CAR-T疗法成功进军实体瘤?这家医院牛X了!

  • 2019-04-24 10:43:03

CAR T 疗法的突破性治疗效果早已让人赞叹不已,许许多多的血液肿瘤患者已经得到了救治,但是尽管如此,实体肿瘤的 CAR T 治疗依然是一个不容小觑的挑战。

 

在位于洛杉矶的希望之城癌症研究与治疗中心,我们见到了一位实体肿瘤患者,46 岁的 Cecilia Barron。当她拨开头发,我们看到她的头皮上有两个豌豆大小的疙瘩。不久,一名护士将她带到了诊疗室。她坐在病床上,两位护士带着一小瓶 CAR T 细胞走了进来,并把它们注入了连接肿瘤的导管中,其中一部分药物被输送到大脑的脑腔中,一个月前这个部位的结节已经被成功切除;另外一部分药物则被递送至了脑室脑髓液中。整个药物递送过程仅有几分钟,剩下来的就是等待了——Barron 可以回家先等上几个小时,然后就是几个星期、几个月或者是更长的时间,以验证她的治疗效果。

在完成注射之后,护士在她的头皮敷上了一层麻醉膏,这让她逐渐开始放松起来。Barron 和她的丈夫、孩子住在洛杉矶,她是 Costco 超市的蛋糕裱花师。从 2007 年以来,她就在一直在接受脑部少突神经胶质瘤的治疗,也进过了几次化疗、放疗和手术。在过去的十年里,癌症如影随形,每当有坏消息出现时,她总是半开玩笑的抱怨道:“这些‘小不点’又回来了。”

“在生命结束之前,我愿意尝试一切方式来挽救自己……只是唯一让我感到惊讶的是,这种手术用的不是手术刀,而是针头。"

——少突神经胶质瘤患者 Cecilia Barron

去年夏天,医生诊断出 Barron 的少突神经胶质瘤出现了恶化,已经由原先的第 2 阶段发展到了第 3 阶段。但是好在,希望之城的外科医生 Behnam Badie 表示她符合临床试验的条件,即将她体内的 T 细胞重新编辑和设计,使之具备识别肿瘤细胞表面抗原的能力,然后将其重新注入头部。这种 CAR T (嵌合抗原受体 T 细胞)的疗法已经被批准用于某些类型的血液和骨髓癌的治疗,如大B细胞淋巴瘤和B细胞急性淋巴细胞白血病等,但这种疗法在实体肿瘤治疗方面尚未取得很大成功。

尽管如此,医生们还是希望可以为她找到合适的治疗方案,使用恰当的剂量,实现 T 细胞的 CAR 加工和补充治疗,使之发挥良好的治疗效果。“这种疗法听起来好像满是希望,”Barron 回忆起那个时候的情景,“在生命结束之前,我愿意尝试一切方式来挽救自己……只是唯一让我感到惊讶的是,这种手术用的不是手术刀,而是针头。”

2018 年 9 月,在接受 CAR T 治疗 5 个月后,Barron 感觉良好,MRI 和 PET 扫描也显示,那些烦人的“小不点”并没有复发的迹象。这样的效果让 Badie 医生认为 CAR T 技术对于实体肿瘤的治疗可以像治疗血液癌症一样,是有效且充满前景的。目前,许多 CAR T 疗法正在进行临床试验,用于早期胰腺癌、间皮瘤、肺癌乳腺癌等癌症的治疗。

Cecilia Barron 正在接受 CAR T 细胞的注射递送治疗。图/KERRY GRENS

然而,实体肿瘤的CAR T治疗依然处于初级阶段,其中也存在着一些血液癌和骨髓癌治疗中所不具备的挑战,比如实体肿瘤中一些众所周知的恶劣环境:酸性、缺氧和免疫抑制,这使得 T 细胞难以渗透并持续存在于实体肿瘤中,肿瘤的异质性也意味着 CAR 不会与每一个肿瘤细胞相结合。

“说起来可能并没有那么乐观,但是实体肿瘤和白血病的治疗区别还是很大的。”贝勒医学院的 Nabil Ahmed 表示,“想要取得一定的效果,实体肿瘤的 CAR T 过程将会非常复杂。”

 

“令人难以置信”的治疗效果

 

