CAR-T 技术详解
概念解析
CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy )即嵌合抗原受体T细胞免疫疗法[1]。这是一个出现了很多年，但是近几年才被改良使用到临床上的新型细胞疗法。在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治疗上有着显著的疗效，被认为是目前最有前景的恶性肿瘤治疗方式之一。
从2010年开始CAR-T技术做第一次临床实验至2017年，制药巨头诺华的 Kymriah成为美国FDA批准上市的首个CAR-T疗法。该疗法用于治疗儿童和年轻成人（2~25岁）的急性淋巴细胞白血病（ALL）。
之后不久，FDA又宣布批准吉利德旗下凯特的CAR-T疗法Yescarta上市，Yescarta成为FDA批准的第二款CAR-T疗法，主要用于治疗复发或难治性儿童和年轻成人B细胞急性淋巴细胞白血病的治疗[2]。和其它免疫疗法类似，它的基本原理就是利用病人自身的免疫细胞来清除癌细胞，但是不同的是，这是一种细胞疗法而非药物疗法。
正如所有的技术一样，CAR-T技术也经历了一个漫长的演化过程，正是经过这一路的摸爬滚打，CAR-T技术才能逐渐走向成熟。
CAR-T演化过程
到目前为止已经设计了五代CAR-T细胞（图2）。每一代的产生就像是游戏里的打怪升级，一段更比一段高，一代更比一代强。
第一代青铜段位：利用CD3ζ细胞内信号传导结构域（第一信号）激活第一代CAR中的T细胞。然而，这些CAR不能产生足够的IL-2，并且具有有限的活化，扩增和体内抗肿瘤作用。
第二代白银段位：通过添加具有细胞内共刺激信号传导结构域的共刺激分子产生第二代CAR，例如CD28，CD137（4-1BB），CD134（OX40），CD27，ICOS和CD244。与第一代相比，第二代CAR产生的IL-2多20倍，并能够在体内使靶细胞实行持续的增殖和杀伤作用。
第三代黄金段位：第三代CAR通过添加两种或更多的具有细胞内共刺激信号传导结构域的共刺激分子而产生。因此，分泌更多的细胞因子时，体外的杀伤能力增强。然而这在临床上并没有取得更好的结果。
第四代铂金段位：CAR被称为T细胞重定向通用杀伤细胞因子(或称CAR)，是通过添加一系列细胞因子(如IL-12)来生产的，这些细胞因子可以通过局部释放细胞因子来调节微环境并招募免疫效应细胞来杀伤肿瘤。
第五代钻石段位：第五代CAR-T同样基于第二代，添加了激活其它信号通路的共刺激结构域，比如IL2-2Rβ胞内结合SAAT3/5的结构域。
这一代又一代各种不同的结构设计，赋予了CAR-T细胞疗法无限的生机和未来。虽然目前只升级到了五代钻石，但相信不久还会有六代星耀、七代王者……我们翘首以待。
Figure 2.Structure of different chimeric antigen receptor (CAR) generations. a The core structure of a CAR, highlighting the major components of the extracellular domain, the transmembrane domain and the intracellular domain (endodomain). b Evolution of the development of CARs from the first generation, which contained only ITAM motifs in the intracellular domain. Second-generation CARs included one co-stimulatory molecule (CM)1，and third-generation CARs contained a second CM. The fourth generation of CARs was based on second-generation CARs (containing 1–3 ITAMs) paired with a constitutively or inducibly expressed chemokine (e.g. IL-12). These T cells are also referred to as T cell redirected for universal cytokine-mediated killing (TRUCKs). The fifth, or ‘next generation’, is also based on the second generation of CARs, with the addition of intracellular domains of cytokine receptors (e.g. IL-2Rβ chain fragment). ITAM immunoreceptor tyrosine-based activation motifs, CD co-stimulatory domain, IL-12 activation of interleukin 12 transcription, IL-2Rβ truncated intracellular interleukin 2β chain receptor with a STAT3/5 binding motif [3].
CAR-T的副作用
俗话说“是药三分毒”,CAR-T当然也不能例外。2006 年德国 TeGenero 公司的抗 CD28 单克隆抗体 TGN1412 进行了药物Ⅰ期临床试验，受试者共 8 人，其中 2 人注射安慰剂，6 人注射真正药物，不到半小时，6 名新药受试者全部出现了呼吸困难、心悸、全身肿胀等症状的严重不良反应，被送至重症监护室，所幸未有人员死亡 。后经查这些不良反应的出现是由于T细胞在体内大量扩增，从而导致高浓度的不受控制的细胞因子释放而产生的。这种现象被称为细胞因子释放综合征（cytokine release syndrome,CRS），也称为细胞因子风暴。尽管之后Kymriah 、 Yescarta的上市给众多病患带来了治愈的希望，然而，与 TGN1412 相同的是，CAR-T 治疗也会引起 CRS 这一不容忽视的副作用。
图3.细胞因子风暴[4]
现在，我们已经了解了CAR-T的基础小知识，那它到底是怎么应用到治疗上的呢？
CAR-T治疗流程
一个典型的CAR-T治疗流程，主要分为以下五个步骤[5]。
第一步(分离)：从癌症病人身上分离免疫T细胞。
第二步(修饰)：用基因工程技术给T细胞加入一个能识别肿瘤细胞并且同时激活T细胞的嵌合抗体，也即制备CAR-T细胞。
第三步(扩增)：体外培养，大量扩增CAR-T细胞。一般一个病人需要几十亿，乃至上百亿个CAR-T细胞（体型越大，需要细胞越多）。
第四步(回输)：把扩增好的CAR-T细胞回输到病人体内。
第五步(监控)：严密监护病人，尤其是控制前几天身体的剧烈反应。
整个疗程持续3个星期左右，其中细胞“提取-修饰-扩增”需要约2个星期，花费时间较长。
图4.CAR-T治疗流程[6]
未来展望
CAR-T细胞疗法是一个非常有前景的研究领域，代表着利用工程化T细胞进行癌症治疗的新时代的开始，对未来治疗所有疾病都具有无限的潜力。虽然它已经在临床研究中显示出其令人印象深刻的效果，但仍有许多障碍阻碍着其广泛的应用，包括制造CAR-T细胞所需的复杂基因技术，肿瘤逃逸，毒性管理不足，疾病复发相对较快，缺乏持久性，以及标准化CAR-T细胞治疗的必要性等[7]。来自MIT和波士顿大学的科学家们开发出了一种通用型CAR-T细胞系统——SUPRA CAR系统，同时包含了多方面的升级，例如在不对T细胞再次重编程的情况下切换靶标，T细胞激活程度完全可控，可感知多种抗原并做出逻辑性响应等。这些特点可以用于对抗肿瘤复发，消除过度激活并增强CAR-T细胞疗法的特异性，这将是未来发展的一个方向[8]。目前我们只看到了冰山一角，许多关键问题尚未得到解答。但问题终将被解答，CAR-T终将造福人类。
