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前言

在過去十年中,我們在提高CAR-T細(xì)胞療法的療效方面取得了顯著進(jìn)展。然而,其臨床益處仍然有限,尤其是在實體腫瘤中。即使在血液腫瘤中,由于多種因素,包括T細(xì)胞擴(kuò)增不良和過繼轉(zhuǎn)移后缺乏長期持續(xù)性,對CAR-T療法有反應(yīng)的患者仍有復(fù)發(fā)的風(fēng)險。這一問題在實體瘤中更為明顯,因為腫瘤微環(huán)境對T細(xì)胞的存活、浸潤和活性有負(fù)面影響。事實上,癌癥的標(biāo)志之一就是TME中過多的抑制性決定因素導(dǎo)致T細(xì)胞功能受損,從而導(dǎo)致T細(xì)胞耗竭。

有限的持久性仍然是CAR-T療法發(fā)展的一個重大障礙,這是從細(xì)胞制造步驟開始就遇到的問題。包括CAR的設(shè)計和體外操作以及培養(yǎng)條件,可能在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此,工程化CAR-T細(xì)胞以提高其存活率并逆轉(zhuǎn)或防止耗竭表型可能是一種合乎邏輯的治療方法。現(xiàn)代合成生物學(xué)和基因組編輯技術(shù)提供了機(jī)會,迄今為止,一些研究已經(jīng)采取了一些限制和創(chuàng)造抗耗竭T細(xì)胞的方法,并在幾個關(guān)鍵的臨床試驗中進(jìn)行了測試。這些方法可能改善CAR-T細(xì)胞的持久性問題,為患者帶來希望。

影響CAR-T細(xì)胞持久性的因素

CAR的設(shè)計

細(xì)胞外CAR結(jié)構(gòu)域的類型、連接單鏈抗體與跨膜結(jié)構(gòu)域的間隔區(qū)類型以及構(gòu)成CAR的共刺激結(jié)構(gòu)域已被證明對T細(xì)胞功能和持久性有深遠(yuǎn)影響。

臨床試驗中使用的大多數(shù)CAR來源于小鼠,這可能導(dǎo)致體液和CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng),導(dǎo)致免疫排斥。將含有小鼠成分的CAR-T細(xì)胞重新輸入到首次治療后出現(xiàn)CD19+復(fù)發(fā)的患者中基本上是無效的。此外,細(xì)胞表面的小鼠CAR受體簇可產(chǎn)生強(qiáng)直信號,導(dǎo)致T細(xì)胞耗竭。2016年,帶有人源化scFv的CAR-T進(jìn)入臨床試驗,人源化CAR顯示出與小鼠CAR相似的細(xì)胞毒性活性,但是由于較低的免疫原性而增強(qiáng)了持久性。

CAR的親和力影響強(qiáng)直信號,對靶細(xì)胞過強(qiáng)的親和力可能導(dǎo)致T細(xì)胞耗竭。一項研究開發(fā)了一種CAT-CAR(CD19單鏈抗體),其與CD19的親和力比從傳統(tǒng)的CAR低40倍。該結(jié)構(gòu)在復(fù)發(fā)或難治性兒童BLL患者中進(jìn)行了測試,臨床研究發(fā)現(xiàn),14例CAR-T細(xì)胞擴(kuò)增增加的患者中有11例表現(xiàn)出持續(xù)性。

此外,共刺激域在CAR-T細(xì)胞的持久性和有效性中也起著關(guān)鍵作用,共刺激分子包括CD28、ICOS、CD27、4-1BB、OX40和CD40L。幾項研究發(fā)現(xiàn),配備4-1BB結(jié)構(gòu)域而非CD28結(jié)構(gòu)域的CAR結(jié)構(gòu)中的T細(xì)胞持久性增強(qiáng)。其他研究報告,含有4-1BB的CAR-T細(xì)胞顯示出增強(qiáng)的記憶T細(xì)胞(TEM)表型,這可能延遲CAR-T細(xì)胞耗竭。ICOS屬于CD28共刺激分子家族,研究證明,CAR結(jié)構(gòu)中ICOS和4-1BB共刺激結(jié)構(gòu)域的組合顯著增加T細(xì)胞的持久性。

盡管存在相互矛盾的證據(jù),但人們認(rèn)識到CD28-CAR與高效應(yīng)器功能和有限的T細(xì)胞持久性相關(guān),而4-1BB-CAR和ICOS-CAR的效力較低,但持續(xù)時間較長。因此,這些觀察結(jié)果表明,共刺激域的結(jié)構(gòu)是影響CAR-T細(xì)胞持久性的重要因素。