过去几年中,希望之城接收了数十名脑癌患者进行 CAR T 治疗,Barron 仅是其中一员。许多患有胶质母细胞瘤(也被叫做4级星型细胞瘤)的患者已经别无选择,且面临着严峻的预后。虽然这种肿瘤的临床试验依然处于第 1 阶段,但历经多年研究,研究人员已经取得了 CAR T设计和治疗方面的长足的进步。

大约在 20 年前,癌症生物学家 Waldemar Debinski 在宾夕法尼亚州立大学的实验室中发现胶质母细胞瘤上的白细胞介素-13(IL-13)受体,但这种受体却并不存在于健康的大脑组织中,1 因此他认为这种受体似乎是一种很好的靶向目标,可以在清除癌细胞的同时保留健康的细胞。

2004 年 5 月,希望之城的团队接收了三名胶质母细胞瘤患者,并将 CAR T 细胞直接注入到其中一名患者的大脑中。研究人员观测到,患者在接受输液数周后都没有出现严重的不良反应。由于在 CAR T 的审批中,没有严重的免疫反应和神经系统并发症是重要的审批条件,因此这项成就的取得可谓意义非凡。与此同时,该患者的病情也出现了一定程度的改善,癌细胞出现了消亡的迹象,IL-13 的丰度开始降低。2 但由于这一治疗方案尚处于起步阶段,该患者并没有达到最佳治疗效果,这使得实验人员开始重新专注于 CAR 本身的研究。

如何改变 CAR 使其发挥更好的治疗效果呢?具体来说,Brown 的团队对 CAR 的间隔区域进行了调整,这种间隔区域连接着免疫细胞膜及其细胞内的共刺激域,这样的调整有助于细胞在体外的扩增、增强 T 细胞的活性。“我们的 CAR T细胞有效程度超过之前十倍。在进行小鼠实验时,曾经我们需要超过100万个 CAR T 细胞才能完全根除其体内的癌细胞,而现在,我们只需要 10 万个细胞。”

我们认为CAR T细胞可以充当引发内源性免疫反应的‘导火索’。"

 ——希望之城 Christine Brown 医生

2015 年,希望之城开始使用改良后的细胞进行新的胶质母细胞瘤 CAR T 试验。第一位接受全程治疗的是一名叫做 Rich Grady 的小儿外科医生。与患有这种疾病的其他患者一样,在进行常规的放化疗和手术后,他的病情出现了复发,在进行临床试验之前,医生预计他的存活时间仅剩下几周,最多几个月。在准备接受 CAR T 临床试验之前,他体内已有多处新发病灶。对他而言,时间真的不多了。

在切除原发肿瘤后,Grady 开始进行每周一次、持续六周的免疫治疗,医生对他体内的 T 细胞进行了工程化改造,并输送至他的大脑区域。根据后期 MRI 扫描结果显示,虽然原发肿瘤并没有出现复发,但是脑部和脊柱位置已经出现了新的癌细胞。于是,Badie 的团队决定将 CAR T 细胞输送到他的脑脊液中,希望通过这种方式促使 CAR T 细胞扩散至全身,以清除其他部位的肿瘤。

Badie 表示,在 Grady 接受了几次脑室内输液后,新的 MRI 扫描结果让他永生难忘——不论是原发肿瘤还是新病变部位的肿瘤已经全部缩小。3 在完成 10 次 CAR T 输液治疗后,他的体内已经检测不到癌细胞。

“这是一个令人难以置信的结果。”Badie表示。因为大多数胶质母细胞瘤患者在治疗后依然无法战胜癌症,且大多数人能够维持几个月的生命,但对于 Grady 而言,这无疑是一个极好的消息,CAR T 细胞疗法似乎已经摧毁了一种“战无不胜”的癌症。

更让研究人员感到振奋的是,Grady 体内的癌细胞并没有全部显示 CAR 所靶向的 IL-13 受体,这意味着CAR T 细胞“激励”了他自身的免疫系统以实现对癌细胞的免疫。对此,Badie表示,“我们认为 CAR T 细胞可以充当引发内源性免疫反应的‘导火索’。“

 

在希望之城癌症研究与治疗中心,抗癌十余年的Cecilia Barron留下了这张照片。她在这里接受了CAR T治疗。图/KERRY GRENS

 

CAR T的递送是一个挑战

 

Grady 在接受临床试验期间所表现出的积极效果提示,CAR T 对杀死胶质母细胞瘤有较大的作用,也使得希望之城的研究人员开始尝试使用双导管的方案为患者的肿瘤部位和心室递送CAR T。

