急性淋巴细胞性白血病患者新希望—CAR-T药物:Kymriah已由FDA获批上市
  • 2017-10-12T03:53:54.000Z

恶性肿瘤目前仍然是严重威胁人类生命健康的重大疾病,嵌合抗原受体修饰的T细胞治疗手段(chimeric antigen receptor T cells, CAR-T),更是展现出令人振奋的临床疗效,具有广阔的应用前景。

恶性肿瘤目前仍然是严重威胁人类生命健康的重大疾病。对恶性肿瘤治疗方法的探索,先后经历了外科手术、化疗、放疗以及生物治疗等发展历程。肿瘤免疫治疗作为生物治疗的一种,在近十年的抗肿瘤研究中,取得了重大突破。尤其值得一提的是嵌合抗原受体修饰的T细胞治疗手段(chimeric antigen receptor T cells, CAR-T),更是展现出令人振奋的临床疗效,具有广阔的应用前景。

 2017年8月31日,美国FDA发布了历史性的重磅消息,由美国诺华公司研发的第一个CAR-T药物Kymriah(tisagenlecleucel, CTL-019)获批上市,用于治疗儿童和年轻成年(2-25岁)患者急性淋巴细胞性白血病(ALL)。该药物的安全性和有效性在一项针对复发性或难治性B细胞ALL的儿科和年轻成人患者的多中心临床试验中的得到证实。临床试验数据表明,在接受CTL-019治疗的3个月后,高达82%(n=41/50)的患者实现完全缓解或伴有不完全血液计数恢复的完全缓解。该药物的上市正式开启了肿瘤免疫治疗/基因/细胞治疗的新篇章,具有里程碑式的意义[1]。

尽管CAR-T的相关研究已有20年之久,但是CAR-T真正走进公众视野,让大家见证CAR-T的神奇,还要从2012年美国小女孩艾米丽的故事讲起。

小艾米丽当时被确认换上急性淋巴细胞白血病,常规的化疗等治疗手段都不能够帮助她缓解症状。幸运的是,她的父母不愿放弃,听说费城儿童医院有一种实验性的白血病新疗法之后,便带着女儿去做最后的尝试。奇迹发生了,原本恶性增殖的癌细胞迅速被清除殆尽,小艾米丽又重新恢复了活力。6岁的艾米丽接受的这种治疗方法其实就是CAR-T疗法。时至今日,艾米丽已经12岁了,癌症依然没有复发。她和她的父亲也共同出席了CAR-T获批上市的专家咨询委员会的会议,共同见证历史性的时刻。

 CAR-T疗法的出现不仅让小艾米丽获益,早在2010年,美国国家癌症研究所的研究表明,CD19特异性的CAR-T可用于治疗晚期B淋巴瘤,且疗效显著[2]。随后Maude等[3]的研究表明,抗CD19的二代CAR-T治疗30例复发/难治急性淋巴细胞白血病,其中90%达完全缓解。对于复发耐药的慢性淋巴细胞白血病,靶向CD19的CAR-T能稳定持久地清除体内肿瘤,总反应率达57%[4]。目前,CAR-T细胞免疫疗法进入临床试验已经10余年,以美国、中国、欧洲为主的科研团队正在进行的临床试验就有100多项,许多患者在参与临床试验过程中直接获益。

虽然CAR-T在血液肿瘤治疗中获得了突破,但由于实体瘤微环境复杂,免疫逃逸机制多样,肿瘤抗原特异性较差等因素,CAR-T在实体瘤的治疗实践中仍不乐观。一代CAR-T对实体肿瘤的治疗大多无效,二至四代CAR-T在增殖、细胞因子释放等方面均有了明显改进,相关研究正在进行中。 

CAR-T为急性淋巴细胞性白血病患者带来的治疗效果举世瞩目,究竟什么是CAR-T呢?

CAR-T概述

对恶性肿瘤治疗方法的探索,先后经历了外科手术、化疗、放疗以及免疫治疗等发展历程。肿瘤免疫治疗在近十年的研究中,取得了重大突破。尤其是CAR-T疗法,更是展现出令人振奋的临床疗效,具有广阔的应用前景。什么是CAR-T呢?CAR-T疗法全称为嵌合抗原受体修饰的T细胞治疗手段(chimeric antigen receptor T cells, CAR-T)。简单来讲就是利用基因重组技术修饰过的T细胞。为何要修饰T细胞呢?这就要从T细胞的功能开始介绍。作为人体免疫系统的效应细胞,T细胞是目前已知的唯一能够特异性杀伤肿瘤的细胞。然而T细胞在杀伤肿瘤细胞之前,首选必须要“变身”成为活化的T细胞,而“变身”过程则需要同时激活两种信号:第一信号激活方式为T细胞表面受体( T-cell receptors,TCRs) 与抗原递呈细胞上的主要组织相容性复合物( major histocompatibility class,MHC) 结合;第二信号激活方式为抗原递呈细胞上的共刺激分子B7家族分子与T细胞上的配体CD28分子结合。两个信号都激活的条件下,T细胞便可由静息状态变为活化的T细胞,从而通过分泌颗粒酶、穿孔素、诱导及释放促炎因子等方式对肿瘤细胞进行干预和杀伤[5]。而在肿瘤患者体内,大量的肿瘤细胞可以使MHC表达下调,进而影响T细胞活化,造成“免疫逃逸”的发生。为了解决这个问题,科学家们发明了CAR-T细胞免疫疗法,即在体外通过基因工程的方法对T细胞进行修饰,使其成为“试管化”的活化T细胞。