體外操作和淋巴清除

制造T細(xì)胞的過程需要從患者身上獲取足夠數(shù)量的健康T細(xì)胞。然而,經(jīng)過化療治療,尤其是那些含有氯法拉濱或阿霉素的化療,導(dǎo)致淋巴細(xì)胞減少會使最終的CAR-T細(xì)胞質(zhì)量不理想,用于輸注的T細(xì)胞類型嚴(yán)重影響治療的效果。

事實上,通過使CD4/CD8比率正常化或使用幼稚或記憶細(xì)胞亞群,在臨床前模型中獲得了更好的持久性。幾項研究表明,使用早期譜系細(xì)胞富集的T細(xì)胞群能夠更好地擴(kuò)增,并提高CAR-T細(xì)胞治療的持久性和療效。此外,多項研究表明,在制造過程中向細(xì)胞培養(yǎng)物中添加抗氧化劑,如N-乙酰半胱氨酸,也可抑制效應(yīng)器分化并促進(jìn)TSCM細(xì)胞的擴(kuò)增。

在CAR T細(xì)胞輸注的前幾天,患者接受一種淋巴清除的化療方案,最常見的是環(huán)磷酰胺(cy)、氟達(dá)拉濱(flu)和苯達(dá)莫司汀(ben)。淋巴清除療法根除調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)和其他免疫抑制細(xì)胞,增加CAR-T細(xì)胞的擴(kuò)增并延長其持續(xù)性。正如在成人B-ALL和B-NHL臨床試驗中觀察到的那樣,充分的淋巴清除對治療成功至關(guān)重要,并可能防止CAR的排斥反應(yīng)。

T細(xì)胞耗竭

在TME中,髓源性抑制細(xì)胞(MDSC)、癌相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF)和腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的免疫抑制細(xì)胞因子的存在會導(dǎo)致T細(xì)胞耗竭。

慢性暴露于抗原也可導(dǎo)致T細(xì)胞衰竭,如果抗原刺激持續(xù)存在,T細(xì)胞會發(fā)生一系列表觀遺傳、代謝和轉(zhuǎn)錄改變,出現(xiàn)耗竭狀態(tài)的表征。這種過程以遞進(jìn)的方式發(fā)生,IL-2和TNF-α在早期丟失,IFN-γ和趨化因子分泌在耗竭進(jìn)展后期減少。盡管高增殖能力也在早期喪失,但在體內(nèi)受到刺激時,耗竭的T細(xì)胞仍能有限增殖。

耗竭的細(xì)胞也表現(xiàn)出抑制性受體的高表達(dá),如PD-1、TIM-3、LAG-3、CD160、BTLA、CTLA-4和TIGIT。

提高CAR-T細(xì)胞持久性和效力的策略

表達(dá)細(xì)胞因子及其受體

第四代CAR T細(xì)胞最近被開發(fā)出來,用于抵抗TME中的免疫抑制環(huán)境,同時克服免疫耗竭。TRUMKS設(shè)計將CAR-T細(xì)胞的細(xì)胞毒性功能與具有免疫調(diào)節(jié)能力的細(xì)胞因子的原位遞送結(jié)合起來。在誘導(dǎo)系統(tǒng)的作用下,在CAR結(jié)合抗原后,細(xì)胞因子被合成,并以自分泌方式發(fā)揮作用,以增加T細(xì)胞的存活和擴(kuò)增。細(xì)胞因子也可以旁分泌方式發(fā)揮作用,調(diào)節(jié)周圍環(huán)境,干擾TME中存在的免疫抑制細(xì)胞因子。包括IL-12、IL-7、IL-15、IL-18、IL-21和IL-23在內(nèi)的一系列細(xì)胞因子目前正在研究中,并已進(jìn)入早期臨床試驗階段。

IL-12是一種促炎癥細(xì)胞因子,可誘導(dǎo)Th1CD4+T細(xì)胞反應(yīng),促進(jìn)CD8+克隆擴(kuò)增和持續(xù)存在。它還負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)CTL和自然殺傷(NK)細(xì)胞的細(xì)胞毒性活性,重新激活無能的腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞,招募NK細(xì)胞,并抑制Treg。對結(jié)構(gòu)性表達(dá)IL-12的CD19-CAR-T細(xì)胞的臨床前研究表明,它增強(qiáng)了腫瘤殺傷效果和針對癌癥抗原的免疫記憶。然而,與IL-12相關(guān)的潛在致命毒性使得有必要開發(fā)一種誘導(dǎo)系統(tǒng),僅在CAR激活時限制IL-12的分泌。一些臨床研究(NCT02498912、NCT03932565和NCT03542799)正在進(jìn)行和招募中。

