吹響CAR-T小車沖鋒的號(hào)角 | 腫瘤免疫前沿進(jìn)展
pixabay.com
撰文 | 黃宇翔
責(zé)編 | 夏志堅(jiān)
● ● ●
1面對(duì)實(shí)體瘤，CAR-T一籌莫展
腫瘤免疫療法，即通過調(diào)動(dòng)免疫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的清除，是當(dāng)代癌癥生物學(xué)最令人激動(dòng)的突破進(jìn)展之一。說到腫瘤免疫領(lǐng)域大名鼎鼎的兩大療法，其一是在2018年剛剛獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的免疫檢查點(diǎn)抑制劑，另一個(gè)則是嵌合抗原受體T細(xì)胞免疫療法（簡稱CAR-T療法）。[2, 3]
我們身體里的T細(xì)胞是可以消滅癌細(xì)胞的“特種部隊(duì)”。然而，狡猾的癌細(xì)胞往往可以通過巧妙的偽裝（如下調(diào)MHC復(fù)合物、腫瘤抗原表達(dá)等）逃過T細(xì)胞追殺。于是研究者通過基因工程的方法在癌癥病人的T細(xì)胞中表達(dá)能夠特異性識(shí)別出癌細(xì)胞的嵌合抗原受體（簡稱CAR），就如同給T細(xì)胞的部隊(duì)安裝了能夠特異性靶向癌細(xì)胞的“制導(dǎo)系統(tǒng)”，從而使其能更高效地清除癌細(xì)胞。這便是CAR-T療法的基本原理。
盡管CAR-T療法已經(jīng)在屬于液體瘤的白血病中取得了非凡的成績，但對(duì)于乳腺癌、腦癌等實(shí)體瘤，大部分時(shí)候仍鞭長莫及——相比于在血液中四處游蕩的血癌細(xì)胞，實(shí)體瘤細(xì)胞扎根在CAR-T細(xì)胞難以進(jìn)入的組織深處，并且在其周圍營造出了具有高度免疫抑制性的腫瘤微環(huán)境。[3]
即便是沖進(jìn)了實(shí)體瘤的虎穴龍?zhí)叮珻AR-T 細(xì)胞在 PD-L1 分子和腫瘤微環(huán)境內(nèi)眾多抑制性細(xì)胞因子的重重夾擊下往往還沒有見到癌細(xì)胞的影子就已經(jīng)精疲力竭，難以威脅到實(shí)體腫瘤細(xì)胞的一根毫毛。[4]
如何改造 CAR-T 療法才能攻克實(shí)體瘤建立的重重堡壘的防線呢？
有研究者提出，可以敲除 CAR-T 細(xì)胞中的 PD-1受體，這樣一來即使在執(zhí)行清除腫瘤細(xì)胞任務(wù)時(shí)身處含有 PD-L1分子等抑制性細(xì)胞因子的環(huán)境中，CAR-T 細(xì)胞依然可以抖擻精神，奮勇殺敵。但緊跟著問題來了，不再受抑制性信號(hào)控制的 CAR-T 細(xì)胞一旦發(fā)生了癌變，后果就更加不堪設(shè)想。[5]
也有研究者提出，可以聯(lián)用腫瘤免疫的“絕代雙驕”，這種強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的策略被領(lǐng)域內(nèi)很多專家所看好。然而，縱使免疫檢查點(diǎn)抑制劑和 CAR-T 療法雙劍合璧，仍面臨無法將足夠數(shù)量的CAR-T 細(xì)胞送到實(shí)體瘤位置的挑戰(zhàn)。[6, 7]
如何才能讓 CAR-T 療法在實(shí)體瘤中像液體瘤中那樣大放異彩，是擺在腫瘤學(xué)家們面前的一道難題。
2設(shè)計(jì)巧妙的分子佐劑
麻省理工學(xué)院達(dá)雷爾·歐文團(tuán)隊(duì)在2014年開發(fā)出能特異性靶向淋巴結(jié)的分子佐劑，這種方法利用白蛋白 (albumin) 在淋巴結(jié)中富集的性質(zhì)，在分子佐劑中融合了可以結(jié)合白蛋白的結(jié)構(gòu)域，使得包含有能調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)活性成分的分子佐劑能搭上白蛋白的“順風(fēng)車”進(jìn)入淋巴結(jié)，發(fā)揮其免疫調(diào)控功能。[8]
