CAR_T细胞免疫疗法研究进展

CAR-T细胞免疫疗法的研

究进展

浙江理工大学

任嘉锋自动化（2）班

学号：2013330301070

指导老师：解纯刚

CAR-T细胞免疫疗法的研究进展

任嘉锋2013330301070

浙江理工大学机械与自动控制学院自动化2班,杭州

摘要:嵌合抗原受体修饰T细胞（CAR-T细胞）技术是近年来发展非常迅速的一种过继性免疫治疗技术。这里的CAR指的就是嵌合抗原受体,由胞外抗原结合域scFv、跨膜结构域和胞内信号传导结构域组成。其通过基因修改技术，将能识别肿瘤相关抗原的抗体融合表达于自体T细胞的表面，被修改过的T细胞因此具有对肿瘤细胞的靶向杀伤力。从该技术被发明以来，CAR的设计已从仅包含单一CD3ζ信号传递结构域的第一代CAR 发展为加入了CD28 和CD137（4-1BB）等共刺激分子信号传递结构域的第二和第三代CAR。其中，针对CD19 的CAR-T 细胞在治疗血液肿瘤中取得的成果尤为引人瞩目，同时CAR-T 细胞在针对实体瘤的治疗方面也取得了一定的成绩,但该技术同时也存在脱靶效应和细胞因子释放综合征等临床应用风险。这里就CAR-T细胞免疫疗法的原理和在肿瘤的临床治疗领域的研究进展作综述性的阐述.

关键词:CAR-T细胞;免疫疗法;基因技术;肿瘤治疗

1.CAR-T细胞疗法的原理

采用嵌合抗原受体(chimeric antigen receptors，CARs)修饰的T细胞CAR-T 细胞治疗肿瘤的方法是近年来发展最快的一种肿瘤免疫新疗法。T细胞对肿瘤细胞具有很强的杀伤作用,在肿瘤免疫应答中起主要作用.但是肿瘤细胞表面的MHC(主要组织相容性复合物)在免疫编辑的过程中会出现表达下降的情况,这样长期形成的免疫逃逸机制, 能使肿瘤细胞成功躲避T细胞攻击, 肿瘤快速增殖。此外, 人体内肿瘤特异性的T细胞数量较少, 并且由于大多数肿瘤细胞不断表达自体抗原, 使得靶向这些抗原的T细胞通过免疫耐受机制被中和或移除, 数量进一步减少。

而CAR的修饰可使T细胞在获得靶向杀伤能力的同时获得更强的增殖及抗凋亡的能力，其肿瘤杀伤作用的发挥也不会受到主要组织相容性复合体(MHC)的

限制。目前, 大多数嵌合抗原受体由胞外抗原结合区[由来源于单克隆抗体的轻链(VL)和重链(VH)组成, 中间由带韧性的铰链区连接形成单链抗体、跨膜区域和胞内信号转导区组成。

通过将识别肿瘤相关抗原的scFv和胞内信号域”免疫受体酪氨酸活化基序”在体外进行基因重组, 生成重组质粒, 再在体外通过转染技术转染到患者的T细胞, 使患者T细胞表达肿瘤抗原受体,转染后经过纯化和大规模扩增后的T细胞, 称之为嵌合抗原受体T细胞(CAR-T细胞)。CAR-T细胞在体内、外都具有对特定肿瘤抗原高度亲和性及对抗原负载细胞高效杀伤特性。近年来, CAR修饰T细胞技术在白血病、淋巴瘤、黑色素瘤、脑胶质瘤等恶性肿瘤治疗中均显示出良好的抗肿瘤效应。

目前，瑞士诺华(Novartis)集团与美国宾夕法尼亚大学共同开发的，一种针对治疗CD19 表达阳性的血液肿瘤的商品化CAR-T 细胞（CTL019）已经进入Ⅱ期临床试验阶段，并获得了美国食品药品监督管理局(FDA)正式授予的“突破性疗法”认证，使CAR-T 细胞技术在向临床广泛应用的道路上又前进了一步。

2.发展历史

1989 年，Gross 及其团队第一次提出了“嵌合受体”的概念，他们将T 细胞受体的可变区用单链抗体替代，由此得到了具有抗原靶向性的T 细胞，经改造后的T 细胞不再具有MHC 的限制性，上述嵌合受体的形式已经基本形成了第一代CAR-T 细胞的雏形，该类T 细胞基本解决了由于肿瘤细胞MHC Ⅰ丢失而产生的免疫逃逸问题。随后，在上述“嵌合受体”的设计基础上，第一代CAR 的结构基本确立——由能够特异性识别某个肿瘤相关抗原的scFv与T 细胞内信号传递结构域CD3ζ或是FcRγ进行组合。目前，第一代CAR-T 细胞技术已在淋巴瘤、鼻咽癌、卵巢癌及肾癌中进行了初步的临床试验，由于其在体内的存活时间并不理想，从而影响了最终的临床效果。众所周知，T细胞的完全激活需要来自TCR与呈递了抗原的MHC复合物结合所传递的第一信号，以及来自于共刺激分子受体与其配体结合后传递的第二信号，而肿瘤细胞表面常常不表达这些共刺激分子的配体，从而导致一代CAR-T 细胞缺少必要的共刺激信号，表现为失能

（anergy）及体内扩增不良。因此，为了保证CAR-T 细胞能够完全激活，第二代及第三代CAR-T 细胞引入了一个或两个共刺激信号的细胞内信号传递结构域。共刺激信号传递结构域的加入，赋予了CAR-T 细胞更强的增殖及抗凋亡能力，其细胞因子的分泌水平及细胞毒性同时也有所增强。

由于肿瘤是一种混合性的细胞群体，而CAR-T 细胞无法对这一群体中那些细胞表面不表达靶抗原的细胞进行杀伤。为了能彻底清除肿瘤细胞,Chmielewski 等设计了“第四代”CAR-T 细胞——TRUCKs（T cells redirectedfor universal cytokine killing）；这种被改造后的T 细胞可以在CAR 识别靶抗原后，通过激活下游转录因子NFAT（nuclear factor activated T cells）来诱导表达促炎性细胞因子白细胞介素-12（interleukin-12，IL-12），从而招募环境中的其他免疫细胞（树突状细胞、吞噬细胞和自然杀伤细胞等）参与对不表达靶抗原的肿瘤细胞的清除。此外，被募集在肿瘤附近的免疫细胞还可以通过分泌某些细胞因子（如干扰素-γ、肿瘤坏死因子-α、IL-4 和IL-5 等）来调节肿瘤附近的微环境，解除其免疫抑制性，通过调动机体自身免疫力参与对肿瘤的杀伤.

图1 4代CAR结构示意图

CAR-T细胞的过继免疫治疗在2013年取得了突破性的进展。靶向CD19的CAR-T细胞在经过了多年的发展后，技术日益成熟。在针对急慢性粒系白血病的治疗中，过继回输的能够在体内大量扩增（约1000倍）并有效杀伤肿瘤细胞,最终获得对肿瘤的治愈疗效。同时，针对如黑色素瘤等实体肿第九届全国免疫学学术大会瘤的临床试验也取得了显著的疗效。