递送 CAR T 以治疗实体肿瘤是一个非常复杂的过程。对于血液癌症而言,CAR T 细胞可以在血液中循环,寻找并且摧毁癌细胞。但是对于实体肿瘤而言,整个过程就变得更为复杂一些,CAR T 的治疗需要细胞与细胞之间的相互作用,这种相互作用在循环肿瘤细胞中更有效,但是在实体肿瘤中的效率就显得比较低了。

其实,系统性的将 CAR T 应用在实体肿瘤中是可行的,它们可以透过血脑屏障进入大脑,也可以循环至体内的其他部位。例如,在贝勒医学院,Ahmed 的研究小组已经对 19 名多次复发的儿童或青年患者进行了系统性递送 CAR T 的治疗,其目的是为了靶向肉瘤 HER2 受体。几个月后,研究人员发现肿瘤中已经出现了少量的CAR DNA,这表明工程化的 T 细胞已经进入实体肿瘤中。4

在后续的研究中,Ahmed 和他的同事试图通过提高细胞在体内的依附性来确定他们是否可以让更多的 CAR T 细胞进入肿瘤部位。在之前的观察中,CAR T 通常会在几周到几个月内的时间内消失。但试验数据表明,反复注射/递送可以让体内的 CAR T 细胞保持更长的时间,从而有助于防止复发。另外一种方法则是在递送细胞后促进细胞的增殖。这一次,Ahmed 和他的同事先对患者进行了化疗,摧毁了患者的淋巴细胞,并希望通过 CAR T 细胞的增殖来填补免疫系统的空缺。

对此,宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的CAR T开发人员Steven Albelda表示,让足量的CAR T细胞进入实体肿瘤中依然是一个很大的挑战。“在通过静脉注射的动物实验中,可进入实体肿瘤的细胞数量非常非常少。”因此他们的团队开始尝试通过局部递送的方式对患者进行治疗。Albelda 的小组正在进行一项试验,即在患者肺部周围的胸膜内进行 CAR T 治疗。

纪念斯隆-凯特琳癌症中心的 Prasad Adusumilli 是第一个在胸腔内递送 CAR T 用于治疗该部位癌症的医生。他和他的合作者发现,局部递送 T 细胞在消除小鼠肿瘤方面比静脉内输送更有效,且细胞停留的时间也更长。5 这样的实验效果促使着他们开始对肺癌、间皮瘤(肺部内膜癌)、或者是扩散至胸膜且对蛋白质间皮素呈现阳性的乳腺癌患者进行临床试验。

至今为止,他们已经治疗了 23 名患者,且证明了这种治疗在一定程度上是安全的。这项早期的临床试验旨在评估治疗的安全性,且有充分证据证明其有效性。通常情况下,参与这项试验的患者大约有一年的生存率,但是PET扫描结果显示肿瘤内和周围的代谢活动正在呈现出正常化的趋势,“在我们的试验中,有一些患者连续一年都呈现出正常的代谢反应,这样的结果可以说是前所未有的。”

即使进行直接递送,研究人员也观察到多轮CAR T注射可能会比单剂量更有效。 西雅图儿童医院研究所的儿科神经科学家 Nicholas Vitanza 正在领导两项临床试验以测试对儿童脑肿瘤患者直接递送CAR T的治疗效果:虽然T细胞可以在患者的血液环境中有效增殖,但实体肿瘤中,它们还是需要一些必要的辅助。“在白血病中,CAR T 细胞可以划分出不同的类型,也可以在血液中循环。但相反的是,大脑中的CAR T 并不能像在血液中一样流通自如。所以我们需要对患者给予更多的剂量。”

 

如何选择CAR T的‘CAR’也是一个挑战

 

正如单剂量的 CAR T 不太可能彻底的消灭实体肿瘤一样,单一种类的 CAR T 在特定目标上实现零肿瘤显然也是不太可能的。虽然这种策略在血液肿瘤中是有效的——比如已经获得审批的、以CD19 为靶向目标的 CAR T、tisagenlecleucel(商品名 Kymriah)和axicabtagene ciloleucel(商品名 Yescarta),但是对于实体肿瘤而言,情况就更复杂一些(下面的表格可以让你更直观的了解到其中的差异)。

 

实体肿瘤与血液肿瘤的比较

 