此外，CAR-T 研究者已經(jīng)知曉，CAR-T 細(xì)胞在通過靜脈注射進(jìn)入體內(nèi)后，會(huì)隨著循環(huán)系統(tǒng)四處“巡邏”。CAR-T 細(xì)胞在經(jīng)過腫瘤病灶附近時(shí)，一旦檢測(cè)到腫瘤抗原，就會(huì)停下腳步進(jìn)入病灶執(zhí)行清除腫瘤的任務(wù)。而大部分沒有檢測(cè)到腫瘤抗原的 CAR-T 則會(huì)回到各個(gè)淋巴結(jié)的大本營集結(jié)待命。
在2017年加入達(dá)雷爾·歐文團(tuán)隊(duì)的馬樂園博士也深為 CAR-T 細(xì)胞應(yīng)用于實(shí)體瘤中所遇的困境感到憂慮。在了解 CAR-T 集中在淋巴結(jié)待命的這一事實(shí)后，一個(gè)簡單的想法跳進(jìn)他的腦海：如果能人為地向 CAR-T 細(xì)胞駐扎的“大本營”（即各個(gè)淋巴結(jié)）輸送一些模仿腫瘤抗原的分子，是不是就能夠動(dòng)員起更多的 CAR-T 細(xì)胞擴(kuò)增活化，進(jìn)而離開淋巴結(jié)隨著循環(huán)系統(tǒng)四處巡邏呢？如果在血液中巡邏的 CAR-T 細(xì)胞數(shù)目增加了，是不是會(huì)有更多的 CAR-T 細(xì)胞有機(jī)會(huì)浸潤到實(shí)體瘤組織中，奪取抗癌斗爭的勝利呢？
再聯(lián)想到歐文團(tuán)隊(duì)此前的研究，馬樂園博士的靈感就來了：如果在分子佐劑中加入腫瘤抗原的成分，先讓其搭著白蛋白的順風(fēng)車來到淋巴結(jié)，進(jìn)而憑借其物理化學(xué)特性插到一些可以與CAR-T 細(xì)胞結(jié)合的細(xì)胞的細(xì)胞膜上（主要是抗原遞呈細(xì)胞，簡稱APC細(xì)胞），不就可以將大本營待命的大量 CAR-T 細(xì)胞激活送往前線抗擊腫瘤了嗎？
圖1 如果能設(shè)計(jì)出一種靶向淋巴結(jié)“大本營”的分子佐劑，是不是能夠動(dòng)員更多的CAR-T細(xì)胞奔赴抗癌戰(zhàn)場(chǎng)的前線呢？圖中長著紅色圓腦袋和兩條細(xì)長腿的那個(gè)分子就是馬博士設(shè)想的分子佐劑“傳令官”理想中的樣子。來源：Ma et al., (2019) Science
于是，一個(gè)用于增強(qiáng) CAR-T 抗腫瘤性能的分子佐劑的結(jié)構(gòu)框架躍然紙上：圖2中左側(cè)兩條長長的脂肪酸鏈借鑒了歐文團(tuán)隊(duì)2014年發(fā)表的設(shè)計(jì)，脂肪酸鏈能夠牢牢結(jié)合駛向淋巴結(jié)區(qū)域的白蛋白“高速列車”，是一張通向淋巴結(jié)的“順風(fēng)車車票”；中間的聚乙二醇能增加其在血液中的溶解性；右側(cè)的基團(tuán)插在 APC 細(xì)胞膜上后可以激活 CAR-T 擴(kuò)增，促使 CAR-T 離開淋巴結(jié)去殺傷癌細(xì)胞。
這個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的分子佐劑究竟能不能在實(shí)體瘤的攻堅(jiān)戰(zhàn)中助 CAR-T 戰(zhàn)車一臂之力呢？
圖2 分子佐劑“傳令官”的廬山真面目：左側(cè)兩條長腿可以結(jié)合白蛋白，是搭上前往淋巴結(jié)大本營的“上車憑證”；中間的聚乙二醇可以增強(qiáng)分子佐劑的溶解性；右側(cè)的基團(tuán)是傳令官到達(dá)大本營后被CAR-T駐扎部隊(duì)識(shí)別傳達(dá)“活化”命令的虎符軍令。來源：Ma et al., (2019) Science
3動(dòng)物模型：初戰(zhàn)告捷
在分子佐劑在體外實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出能夠促進(jìn) CAR-T 細(xì)胞擴(kuò)增和具有更高靶細(xì)胞殺傷力的性質(zhì)之后，馬樂園博士和他的同事們對(duì)分子佐劑在體內(nèi)的表現(xiàn)充滿了期待。
