CAR-T治療實體瘤——讓免疫的回歸免疫

本文由細胞培養俱樂部原創

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撰文丨羅正強

責編丨刀刀

「CAR-T也就只能用於白血病了，治療實體瘤？妄想！」——這句話最早是在2014年10月份，我曾經所在的課題組主辦第七屆中國腫瘤生物治療大會期間，在飯桌上聽一位不知從哪兒來的老教授講到。聽到這句話，我看他，內心暗想，放在您那裡肯定不行，且讓我等晚輩來變革它！如今回想，八九年前的高中時期，因為親人患癌去世，我立志攻克癌症就為自己戴上了一副腳鐐，我決心戴著這腳鐐舞出青春的魅力，而兩年前這一內心的觸動，為自己找到了一個舞台，雖然是個T型台。

——前言

腫瘤治療的難題一直困擾著人們，多少年來，雖然各種基礎研究在體外和動物模型中揭示了腫瘤的種種「特徵」，人們也從中找到了腫瘤細胞不同於正常細胞的基因、蛋白質、生長狀態等多方面的「特異之處」，然而在體內特異性地針對腫瘤的這些特徵去消滅腫瘤卻異常困難。這種困難除了受限於治療手段的發展進步，更多的卻是來源於腫瘤本身形成和發展的複雜性，這樣的複雜性，一方面表現在難以有效區別腫瘤和正常細胞，另一方面表現在腫瘤細胞的多能性和多態性。

（圖片引自DouglasHanahanandRobert A. Weinberg，Hallmarksof Cancer: The Next Generation，cell，2011）

慶幸的是，如果腫瘤的某一方面特徵嚴重暴露，不管是組織來源的特徵還是腫瘤自身演變過程產生的特徵，人們能夠不斷發明一些新的方法去抓住這些阿喀琉斯之踵進行攻擊。這方面，近幾年迅速發展的腫瘤免疫治療極具代表性，如CAR-T治療，免疫檢查點抑製劑及其他抗體製劑。單就CAR-T治療而言，靶向CD19抗原的CAR-T在複發難治性B細胞急性淋巴細胞白血病治療的臨床試驗中一度能夠達到90%以上的客觀緩解率，這是非常令人矚目的腫瘤治療成就。這證明，這種由嵌合抗原受體提供特異性靶向和殺傷能力的方式能夠有效地在體內介導T細胞特異性地殺傷腫瘤。

但CAR-T在實體瘤治療中的效果卻不盡人意，為什麼呢？

這要回到前面討論的腫瘤治療的兩個方面的難題，一個是在體內對腫瘤細胞和正常細胞的區分，另一個是腫瘤細胞的多能性和多態性。在區分方面來看，得益於B細胞一些自身特異性靶點如CD19/20等的存在，CAR-T對B細胞系腫瘤這一靶點的特異性靶向是CD19-CAR-T治療成功的首要原因，而實體瘤由於缺乏腫瘤特異性抗原，要有效區分它和正常組織或器官，非常困難。在腫瘤細胞的多能性和多態性方面來看，大多數實體瘤會由於其在代謝、免疫逃逸、組織形成方面的多能性，會在多方面限制免疫系統對其的控制和殺傷，加之腫瘤幹細胞、腫瘤細胞的高異質性以及循環腫瘤細胞等實體腫瘤表現出的多態性，導致特異性單一靶向的免疫細胞無法有效治療實體腫瘤。

（圖片引自DouglasHanahanand Robert A. Weinberg，Hallmarks of Cancer: The NextGeneration，cell，2011）

當然，針對實體腫瘤這些「特徵」，科研工作者們在CAR這種結構基礎上有各種新的嘗試，例如雙特異性CAR-T、iCAR策略、靶向腫瘤特異性糖基化靶點、混合多靶點CAR共轉等解決靶點問題，聯合免疫檢查點抗體、敲除pd-1、pd1胞內轉換共刺激受體、沉默/敲低pd-1受體等策略解決免疫抑制問題，四代CAR-T攜帶趨化因子/IL-2/12/15等解決趨化浸潤及聯合其他免疫細胞問題等。

（圖片引自Andrew D. Fesnak, Carl H. June and Bruce L. Levine，Engineered T cells: the promise and challenges of cancerimmunotherapy，Nat Rev Cancer.2016）