 CAR-T的结构

 CAR-T中的CAR是重组受体,其结构主要包括胞外抗原结合域、跨膜区和胞内信号区三部分[6]。 CAR胞外抗原结合域是指在胞外区引入单克隆抗体的单链可变区,负责结合肿瘤表面特异性抗原。这种结合最大的优势是不需要依赖于MHC的递呈,有效避免了肿瘤细胞MHC表达下调这一免疫逃逸机制。CAR跨膜区连接胞外抗原结合域和胞内信号域,一般由二聚体膜蛋白组成,主要包括CD3ζ、CD4、CD8、CD28等,该结构可使CAR锚定于T细胞膜上。跨膜区的不同设计方式会直接影响导入CAR基因的表达。。胞内信号域采用免疫受体酪氨酸活化基序,作用是当胞外区与其识别的抗原结合时,负责向胞内传导TCR样信号。根据胞内信号域结构的差异,CAR的设计发展到目前已有四代。第一代CAR结构只有一个胞内信号组分( TCR/CD3ζ链和FcεRIγ链),其特点是能够识别靶抗原并激活T细胞,但是由于不含共刺激分子,因此无法转导增殖信号和诱导细胞因子产生,抑瘤效果较差。第二代CAR在第一代的基础上,增加了一个共刺激分子如CD28、CD27、41BB ( CD137 ) 等或可诱导共刺激分子( inducible co-stimulatory molecule,ICOS) 等,T细胞的杀伤肿瘤的能力有所提高。第三代CAR在二代的基础上,设计了包含两个共刺激分子( CD28、4-1BB和CD3ζ)的胞内信号域,T细胞抑制肿瘤增殖及促凋亡的能力又得到显著提高。由于瘤体组织包含多种细胞亚群,每种亚群所表达的表面抗原不尽相同,因此前三代的CAR-T无法对所有细胞亚群进行有效杀伤。为了能彻底清除肿瘤细胞,Chmielewsk等[7]设计了第四代CAR-T细胞——TRUCKs(T cells redirected for universal cytokine killing);它可以在CAR识别靶抗原后,通过激活下游转录因子NFAT(nuclear factor activated T cells)来诱导白细胞介素-12(interleukin-12,IL-12),从而招募微环境中其他类型的免疫细胞(树突状细胞、吞噬细胞和自然杀伤细胞等)参与肿瘤细胞群的清除工作。

CAR-T的治疗过程

简单来讲,主要分为三个步骤,第一步是从患者(或他人)体内抽取并分离T细胞;第二步是由技术人员对T细胞进行基因修饰,即将设计好的CAR转染到T细胞并使其表达成为CAR-T细胞,并体外进行大量扩增;第三步将扩增好的CAR-T细胞回输至患者体内,CAR-T细胞便可以在体内发挥抑瘤效应,当然在这个过程中要住院严密监测生命体征,及时有效地应对不良反应。

CAR-T疗法的出现,给肿瘤患者,特别是血液系统恶性肿瘤患者带来了重生的希望,相信在不远的未来,CAR-T的设计会越来越成熟,不良反应会随之得到改善。同时也期待尽快有治疗实体瘤的CAR-T细胞药物出现在我们的眼前,为更多的肿瘤患者带来福音。

References:

[1]   Mullard A. FDA approves first CAR T therapy. Nat Rev Drug Discov. 2017; 16(10):669.

[2]   Kochenderfer JN, Wilson WH, Janik JE, Dudley ME, Stetler-Stevenson M, Feldman SA, Maric I, Raffeld M, Nathan DA, Lanier BJ, Morgan RA and Rosenberg SA. Eradication of B-lineage cells and regression of lymphoma in a patient treated with autologous T cells genetically engineered to recognize CD19. Blood. 2010; 116(20):4099-4102.

[3]   Maude SL, Frey N, Shaw PA, Aplenc R, Barrett DM, Bunin NJ, Chew A, Gonzalez VE, Zheng Z, Lacey SF, Mahnke YD, Melenhorst JJ, Rheingold SR, Shen A, Teachey DT and Levine BL, et al. Chimeric antigen receptor T cells for sustained remissions in leukemia. N Engl J Med. 2014; 371(16):1507-1517.

[4]   Porter DL, Hwang WT, Frey NV, Lacey SF, Shaw PA, Loren AW, Bagg A, Marcucci KT, Shen A, Gonzalez V, Ambrose D, Grupp SA, Chew A, Zheng Z, Milone MC and Levine BL, et al. Chimeric antigen receptor T cells persist and induce sustained remissions in relapsed refractory chronic lymphocytic leukemia. Sci Transl Med. 2015; 7(303):139r-303r.

[5]   Spear P, Barber A, Rynda-Apple A and Sentman CL. Chimeric antigen receptor T cells shape myeloid cell function within the tumor microenvironment through IFN-gamma and GM-CSF. J Immunol. 2012; 188(12):6389-6398.

[6]   Eshhar Z, Waks T, Bendavid A and Schindler DG. Functional expression of chimeric receptor genes in human T cells. J Immunol Methods. 2001; 248(1-2):67-76.

[7]   Chmielewski M, Kopecky C, Hombach AA and Abken H. IL-12 release by engineered T cells expressing chimeric antigen receptors can effectively Muster an antigen-independent macrophage response on tumor cells that have shut down tumor antigen expression. Cancer Res. 2011; 71(17):5697-5706.