他們關(guān)心的第一個(gè)問題是，分子佐劑在體內(nèi)是否能像他們預(yù)想的那樣促進(jìn) CAR-T 細(xì)胞的擴(kuò)增呢？
實(shí)驗(yàn)的結(jié)果沒有讓研究者失望：分子佐劑的引入顯著提升了外周血（即不包括骨髓的血液）中T細(xì)胞的數(shù)量。
圖3 分子佐劑在體內(nèi)能活化CAR-T細(xì)胞增殖，提升外周血中殺傷性T細(xì)胞的數(shù)目。比較圖中的綠線和藍(lán)線在第一次注射疫苗后的第14天，可以看到添加分子佐劑能使得外周血中殺傷性T細(xì)胞的數(shù)目達(dá)到了不加分子佐劑時(shí)注射高200倍CAR-T細(xì)胞所能達(dá)到的效果。來源：Ma et al., (2019) Science
為了檢驗(yàn)分子佐劑是否可以增強(qiáng) CAR-T 細(xì)胞清除腫瘤的能力，研究者們?cè)谝环N小鼠腦瘤模型中觀察到分子佐劑能顯著增加腫瘤中的 CAR-T 細(xì)胞數(shù)目、更有效地抑制腫瘤的增長、延長腦瘤模型小鼠的存活時(shí)間。
分子佐劑在動(dòng)物模型中的實(shí)驗(yàn)，首戰(zhàn)告捷。
圖4 分子佐劑在動(dòng)物模型中初戰(zhàn)告捷：圖A顯示分子佐劑的加入顯著增加了腫瘤中CAR-T的數(shù)目；圖B顯示分子佐劑能幫助CAR-T細(xì)胞對(duì)腫瘤增長產(chǎn)生更強(qiáng)的抑制效果；圖C顯示分子佐劑助力CAR-T細(xì)胞更好地延長帶瘤小鼠的生存時(shí)期。來源：Ma et al., (2019) Science
4長夜漫漫，未來可期
CAR-T 治療的領(lǐng)軍人物、賓夕法尼亞大學(xué)腫瘤免疫中心 Carl June 教授在評(píng)論這項(xiàng)研究時(shí)寫道：“馬樂園博士等人的研究一大創(chuàng)新之處在于他們表明 CAR 分子的作用不止于識(shí)別、殺傷癌細(xì)胞，還可能可以起到增強(qiáng) CAR-T 活性的功能?！?/span>[9]
“這項(xiàng)技術(shù)推向臨床指日可待，因?yàn)槲覀冎恍枰鶕?jù)靶點(diǎn)對(duì)分子佐劑進(jìn)行調(diào)整，而無需變動(dòng)CAR-T 細(xì)胞本身。我樂觀地估計(jì)在未來1-2年內(nèi)分子佐劑在 CAR-T 治療的促進(jìn)效果將會(huì)在病人中得到檢驗(yàn)?！边_(dá)雷爾·歐文教授在接受《麻省理工學(xué)院新聞》采訪時(shí)說。[10]
盡管，關(guān)于分子佐劑是否在異種腫瘤移植實(shí)驗(yàn)中依然有效、促進(jìn) CAR-T 殺傷效果能否延伸到更多腫瘤類型等問題的闡明還有待更多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)檢驗(yàn)；
盡管，人們對(duì)分子佐劑潛在的毒副作用目前了解還很有限；
盡管，分子佐劑促進(jìn) CAR-T 療法在人類患者中的效果也充滿了未知數(shù)。
但在今天，達(dá)雷爾·歐文團(tuán)隊(duì)在分子佐劑促進(jìn) CAR-T 清楚腫瘤效果方向上成功邁出了試探性的一小步。這一步，無疑在人類與癌癥抗?fàn)幍穆L夜中，又點(diǎn)亮了一盞燈，指引出未來前進(jìn)的一個(gè)方向。
分子佐劑能吹響 CAR-T 抗癌戰(zhàn)車的嘹亮號(hào)角嗎？
期待在不久的將來，實(shí)驗(yàn)臺(tái)前辛勤耕耘的研究者們能為我們呈現(xiàn)更多的證據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1] Ma et al., (2019) Enhanced CAR–T cell activity against solid tumors by vaccine boosting through the chimeric receptor. Science. DOI: 10.1126/science.aav8692