但這些嘗試，都不約而同地忽略了一些共同的問題，T細胞本身優勢和免疫系統優勢的進一步組合優化及T細胞自身內部對其自己的調控，比如靶向，比如趨化，比如浸潤，比如微環境中T細胞表型變化，比如T細胞按照CAR的激活方式激活後其胞內信號通路的改變及其在實體瘤免疫微環境中的適應性（這一點思考清楚了也許就能明白TCR-T為什麼在一些實體瘤中表現優於CAR-T）等，這些問題，都可以通過T細胞自身靶向方式調控、胞內信號形成及傳導方式調控、表型調控等方式實現，而這，恰恰是需要我們針對實體瘤特徵去按照T細胞自身生物學特性在它自己身上進行進一步挖掘的地方。

所以，我認為CAR-T還有很多很多可以做的地方，當然，除了對它本身的改造，還有具體應用方式上也有一些開創性工作需要我們去做，近期我正在摸索。總的思路是，針對實體瘤特徵，盡量挖掘和發揮T細胞及免疫系統天然的免疫學特徵優勢，在此基礎上通過人工改造，通過集成和優化手段，賦予CAR-T新的突破傳統T細胞行為的功能（新的靶向行為、新的激活信號形成方式、藥物及免疫因子等的輸送載體、新的免疫調控功能、新的趨向行為、新的微環境調控及生成行為等），也就是仿生和人工改造優化並舉。下面就兩個關鍵性的方面，我舉幾個例子談談我的一些思考，僅供大家探討批判。

什麼是新的靶向方式呢？

CAR-T相比較於天然的T細胞，其靶向方式本身已經經過了創造性的改造，賦予其繞過MHC限制性靶向這一優點，而在這一單鏈抗體結合T細胞提供其靶向結合的方式，還有哪些方面可以進一步改造優化呢？既然CAR這種結構是來源於不同免疫細胞或成分結構經人工改造組合，那麼靶向問題這方面的拓展，就要回歸到免疫系統本身的優勢上面來。我們可以思考胞外單鏈抗體的靶向及其結合特性還有哪些可以嘗試改進或者改變的地方，可以進一步提高特異性，或者實現對TAA的輔助識別基礎上的量化靶向以提供T細胞不同程度的激活狀態，比如單鏈抗體親和力的不同狀態下的調控，比如linker修飾調控單鏈抗體和抗原的結合，比如單鏈抗體選取的抗原表位位置對激活狀態的影響（這一點在實體瘤組織中是否成立還需要進一步研究，同樣的，對CAR結構做類似於TCR信號形成中力學研究方面的研究和改造不僅僅需要在體外成立，更重要的是在實體瘤組織中有效，因為這是一個三維的力學空間及多種混合細胞群體互作狀態）等。這是針對單一明確靶點的靶向。

那麼，是否可以將抗體識別的多樣性優勢賦予CAR-T，以實現對實體瘤高異質性問題的有效解決？

讓免疫系統自身的優勢經過組合發揮這樣的作用，值得嘗試，這就是「讓免疫的回歸免疫」的初衷，我最近摸索設計的一個CAR-T在實體瘤治療中的應用方式，就是基於這一點，讓免疫系統的優勢組合自己去尋找靶點，為實體瘤患者做個體化篩選匹配。這樣的方式，相比較於傳統的基於測序尋找靶點的精準醫療範式而言，是更加直接進行個體化匹配和篩選靶點的方式，直接產生個體化匹配的細胞產品，免去neoantigen的篩選及其對應的TCR-T製備或者TILs的分選擴增等複雜工作。可以說這是讓腫瘤的精準醫療模式突破單純的測序依賴性，而通過免疫系統的多樣性優勢與個體化動物模型的更充分應用和優化組合，使免疫系統自己代替人工解決腫瘤免疫治療的難題。當然，這一應用方式需要解決外周免疫耐受調控和人源化模式動物的有效構建和利用。

那麼，什麼是新的激活信號形成方式呢？

從CD19CAR-T在B細胞系腫瘤的臨床治療療效和眾多的CAR-T在基於實體瘤的基礎研究來看，CAR的胞內信號形成中將第一信號第二信號進行嵌合，由同一受體或多受體同時進行激活這一形式是能夠有效的提供給T細胞激活和增殖信號的，然而，這種信號形成方式在實體瘤微環境中，面對腫瘤細胞和腫瘤相關免疫抑制細胞的相互作用，尤其是在實體瘤組織三維立體形態中，面對多細胞集群時，是否還能提供有效的激活和增殖信號？我們需要明確的一點是，同一受體同時激活雙信號的形式，意味著會被抑制性受體同時抑制，也面臨著高異質性的挑戰，而雙信號分開獨立到兩個受體的形式又面臨著免疫突觸的無法有效集簇，導致結合的不穩定（要明白TCR-T還具有CD4/8結合MHC提供第二結合力）及殺傷效應分子釋放不足導致的殺傷效力不足。所以，在面對多細胞群體立體聚集狀態時，CAR-T的激活和殺傷信號形成應該更多考慮免疫突觸的有效調控。

