摘 要 嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）细胞是一种全新的治疗恶性肿瘤的策略，它有别于传统的手术、放疗、化疗、抗体药物治疗。CAR-T细胞疗法在血液肿瘤的治疗中有显著疗效。 本文将综述CAR-T的结构和抗肿瘤的原理、CAR-T细胞在临床上的应用以及CAR-T细胞治疗所面临的挑战及广阔前景。
关键词 嵌合型抗原受体 免疫治疗 肿瘤
中图分类号：R730.51 文献标识码：A 文章编号：1006-1533（2017）03-0024-04
Chimeric antigen receptor T cell therapy： a new therapeutic strategy for cancer
LI Mengjie*， ZOU Qiuling， DANG Wei
[Sunshine Guojian Pharmaceutical （Shanghai） Co. Ltd.， Shanghai 201203， China]
ABSTRACT Chimeric antigen receptor T-Cell （CAR-T） is a new approach for the treatment of malignant neoplasms and even advanced malignancies. CAR-T cell therapy is different from traditional operation， radiotherapy， chemotherapy and monoclonal antibody drugs. CAR-T cell therapy has showed a significant effect in the treatment of patients with hematologic malignancies. This article reviews the structure of the principles of antitumor of CAR-T and its application， challenges and broad prospects in clinic.
KEy WORDS chimeric antigen receptor； immunotherapy； tumor
嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor，CAR）是由抗体源性靶向区和T 细胞信号区融合而成。表达CAR后的T细胞可以识别、结合特定的肿瘤细胞表面抗原，分泌细胞因子，杀伤肿瘤细胞。CAR-T细胞治疗作为一种全新的治疗方式，被2013年《科学》杂志评为全球十大科技创新之首。CAR-T在血液肿瘤的治疗中已经取得显著疗效，但是在实体瘤的治疗中仍存在很大的困难和挑戰，需要更多的探索和突破。目前国内外已有上百个CAR-T的临床实验在开展。本综述将阐述CAR-T的结构和抗肿瘤的原理、CAR-T细胞在临床上的应用以及CAR-T细胞治疗所面临的挑战及广阔前景。
1 CAR-T的结构和原理
CAR-T细胞即嵌合抗原受体T细胞。CAR的基础设计中包括一个肿瘤相关抗原结合区（通常来源于抗体抗原结合区域的scFv段）、一个胞外铰链区、一个跨膜区和一个胞内信号区[1]。一旦T细胞表达这种受体，单个融合分子便与抗原进行特异性结合并激活T细胞，因此经嵌合抗原受体修饰的T细胞具有抗体的特异性和效应T细胞的细胞毒作用。CAR一旦与肿瘤相关抗原（tumor-associated antigen，TAA）结合，可通过由CD3或高亲和性受体FceRI的胞内区使T细胞活化，表现为CAR依赖的细胞杀伤、增殖及细胞因子释放[2]。同时CAR-T细胞的扩增倍数可超过1 000倍， 临床实验中发现输入CAR-T细胞六个月后患者体内仍能检测到高水平表达的CAR[3]。总而言之，CAR-T细胞的靶向性、杀伤活性和持久性均较常规应用的免疫细胞高。
20世纪80年代晚期，以色列科学家Eshhar等[4]开发了第一种CAR-T细胞，即第一代CAR。第一代CAR-T细胞只在T细胞表面表达一个单链抗体基因，这个单链抗体表达后可以特异性识别肿瘤细胞表面的分子。第一代CAR很快投入临床试验，令人遗憾的是，第一代CAR虽然具有特异性的细胞毒性，但没有表现出显著的疗效。究其原因是因为第一代CAR-T细胞在患者体内持久性差，很快就会耗竭，CAR-T细胞还未接触到大量的肿瘤细胞就已经凋亡了[5-6]。为了加强CAR激活信号并突破第一代CAR的限制，结合了共刺激结构的第二代CAR相继被报道，第二代CAR的组成结构中添加了T细胞完全活化和生存必须的第二信号分子（比如CD28或者4-1BB分子）[7-8]。第一个被详细研究的T细胞共刺激信号受体是CD28，它能够与靶细胞表面的B7家族成员结合。CD28提供了T细胞激活的第二刺激信号，CD28的共刺激能够促进T细胞的增殖，IL-2的合成和表达以及抗凋亡蛋白Bcl-xL的分泌。许多研究都表明[9-10]，搭载了“共刺激信号分子”的第二代CAR与第一代CAR相比，抗原特异性不变，T细胞增殖、细胞因子分泌增加，抗细胞凋亡蛋白分泌增加，细胞死亡延迟。之后有研究人员将CD28用CD137（4-1BB）进行替换，使用CD28还是4-1BB，不同的第二代CAR究竟孰优孰劣，不同的研究者用不同的肿瘤在体内和体外的研究中得到的结果不尽相同[5， 11-12]。最近有研究表明4-1BB分子使得CAR-T细胞具有更高的稳定性，减缓了CAR-T细胞在体内的耗竭[13]。总而言之，第二代CAR在随后的临床试验中产生了显著的疗效，从2010年起基于第二代CAR的临床报道屡次引发震动，特别是对于复发性、难治性的急性淋巴细胞白血病（acute lymphocytic leukemia ，ALL）患者，其完全缓解率高达90%以上。然而在缺乏外源共刺激分子的情况下所有二代CAR均不能产生足够的IL-2促进T细胞增殖，当给予外源性B7共刺激分子时这些转基因CAR-T细胞则可产生IL-2促进其增殖[14-15]。随后，为了进一步增强CAR-T细胞在体内的存活，研究人员开发了第三代CAR，就是在第二代CAR的基础上再增加一个第二信号分子，比如将CD28和4-1BB分子同时组装进CAR里面[16]。目前第二代和第三代的设计都各自已有临床试验的应用，临床试验的数据仍需持续关注[17-19]。最新改良设计的第四代CAR-T表现出了克服免疫抑制微环境的能力，有望成为实体肿瘤治疗中的重要手段[20-21]：第四代CAR-T是在第二/第三代CAR-T的基础上表达一些关键的细胞因子，例如IL-12。IL-12被誉为T淋巴细胞的第三信号分子，可见其对T细胞功能的重要性。全身注射IL-12患者会引起严重的炎症副反应，但是通过CAR-T细胞来实现局部表达后，可以在肿瘤病灶处招募NK细胞，或者直接逆转被耗竭的肿瘤浸润性T淋巴细胞，从而有效克服肿瘤免疫抑制微环境[22]。