攻克实体瘤,搭建通往CAR-T成功的桥梁


 
 

使用嵌合抗原受体(CAR)工程T细胞的免疫疗法近年来表现出巨大的潜力,特别是在治疗难治性B细胞和浆细胞衍生癌症方面。

 

受此推动,细胞疗法现已成为免疫肿瘤学领域药物开发的主要领域,而CAR-T细胞免疫疗法则处于这一进展的前沿。不过,非血液恶性肿瘤占所有恶性诊断的90%,却始终难见相关细胞疗法取得重大突破。

 

近期,Clinical and Translational Discovery刊登了一篇综述,分析了基于CAR的干预措施成功治疗实肿瘤的主要挑战。总的来说,存在四方面的挑战,即靶点选择、将CAR工程细胞转运到肿瘤部位、克服在肿瘤微环境中运作的免疫效应器功能的物理、化学和生物障碍,以及选择CAR工程的最佳宿主细胞。

 

 

研究人员还介绍了一系列临床前技术。虽然临床进展缓慢,但细胞工程和制造方面的持续进展,加上一些补充性干预措施出现,预示着实体瘤CAR-T细胞免疫疗法的成功未来。

 

 

 
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选择的靶点

 

 

靶点选择是首要考虑的问题。

 

在血液瘤中,科学家可以采取“谱系消融”策略,即以恶性和正常细胞类型共享的细胞表面分子为目标,接受正常B淋巴细胞的损失可以用免疫球蛋白替代疗法来抵消。

 

然而,不幸的是,这种类型的方法一般不能在实体瘤患者中安全进行。在实体瘤CAR研究中,科学家已经探索了近100个候选靶点。其中,有30个已在临床试验中进行评估,指示了经常出现靶点外的肿瘤毒性。另一个相关的困难是靶点表达的异质性,引起出现导致治疗失败的抗原丢失。

 

为了克服这些问题,需要考虑更复杂的靶向策略。一种方法是,让通常在癌症中失调的配体家族参与进来,如8个NKG2D配体。这些配体在细胞应激事件中被上调,例如在转化细胞中非常普遍的DNA损伤。

 

据估计,至少有80%的人类癌症表达这些配体。此外,在一个肿瘤中通常会检测到多种NKG2D配体的共同表达。使用含有NKG2D的CARs靶向这个家族,具有双重优势,即抗原丢失的风险最小化,同时利用进化优化的配体受体相互作用获得治疗益处。NKG2D配体靶向的CAR-T细胞,在晚期恶性肿瘤患者体内发现的浓度下,不会受到可溶性NKG2D配体的抑制。

 

另一种策略,需要使用分裂的嵌合受体,在接触两个或多个肿瘤靶点时提供互补的信号。

 

这种双受体策略的一个特殊优势是,CAR-T细胞与肿瘤细胞的对接是由受体-配体的相互作用驱动的,从而产生一种亲和力效应,可以增强靶标抗原的敏感性。

 

最近,该平台已经被改进,使用所谓的平行(p)CAR来传递激活和双重共刺激信号,这种方法由五个独立的研究小组描述。pCAR方法不仅提供了一种逻辑门控策略,以确保更精确的癌症靶向,而且它还提供了协同的双重共刺激,最大限度地减少了消耗,有利于功能性CAR-T细胞的持久存在。

 

还有一种实现肿瘤精确靶向的优雅策略,涉及合成(syn)Notch受体,通过synNotch对肿瘤相关靶点的参与,触发第二个CAR的转录上调。

 

借由这种方式,特异性取决于两个靶标在肿瘤微环境(TME)中的共同定位。或者,可以通过设计缺氧感应CARs来利用肿瘤含有异常血管的倾向,其中CAR细胞表面表达取决于进入缺氧的TME。

 

此外,可以使用针对血管内皮生长因子受体、前列腺特异性膜抗原、CLEC14、整合素(如αvβ3)或细胞外基质成分(如纤维连接蛋白带有额外结构域B,或纤维连接蛋白带有额外结构域A)的CAR来靶向异常的肿瘤血管。

 

SUPRA CAR提供了另一种灵活的方法,其中,通用CAR与互补的含亮氨酸拉链的zipFv蛋白相结合。该系统允许组合抗原检测以及药物控制的CAR功能抑制,尽管代价是需要给予两种或更多治疗药物。

 

为了获得细胞内抗原,科学家已经尝试特异性新抗原CAR。这些CAR通常受人类白细胞抗原(HLA)限制,因此需要与患者HLA抗原状态匹配,并且肿瘤细胞需要保持HLA抗原表达。

 

 

 
2
 
CAR-T细胞转运

 

 

CAR-T细胞向肿瘤的转运是第二个重要障碍。

 

虽然静脉注射的CAR-T细胞可以直接接触到血液瘤中的恶性细胞,但它们必须离开血液并进入不同的组织,才能进入实体肿瘤组织。影像学研究表明,当人体内发生肿瘤转移时,CAR-T细胞可能会在肿瘤损伤的周围积聚,但未能充分渗透到肿瘤核心。

 

肿瘤内CAR-T细胞给药是克服这一问题的途径之一,并可能在影响中枢神经系统的恶性肿瘤中找到特别的应用。

 

另外,趋化因子受体可以与CAR共同表达,以利用肿瘤衍生的趋化因子,这种方法不仅可以提高疗效,还可以提高临床前模型的安全性。

 

第三种增加CAR-T细胞招募到实体瘤的策略,包括放射治疗或免疫原性化疗(如奥沙利铂),有助于在TME内释放趋化因子。

 