CAR T 疗法可用于血液癌症的治疗。

科学家们现在希望使用 CAR T 来治疗实体肿瘤。

 

图/LAURIE O’KEEFE

 实体肿瘤血液肿瘤
异质性

实体肿瘤细胞的表面并不会全部表达相同的抗原,因此在制作CAR时可能会遗漏部分靶标。

 

虽然所有的恶性B细胞都表达CD19抗原,可被CAR T靶向,但是正常的B细胞也会表达相同的抗原。在治疗时,健康的细胞也会被严重破坏。

 

微环境

实体肿瘤中可产生免疫抑制剂,如PD-L1检查点分子。

 

血液是T细胞的大本营,工程化的CAR T细胞一旦进入循环系统中就很容易扩散,虽然细胞免疫过度可能会导致细胞因子释放综合症。

 

递送/注射

一方面,T 细胞可以系统性的进行递送,另一方面,CAR T细胞可以直接应用于肿瘤部位以提高疗效,但是T 细胞依然难以进入实体肿瘤细胞。

 

进入血液中的CAR T可以更容易接触到恶性B细胞。

 

 

目前,科学家们正在面临着两个方面的问题:

一方面是实体肿瘤的异质化。几乎所有恶性 B 细胞都会产生 CAR T 可靶向的 CD19 抗原。但与之相反的是,并非所有实体肿瘤细胞都必然携带抗原,这让 CAR T 无法进行精准的靶向攻击。

另一方面,即使单靶 CAR T 可以成功根除肿瘤,但是也存在着抗原脱落后癌症复发的可能。

希望之城的 Brown 医生表示,Rich Grady 的案例就是上面两个问题最好的证明:在接受 CAR T 治疗的七个月后,癌症卷土重来,但是他们并没有找到更多的靶向抗原。因此在部署 CAR T 时,他们可能需要靶向更多的抗原,把不同的 CAR 置于同一 T 细胞上或者是设计互补的 CAR T 组。

CAR T 疗法想要达到更好的治疗效果,其中非常重要的一步就是选择合适的抗原靶标。为了避免严重的副作用,研究人员必须建立一个可以选择性攻击癌细胞、同时保留健康细胞的 CAR T。对于血液恶性肿瘤的 CAR T 疗法而言,这也是一个挑战,因为正常 B 细胞中也携带 CD19 抗原,所以治疗可能会导致免疫球蛋白的数量减少,让患者面临着严重的感染风险。在实体肿瘤治疗上,研究人员则有机会选择最合适的癌症特异性靶标,也就是我们所说的新抗原。例如,宾夕法尼亚大学的免疫学家和肿瘤学家 Carl June 的研究小组正在研发一种靶向胶质母细胞瘤细胞表皮生长因子受体(EGFR)的 CAR。他表示,他们发现了一种仅存在于肿瘤上(但不存在于健康组织中)的拼接变异体,并设计了一种受体来粘附这种拼接变异体。

即使研究人员无法找到癌细胞所特有的抗原,但是他们也能识别出肿瘤中含有的、在健康组织中表达水平较低的靶标。在宾夕法尼亚大学, Albelda 和他的团队正在研究间皮素。在间皮瘤、胰腺癌、卵巢癌和一些肺癌的肿瘤细胞中,间皮素的含量要远高于正常组织。在两项早期的试验中,这种疗法避免了患者的非靶向毒性。

 

图/KOTRYNA ZUKAUSKAITE

 

CAR T 疗法的前行之路“必不孤单”

 

现在,许多临床试验已经证明了 CAR T 可以安全的对实体肿瘤患者进行治疗,几乎所有进行这些实体肿瘤免疫治疗的研究人员都把多药物联合治疗作为他们研究的下一个目标,包括组合药物、CAR T 分泌免疫增强剂、以及设计一种携带有多种CAR的T细胞等。

在当前的临床试验中,我们已经看到了一种新的组合,即将CAR T和另外一种被称作免疫检查点抑制剂的药物进行联合治疗。为什么要和免疫检查点抑制剂联合用药?因为 CAR T 细胞不仅面临着直达病灶、体内存活和增殖的障碍,它们还要面临着免疫检查点的挑战,而癌细胞则会利用免疫检查点来阻断免疫通路,以此逃避 CAR T 的追踪。因此,免疫检查点抑制剂可以更有效地帮助 CAR T 对癌细胞进行追踪和杀灭。

