CAR-T之父最新Nature文章：超越癌症，活细胞药物的进化之路
在过去的十多年里，CAR-T细胞疗法已经改变了肿瘤学领域，治疗了以前无法治愈的血液类癌症。尽管CAR-T疗法因其在癌症中的成功而声名鹊起，但这种治疗原理可以追溯到近30年前——使用T细胞治疗艾滋病。虽然这些最初的尝试在治疗艾滋病方面没有获得成功，但证明了工程T细胞在免疫功能低下患者中的长期持久性。2010年，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的 Carl June 教授率先将CAR-T细胞疗法推进到人体临床试验，并成功“治愈”了多名白血病患者，他也因此被誉为“CAR-T之父”。2017年，FDA首次批准了CAR-T疗法上市，如今，已有6款CAR-T疗法获得FDA批准用于治疗白血病和淋巴瘤等血液类癌症。CAR-T疗法的成功应用，让许多在等待骨髓配型中绝望的人重新燃起了希望，也标志着细胞治疗时代的到来。CAR-T疗法，即嵌合抗原受体T细胞免疫疗法，简单来说，就是把病人的免疫T细胞在体外通过生物工程改造，使其识别肿瘤细胞表面的抗原，然后把这些细胞输回病人体内，达到识别、杀死癌细胞的效果。科学家们也一直在努力将CAR-T疗法应用于血液类癌症以外的其他癌症类型。
此外，来自临床和临床前的研究显示，CAR-T疗法除了用于治疗癌症，在自身免疫疾病、慢性感染、心脏病、衰老相关疾病等领域同样充满潜力。近日，Carl June 教授等在 Nature 发表了题为：CAR T therapy beyond cancer: the evolution of a living drug 的文章。这篇文章回顾了CAR-T疗法背后的基本原理，肿瘤学目前面临的挑战，在非癌症疾病中的初步研究结果，以及相关新兴技术的讨论，还强调了对CAR-T疗法的特异性和安全性的关注，并概述了CAR-T疗法超越癌症的未来之路。近年来，科学家们一直在努力将CAR-T疗法应用于除血液类癌症以外的癌症类型，例如各种实体瘤。而一些早期研究结果显示，CAR-T疗法的下一个进展可能是在癌症以外的领域，CAR-T疗法可能在自身免疫病（系统性红斑狼疮、寻常型天疱疮、多发性硬化、多发性硬化症、1型糖尿病、哮喘）、纤维化疾病（心脏、肝脏、肺以及肾脏纤维化）、衰老相关疾病（肝脏纤维化、实体瘤、动脉粥样硬化、自然衰老）、感染性疾病（艾滋病、乙肝、丙肝、肺结核）等领域有着广泛应用潜力。CAR-T疗法的基本原理是将T细胞的杀伤效力与抗体的特异性结合起来，从而实现精确地杀死患病细胞。单链可变片段（ScFv）赋予特异性，而细胞内信号域激活T细胞介导的细胞毒性。第一代CAR结构由CD4细胞外结构域与CD3ζ信号结构域结合组成，但这些结构缺乏效力，这推动了包括CD28或4-1BB等共刺激结构域的第二代CAR的发展，这提高了其效应功能和持久性，目前这些CAR-T细胞已被美国FDA批准用于治疗白血病和淋巴瘤等血液类癌症。对这些受体进行微调导致新一代的CAR消除抑制结构域，引入显性负受体或突变共刺激结构域以提高疗效。CAR-T细胞在传统的癌症治疗药物或方法失败的情况下的成功，表明了细胞和基因治疗是癌症治疗的新支柱。与传统药物/疗法相比，CAR-T细胞具有许多独有的特征。CAR的内在特异性是目前小分子药物所无法比拟的。CAR-T细胞依靠T细胞的细胞毒性，利用这种高效的内源性途径。作为一类活细胞药物，它的额外好处是，即使单个CAR-T细胞也可以呈指数增长，从而杀死数百甚至数千个靶细胞。当靶细胞被清除后（抗原不再存在），CAR-T细胞仍可以存在并持续巡逻超过十年时间，从而防止疾病复发。而且，大量临床数据证实了CAR-T细胞的可行性，目前全世界已有超过1.5万人接受了CAR-T治疗，还没有看到任何患者中发生自体CAR-T细胞转化为恶性细胞。因此，利用CAR-T细胞的特异性、效力和临床安全性来治疗其他疾病，具有令人信服的可能性。尽管CAR-T疗法在血液类癌症中的临床疗效显著，但也可能会出现严重的临床并发症。短时间内高水平的CAR-T细胞扩增和靶细胞杀伤可导致细胞因子释放综合征（CRS），也就是所谓的细胞因子风暴。在严重的CRS病例中，患者可能会出现高烧、低血压甚至多器官衰竭。另一个主要障碍是on-target、off tumour毒性，也就是CAR-T细胞靶向了肿瘤细胞以外的健康组织/细胞的目标抗原，当目标抗原存在于重要组织时，这可能导致严重的毒性甚至死亡。