另一种促进CAR-T细胞在TME内浸润的方法是共同表达基质破坏酶,如肝素酶,或使用化疗(如纳布紫杉醇)或第二种CAR-T细胞群(如对成纤维细胞活化蛋白的特异性)靶向基质细胞。

 

 

 

3
 
解决TME问题

 

 

实体瘤微环境(TME)是CAR-T细胞的最终战场,它对抗肿瘤免疫提出了物理、化学和生物障碍。实体肿瘤内的高间质压力,往往会阻碍药物输送,CAR-T细胞也概莫能外。

 

然而,纳米粒子白蛋白结合型(nab)紫杉醇可以利用增强的渗透性和保留效应,来改善药物输送到肿瘤部位,消除与癌相关的成纤维细胞并重塑基质胶原含量。考虑到这一点,nab紫杉醇已被纳入一些CAR-T细胞临床试验中使用的调理方案中。

 

还有大量的CAR-T细胞装甲技术可用于调节TME,包括白介素(IL)-12或IL-18等细胞因子,尽管需要考虑它们具有促炎特性相关的毒性。或者,可以使用溶瘤病毒来逆转TME的免疫抑制性质,使其更有利于CAR-T细胞。

 

最近,在TME内合成Notch T细胞工程产生IL-2,在支持CAR-T细胞免疫治疗方面取得非常令人印象深刻的临床前效果,科学家急切期待这种方法的临床试验。

 

对实体瘤疗效的另一个重要障碍是CAR-T细胞衰竭。暴露于高抗原负担、TME内的抑制性因素以及CARs本身的强直信号,都会加剧这种情况。已有一些策略被提出来以尽量减少耗竭。

 

例如,强直信号可以通过减少或调节,而不是构成性的CAR表达来减少。后者能通过将CAR编码的cDNA插入T细胞受体α基因座,或在synNotch受体的转录控制下实现。CAR的表达可以通过药物调节,从而减少强直信号,并允许快速终止CAR介导的毒性。

 

另一种减少衰竭的方法,是在较短的时间内扩增细胞产品,或在有化学药剂存在的情况下,将CAR-T细胞维持在分化程度较低的适合状态(如达沙尼或p38 MAP激酶抑制剂)

 

CAR的信号属性对于优化细胞产品的适应性也很重要。为了说明这一点,提供一个校准的激活信号或优化的联合刺激,都能减少在面对重复抗原暴露时的衰竭。在TME中起作用的抑制性免疫检查点可能被禁用,例如通过共同表达PD-1特异性scFv、针对免疫检查点(如PD-1、LAG-3和TIM3或腺苷2A受体)的shRNA,或在CAR工程细胞中表达精氨酸合成酶。

 

显性阴性转化生长因子(TGF)-β受体也被共同表达在CAR-T细胞中,以有效阻断这种细胞因子的免疫抑制作用。然而,一项采用这种技术的临床试验因两名患者死亡而提前终止,这引起了人们对这种方法的警惕。

 

最近的证据还表明,表观遗传程序与诱导CAR-T细胞衰竭有关,这一过程可以通过DNA甲基转移酶3的基因编辑或地西他滨治疗来逆转。

 

衰竭也可以通过强制表达一些转录因子(如TCF1、c-JUN)或敲除其他转录因子(如GATA3、转录因子转导样增强器的分裂4[TLE4]、Ikaros家族锌指蛋白2[IKLF2]、TOX、ARID1A或NR4A转录因子)进行调节。在选择最后一种方法时,需要从安全角度仔细考虑转录因子网络整体失调的后果。

 

另一个问题是强直性信号,特别是基于scFv的CARs,它促进了T细胞衰竭和治疗失败。这可以通过一些策略来缓解,如使用CRISPR-Cas9基因编辑对T细胞受体α位点进行靶向基因传递。CRISPR-Cas9也可用于快速筛选大型CAR-T细胞库,从而为实体瘤免疫治疗选择优良结构。

 

 

 

4
 
宿主细胞类型

 

 

虽然使用CAR表达的αβ T细胞已经取得了最大的成功,但最近人们对使用替代细胞宿主的兴趣越来越大。

 

外周血中δ2亚型的γδT细胞具有内在的抗肿瘤免疫力,在有TGF-β的情况下,通过简单的扩增,可以进一步提高免疫力。另外,δ1亚型γδT细胞和不变的自然杀伤(NK)T细胞也具有抗肿瘤活性,并且可以从外周血中高效扩增。

 

NK细胞是另一种选择,使用脐带衍生的CAR NK细胞进行CD19靶向治疗,已经有令人鼓舞的临床数据。

 

巨噬细胞是另一种潜在的宿主细胞,它对实体瘤表现出特别的倾向性,临床前数据也支持它们作为CAR宿主的效用。

 

所有这些形式在异体环境中都具有潜在的效用,尽管这些平台在实体肿瘤领域的临床疗效数据仍有待实现。

 

 

— 小结  

 

毫无疑问,CAR-T细胞免疫疗法对实体瘤的治疗远远落后于血液瘤。目前,全球已经有8款CAR-T获批,掀起了血液瘤治疗范式的变革。

 

相信在不久的将来,细胞的先进工程、组合治疗方法的部署和制造技术的进步等推动下,科学家最终开发出成功的实体瘤CAR-T细胞药物。

 

 

参考文献:
1.Solid tumours: Building bridges to CAR-T success;Clinical and Translational Discovery

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