[2] Ribas, A., & Wolchok, J. D. (2018).Cancer immunotherapy using checkpoint blockade. Science, DOI:10.1126/science.aar4060
[3]June, C. H., O’Connor, R. S., Kawalekar, O.U., Ghassemi, S., & Milone, M. C. (2018). CAR T cell immunotherapy for human cancer. Science, DOI: 10.1126/science.aar6711
[4] Martinez, M., & Moon, E. K. (2019). CAR T cells for solid tumors:new strategies for finding, infiltrating, and surviving in the tumor microenvironment. Frontiers in immunology, DOI: 10.3389/fimmu.2019.00128
[5]Huang, K., Sun, B., Luo, N., Guo, H., Hu,J., & Peng, J. (2018). Programmed Death Receptor 1 (PD1) Knockout and HumanTelomerase Reverse Transcriptase (hTERT) Transduction Can Enhance Persistence and Antitumor Efficacy of Cytokine-Induced Killer Cells Against Hepatocellular Carcinoma. Med Sci Monit., DOI: 10.12659/MSM.910903
[6]Cherkassky, L., Morello, A., Villena-Vargas,J., Feng, Y., Dimitrov, D. S., Jones, D. R., ... & Adusumilli, P. S.(2016). Human CAR T cells with cell-intrinsic PD-1 checkpoint blockade resisttumor-mediated inhibition. The Journal of clinical investigation, 126(8),3130-3144. DOI: 10.1172/JCI83092.
[7]Rafiq, S., Yeku, O. O., Jackson, H. J.,Purdon, T. J., van Leeuwen, D. G., Drakes, D. J., ... & Yan, S. (2018).Targeted delivery of a PD-1-blocking scFv by CAR-T cells enhances anti-tumorefficacy in vivo. Nature biotechnology. DOI: https://doi.org/10.1038/nbt.4195
[8]Liu, H., Moynihan, K. D., Zheng, Y., Szeto,G. L., Li, A. V., Huang, B., ... & Irvine, D. J. (2014). Structure-based programming of lymph-node targeting in molecular vaccines. Nature, DOI:10.1038/nature12978
[9]Singh., et al., (2019) Boosting engineered Tcells. Science. DOI: 10.1126/science.aax6331
[10] http://news.mit.edu/2019/car-t-cell-therapy-cancer-0711
制版編輯 | 皮皮魚