我们已经看到了多类经过FDA批准的检查点抑制剂药物,如可用于消除抑制剂信号、靶向内源性T细胞上的多种检查点蛋白质的单克隆抗体,研究人员正在研究如何将这种抑制剂与实体肿瘤的 CAR T 疗法相配对。

在Adusumilli对间皮素阳性癌症患者进行的试验中,大约有有六名患者在区域性递送CAR T细胞后接受了检查点抑制剂的治疗,并取得了显着的恢复。接受了这两种药物治疗的患者已经不再需要接受其他癌症治疗,甚至有的人已经重返了工作岗位。在同一项试验中,医生计划先为患者输入检查点抑制剂,然后在三周后为它们进行额外的胸腔 CAR T 治疗。同样,宾夕法尼亚大学的研究人员正在开展一项临床试验,在检查点抑制剂的作用下,用 CAR T 靶向胶质母细胞瘤的EGFR变体。

科学家们也正在开发让 CAR T 自身携检查点抑制剂的方案。2016 年,Adusumilli 和他的同事设计了一种可以产生基因修饰检查点受体的 CAR T 细胞,可作为阻止检查点信号的有效传输的诱饵。7 他们希望从2020年开始可以使用内置检查点抑制剂的 CAR T 对患者进行治疗。

内置检查点抑制剂的CAR T仅仅是“武装CAR”中的一种,科学家们可以为它们赋予更多的能力,比如可以让 CAR T 释放促炎细胞因子,帮助提高其他免疫细胞的活性。2017年,一个科研小组为 CAR T 注入了 IL-12 细胞因子来治疗患有卵巢癌的小鼠,8 Carl June 的小组也成功使用了可分泌 IL-18 的 CAR T 来治疗患有黑色素瘤小鼠。9

Carl June 表示,单一的 CAR T 可能并不能达到最好的治疗效果,因此他也在继续研究开发应用于实体肿瘤的多种 CAR T,希望使用多种靶标联合疗法来治愈患者。“我是一个乐观主义者,”他对此表示,“相比我们现在所取得的成就,将来一定还会有更多形式、更复杂的 T 细胞出现,可用来治疗实体肿瘤。我们目前还处于试验的早期阶段。”


 

2019年4月2日,全球互联网医疗机构MORE Health爱医传递正式宣布与美国希望之城(City of Hope)国家医疗中心签订战略合作协议。如果您对上文所述的CAR-T治疗实体瘤的相关临床试验感兴趣,欢迎随时与我们联系!

 

参考资料

1. W. Debinski et al., “Receptor for interleukin 13 is a marker and therapeutic target for human high-grade gliomas,” Clin Cancer Res, 5:985–90, 1999.

2. C.E. Brown et al., “Bioactivity and safety of IL13Rα2-redirected chimeric antigen receptor CD8+ T cells in patients with recurrent glioblastoma,” Clin Cancer Res, 21:4062–72, 2015.

3. C.E. Brown et al., “Regression of glioblastoma after chimeric antigen receptor T-cell therapy,” New Engl J Med, 375:2561–69, 2016.

4. N. Ahmed et al., “Human epidermal growth factor receptor 2 (HER2)–specific chimeric antigen receptor–modified T cells for the immunotherapy of HER2-positive sarcoma,” J Clin Oncol, 33:1688–96, 2015.

5. P.S. Adusumilli et al., “Regional delivery of mesothelin-targeted CAR T cell therapy generates potent and long-lasting CD4-dependent tumor immunity,” Sci Transl Med, 6:261ra151, 2014.

6. P.S. Adusumilli et al., “A phase I clinical trial of malignant pleural disease treated with regionally delivered autologous mesothelin-targeted CAR T cells: Safety and efficacy - A preliminary report,” American Society of Cell & Gene Therapy 21st Annual Meeting, Chicago, May 17, 2018.

7. L. Cherkassky et al., “Human CAR T cells with cell-intrinsic PD-1 checkpoint blockade resist tumor-mediated inhibition,” J Clin Invest, 126:3130–44, 2016.

8. O.O. Yeku et al., “Armored CAR T cells enhance antitumor efficacy and overcome the tumor microenvironment,” Sci Rep, 7:10541, 2017.

9. B. Hu et al., “Augmentation of antitumor immunity by human and mouse CAR T cells secreting IL-18,” Cell Rep, 20:P3025–33, 2017.

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