶向CD19的CAR-T细胞导致。最近有两个有工程改造T细胞导致的致死毒性的案例报告。在这两个案例中,毒性都是因为抗原靶标在正常组织中的表达。

3.神经学毒性

另一个出乎意料的而且还无法解释的现象是伴随着白血病的CAR-T细胞治疗会出现神经学症状。这些症状似乎不能为Tocilizumab所缓解。这些症状的机制和发生组织还有待进一步阐明。

4.其它类型的毒性

注入激活的T细胞会引人自身免疫风险。治疗黑色素瘤的ACT引起过白癜风。激活的T细胞移植引起过皮疹、结肠炎、下垂体炎等等。不过对CAR-T疗法,目前还不是一个很显著的问题。

七、目前ACT领域所面临的问题

目前还有不少科学和工程上的挑战需要实验去研究解决。下面我们就其中的几个予以讨论。

1.细胞产品的组成成分

细胞疗法在开始时主要是注射高度分化的CD8+细胞,这些CTL在注入人体后有最佳的细胞毒性,但没有足够的复制能力。 现在已经公认CD4+ 需要经常和CD8+ 一起使用,很可能是CD4+T淋巴细胞能提供生长因子和其他信号因子以维持注入的CTL的存活和功能。

现在有一个问题是:是否应该把病人身上获得的细胞亚群使用流式或其它手段进行分离,并且将它们分开培养?因为CD4+ 和CD8+ 细胞的最佳培养条件是截然不同的。而且,分离手段的使用也可以去掉Treg,因为Treg的存在会影响到使用T效应细胞的细胞疗法。另一个应该进一步分离的原因是在白血病病人的T细胞中,需要除掉癌症细胞。但是,细胞操作会增加很多费用。

2.年轻还是年老?

和上述问题相关的一个问题是什么是注入T细胞的最佳分化状态?人类和小鼠中的研究显示未致敏或者中心记忆T细胞更好用。这里有一个挑战就是,在那些年龄大的患者中,他们只有非常少量的未致敏T细胞,而且这种问题会因为化疗或疾病其它方面的原因会变得更加严重,那么如何在这些病人中提取上述的细胞是一个大的挑战。

我们的研究表明细胞的复制能力是预测成功与否最重要的一个标志物。一个办法是从全血中分离上述两种细胞。但是有一种更为简单的、更具鲁棒性的方法是使用大量T细胞,然后使用一种培养条件,这种条件更适合未致敏和中心记忆T细胞的生长和维持。

3.是否有一个整齐划一且是最佳的最终细胞产品公式?还是不同癌症会不一样?

目前还不知道CD19 CAR-T细胞在治疗B细胞血癌上出乎意料的成功是否能在其它实体瘤病人得到重演。我们发现CAR-T细胞能在体外杀死腺癌细胞。但不清楚是否需要优化细胞组成和培养条件。对于实体瘤来说,在诸多方面显然和血液癌不一样,如何使用好CAR-T细胞疗法还需要做很多细致的工作。

4.在CD4+ 和CD8+ T细胞亚型中最佳共刺激域是一样的吗?

以前有研究表明不同T细胞亚群所需的最适培养条件会截然不同。这产生的一个问题就是不同的工程T细胞是否需要装上不同的信号域?我们曾经比较CD28,4-1BB, 和 ICOS这些结构域在人类CD4和CD8 T细胞中的不同效果。我们发现ICOS信号域在CD4 CAR-T细胞中更好用,而4-1BB在CD8 T细胞中更好用。

5.生死攸关的问题(去还是留):自杀性构建将会减轻脱靶毒性吗?

也许工程T细胞疗法最大的不确定是:工程改造诱导的新特异性和加强的效应功能是否会产生意料之外的脱靶毒性。中靶但脱瘤的毒性在CAR-T细胞疗法中发生过,而脱靶毒性在TCR-T细胞疗法中也发生过。有很多种办法可以减轻毒性反应。我们发现如下这些办法是可行的。如使用CAR的mRNA,如使用各种方法诱导工程T细胞进入细胞凋亡等等。相信这些办法可以帮助T细胞疗法获得更为严格的安全指数。 

八、结论

鉴于目前正在进行的治疗试验,使用人工合成的CAR和TCR工程改造T细胞的疗法将会得到广泛的商业许可。华尔街的资源介入使得这个领域摆脱以前资源有限的局面,而大踏步向前发展。现在我们有能力对可以注入人体的T细胞进行增加或减少基因的操作,这些都会增加更多的可供选择的细胞产品种类,可以用来克服肿瘤微环境中的免疫抑制,甚至可能最终不需要目前通过抗体阻断而获得的免疫检查点疗法。更为高级的基因工程改造技术和ACT结合起来,将会引起巨大的进步,使我们能将合成生物学的基本原理运用到治疗癌症、慢性感染病和自身免疫病。

参考文献:

Barrett DM, Grupp SA, June CH. Chimeric Antigen Receptor- and TCR-Modified T Cells Enter Main Street and Wall Street.J Immunol. 2015 Aug 1;195(3):755-61. 

文章来源:生物制品圈