另一方面，在面對包括腫瘤細胞自身及腫瘤相關抑制細胞的免疫抑制受體作用時，結合免疫檢查點抗體在解決免疫抑制的同時意味著引進解除免疫抑制所帶來的副作用，而敲除或敲低免疫抑制受體意味著面臨CAR-T失控風險，這方面，如能夠結合胞外配體蛋白基礎上按照universal形式應用的CAR-T如能夠在體內很好地進行對CAR-T激活的調控，或者結合人工添加的調控及自殺開關，還有一點希望。但這些組合方式，都會對臨床應用帶來更多的不可控因素以及增加應用難度和患者負擔。

那麼，胞內調控呢？

我們可以在對T細胞信號形成的仿生學基礎上，結合信號轉導和形成的基礎，進行創新性改造工作，使T細胞的信號形成越過CAR這種胞內信號形成方式，同時通過該受體的信號形成及轉導，在胞內對免疫抑制信號轉導進行抵抗，對免疫突觸的形成和定向集簇進行有效控制，提供給T細胞定向專一性殺傷的特徵。這方面，可以參考CAR-T研究早期的一些文獻中對CAR的結構摸索方面以及近幾年對CAR結構改造優化方面一些研究，結合T細胞信號通路及其他信號通路調控改造相關研究進行一些思考。

當然，除了上述一些列舉的問題和解決方式的思考，CAR-T應用於實體瘤治療還有許多問題及可以嘗試的地方，諸如突破腫瘤基質細胞屏障更好地進行浸潤、增強CAR-T在實體瘤微環境中的代謝競爭、實體瘤微環境中免疫耐受機制的反嚮應用以調節和改善腫瘤微環境、「冷腫瘤」的預處理使之變成「熱腫瘤」等等吧，這些需要CAR-T挑戰的難題同時也給CAR-T帶來了更多可以改進的地方，我們需要打開思路，在「仿生學」基礎上更多地進行人工改造優化，將更多的免疫系統的優勢集合到T細胞身上，使其發揮作用。這一思路除了因為CAR-T這種形式的應用取得最優秀的免疫細胞臨床治療效果之外，另一個原因是，患者需要一種最簡單最有效的治療方式，臨床結果的評估也要求最簡單有效，製藥工業化也需要最簡單優化有效的產品。所以，讓CAR-T通過最簡單的方式更多地進行胞內調控和發揮多方面作用，將更有利於其在解決實體瘤治療複雜難題的同時確保其按照藥品進行臨床應用。

另外，據這兩天的消息報道 KITE 已向FDA提交他們的CAR-T產品KTE-C19的生物製品許可申請，產品取名為axicabtagene ciloleucel（確實挺難讀的，難道簡稱AXIC，愛克斯克？），恭喜他們，希望進展順利！我們國內的CAR-T產業界，經過五月事件和產業陣痛，現在市場趨於理性和規範，近期據韓為東教授微信消息透露，他們團隊和CBMG合作的CD19CAR-T產品已完成產業化升級，近期通過CFDA備案已開始按照藥品正規流程進行I期臨床試驗，祝賀韓教授！同行們需要加油，一起努力加快進度。

後記——

人類與癌症的戰爭經歷了多少代人，近幾年腫瘤免疫治療的發展，讓我們似乎看到了勝利的曙光，而精準醫療及各種「計劃」，都希望能為這一勝利的到來貢獻一份力量，而我作為一個創業者，雖然面臨著各種困難，背後支撐我的，除了團隊給予我的信任和支持，更多的是我早期的攻克癌症的理想，我想這也是大多數癌症研究工作者和相關產業工作者的理想，所以我知道，我並不是一個人在戰鬥，希望我們能夠廣泛合作，共同致力於攻克癌症這一非常有意義的事業！在此藉助細胞培養俱樂部微信公眾平台分享我作為初學者和這個領域初生牛犢的一些思考，歡迎同行老師前輩朋友們批評指正交流，共同進步，早日實現我們共同的理想。

作者簡介：