IL-15是一種刺激CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞活化、增殖和細(xì)胞毒性活性的細(xì)胞因子。IL-18增加Th1細(xì)胞細(xì)胞因子的產(chǎn)生,同時抑制IL-10的合成。IL-15和IL-18都是免疫反應(yīng)的增強(qiáng)劑,已經(jīng)在CAR-T細(xì)胞上進(jìn)行了測試。與傳統(tǒng)的CAR-T細(xì)胞相比,分泌IL-18和IL-15的CAR-T細(xì)胞在荷瘤小鼠中顯示出增強(qiáng)的擴(kuò)張性和持久性,并且在體外和體內(nèi)顯示出增強(qiáng)的腫瘤細(xì)胞毒性。目前正在招募多項臨床試驗,使用工程化T細(xì)胞和NK細(xì)胞測試IL-15和IL-18分泌的CAR在實體瘤和血液瘤中的作用。

最近的研究表明,在同一個CAR-T細(xì)胞中共同表達(dá)多種細(xì)胞因子是可能的。NCT04833504是最近完成的一項臨床試驗,其中在復(fù)發(fā)或難治性B細(xì)胞淋巴瘤患者中檢測表達(dá)IL-7和CCL19的CD19+CART細(xì)胞,但結(jié)果尚未報道。目前正在招募另外兩項臨床試驗,以檢測表達(dá)IL-7的CAR-T細(xì)胞與PD-1阻斷劑或其他細(xì)胞因子的分泌相結(jié)合。

聯(lián)合檢查點(diǎn)阻斷療法

通過抑制檢查點(diǎn)信號減少耗竭的策略包括通過shRNA表達(dá)載體或CRISPR/Cas9敲除共抑制分子。許多研究報告,阻斷檢查點(diǎn)抑制可恢復(fù)細(xì)胞因子的產(chǎn)生并促進(jìn)CAR-T細(xì)胞存活。此外,同時阻斷多個免疫檢查點(diǎn),如PD-1、TIM-3和LAG-3,可協(xié)同增加CAR-T細(xì)胞的效應(yīng)器功能。

將CAR-T細(xì)胞與免疫檢查點(diǎn)阻斷療法相結(jié)合可能是增強(qiáng)抗腫瘤活性、持久性和記憶細(xì)胞形成的有效策略。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和乳腺癌細(xì)胞系中,抗PD-1抗體增強(qiáng)了抗HER2 CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性。然而,一些臨床試驗報告,在使用PD-1抑制劑和抗GD2 CAR-T細(xì)胞聯(lián)合治療神經(jīng)母細(xì)胞瘤患者后,結(jié)果為陰性。

此外,一些研究已經(jīng)采用其他策略來阻斷PD-1,例如基因編輯以使CAR-T細(xì)胞分泌PD-1阻斷抗體或下調(diào)PD-1。

使用干性T細(xì)胞

效應(yīng)T細(xì)胞最初被認(rèn)為是ACT的最佳產(chǎn)品,因為它們具有殺死腫瘤細(xì)胞的功效。然而,它們的持久性有限,并且擴(kuò)增能力很差,很容易發(fā)生耗竭。

TSCM由于其壽命長、自我更新能力強(qiáng)以及在不同T細(xì)胞群中的分化能力,是ACT的理想候選。臨床研究表明,輸注表型和功能性TSCM樣CAR-T細(xì)胞(CD62L+、CD28+和CD27+)可產(chǎn)生良好的結(jié)果。例如,使用抗CD-19 CAR-T細(xì)胞治療的CLL和多發(fā)性骨髓瘤患者顯示出與CD27+CD45RO?CD8細(xì)胞群相關(guān)的良好反應(yīng)。此外,對小鼠的研究表明,注入富含CD62L+的T細(xì)胞群可增加擴(kuò)增和持久性,從而導(dǎo)致持久的腫瘤消退。

小結(jié)

盡管在過去十年中CAR-T細(xì)胞治療取得了顯著進(jìn)展,然而CAR-T細(xì)胞在患者體內(nèi)的有限持久性依然是一個挑戰(zhàn),主要原因是T細(xì)胞耗竭。通過對CAR結(jié)構(gòu)設(shè)計,改變生產(chǎn)條件,或引入新的治療方法,我們可能創(chuàng)造抗耗竭的工程化T細(xì)胞,從而進(jìn)一步擴(kuò)大CAR-T細(xì)胞的臨床應(yīng)用。盡管迄今為止的結(jié)果仍然有限,但可能性是無窮的,突破可能即將到來。

參考文獻(xiàn):

1．Improving CAR T-Cell Persistence． Int J MolSci． 2021 Oct; 22(19): 10828．