此外，为了促进工程化CAR-T细胞的植入和扩增，在给患者输注之前要通过放化疗进行了清髓处理，这一过程本身具有基因毒性，可能会增加患癌症和其他疾病的风险。除了上述潜在副作用和安全性风险之外，自体CAR-T细胞的制造是一项新兴技术，设计和生产CAR-TT细胞并用于治疗的成本很高。目前FDA已批准的CAR-T疗法的治疗费用在数十万美元，因此，CAR-T疗法还面临着巨大的经济障碍。与高成本相关的是CAR-T疗法相对难以获得，因为这种高度定制化的活细胞药物需要专门的设备和专业知识，因此只有少数高水平的医疗中心才能进行CAR-T治疗。总的来说，这些挑战意味着许多可能是CAR-T疗法的最佳候选者的患者目前无法获得治疗。实体瘤是最普遍的癌症，在癌症中占比超过90%，也是最大的未得到满足的医疗需求。因此，靶向实体瘤的CAR-T细胞获得了大量的科学和临床关注。但迄今为止，实体瘤的CAR-T临床试验结果在很大程度上是令人失望的。实体瘤对CAR-T疗法提出了独特的挑战。与B细胞恶性肿瘤普遍存在肿瘤特异性抗原相反，实体瘤是高度异质性的，极少存在肿瘤特异性抗原。因此，在实体瘤的CAR-T治疗中，通常将肿瘤中过度表达的抗原作为靶标，然而，这些抗原通常在健康组织中有着不可忽略的低水平表达，从而导致治疗相关毒性作用。此外，实体瘤的肿瘤微环境（TME）也是一大挑战，其包括抵抗CAR-T细胞运输和浸润的物理屏障，以及抑制CAR-T细胞活性的免疫抑制环境。为了克服运输和渗透的障碍，研究人员正在探索肿瘤内注射CAR-T细胞、使用多肽和纳米颗粒疫苗增强CAR-T细胞数量，以及设计细胞因子驱动的CAR-T细胞扩增。针对TME的方法包括使用溶瘤病毒来调节TME的免疫抑制性质，以及使用CRISPR-Cas9和其他基因组编辑方法在体外强化CAR-T细胞等。CAR-T疗法的临床成功激发了人们对其在癌症领域之外的想象力。理论上，CAR-T细胞将在以下情况下发挥作用：消除特定的细胞群具有治疗效果；这些细胞群可以被特异性靶向。这两个前提虽然简单，但却是许多疾病的限制障碍。B细胞和浆细胞恶性肿瘤表明，这种方式是可能的，但确定其他癌症的靶向抗原已被证明是非常困难的。最近新的临床和临床前研究显示，CAR-T细胞可用于治疗自身免疫疾病、慢性感染、心力衰竭和其他慢性疾病。CAR-T细胞在实体瘤中面临的许多挑战，在非癌性环境中并不那么明显。例如，肿瘤细胞负荷通常很大，需要大量CAR-T细胞输注，这与高水平的细胞毒性、细胞因子风暴风险增加以及由于CAR-T细胞运输的可能性增加而导致的on-target、off tumour毒性相关。相比之下，非癌症疾病的靶细胞数量明显较低，此外，在癌症中，需要100%清除肿瘤细胞以防止复发，而在其他疾病中，部分清除病理细胞就具有治疗效果。癌细胞经常携带高突变负担，驱动基因组异质性，导致抗原逃逸，相比之下，大多数慢性疾病的突变负荷和遗传异质性相对较低。肿瘤微环境（TME）对是CAR-T细胞来说是一个实质性物理屏障，而大多数非癌性病变组织容易被CAR-T细胞接近和进入。而且，TME的免疫抑制环境在大多数慢性疾病中也不存在。工程化免疫细胞帮助清除病例细胞是可行的，而且很可能与内源性免疫系统发挥协同作用，因此，使用CAR-T细胞治疗癌症以外的疾病的想法是令人信服的。与癌症相比，CAR-T疗法在其他类型的疾病中更具优势2021年8月，《新英格兰医学杂志》（NEJM）上发表的一项研究显示【2】。一名患有难治性系统性红斑狼疮的20岁女性患者在接受CAR-T细胞治疗后，病情很快得到缓解，且没有明显副作用。2022年9月，该团队在 Nature Medicine 期刊发表论文【3】。报告了5名难治性系统性红斑狼疮患者（4名女性和1名男性，平均年龄22岁）经CAR-T细胞治疗后，所有患者病情得到改善，在长达17个月的随访中未出现复发，并且均实现了无药物缓解。2023年2月，该团队在《柳叶刀》（The Lancet）发表论文【4】，该团队使用CAR-T细胞疗法成功治疗了一位患有严重的自身免疫疾病——抗合成酶抗体综合征（Anti-synthetase Syndrome）的男性患者，在CAR-T细胞治疗后6个月，该患者从自身免疫疾病中完全康复了，而且无需使用免疫抑制药物。这是世界首个使用CAR-T细胞疗法成功治疗的抗合成酶抗体综合征患者，也是继系统性红斑狼疮后，第二种被CAR-T成功治疗的自身免疫疾病。
