三位顶级科学家分别发表权威论文，引领实体瘤CAR-T结构改造新方向丨医麦精品汇

今天是2018年3月7日

农历正月二十

医麦客：针对实体瘤的新一代CAR设计

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2018年3月7日/医麦客 eMedClub/--众所周知，常规的CAR-T细胞疗法是因为能够有效治疗恶性血液肿瘤而名声大噪，在刚刚过去的2017年，两款CAR-T产品的获批上市，为之前无药可治的许多晚期血液肿瘤患者，带来了治疗甚至治愈的希望。然而，相比于在恶性血液肿瘤领域里的顺风顺水，CAR-T在实体瘤领域的临床进展可谓是举步维艰，收效甚微，主要挑战仍然存在！

CAR-T细胞(图片来源 explorecarttherapy.com)

尽管如此，众多的科研工作者对于CAR-T在实体瘤方面的尝试却从未停止，他们长期致力于CAR-T的改造和优化，以期将更多的适应症纳入到这一突破性技术的治疗范围中。

超级CAR-T

消除多种实体瘤并预防复发

近日，由日本科学家Koji Tamada(玉田耕治)教授领导的研究团队通过将IL-7以及CCL19基因转入CAR-T细胞制备出了能够有效杀伤肿瘤的“超级CAR-T细胞”，而且值得注意的是，相比较于常规的CAR-T细胞疗法，新一代CAR-T的抗肿瘤效果提高了至少4倍，能够让荷瘤小鼠几乎100%生存。另外，在消除实体瘤100天之后，再次接种癌细胞，也无法形成肿瘤。这一重磅研究于2018年3月5日在线发表在顶级学术期刊《Nature Biotechnology》上。

Koji Tamada(玉田耕治)教授(图片来源 bio.nikkeibp.co.jp)

先前的研究表明，淋巴组织中的网状成纤维细胞可以分泌趋化因子IL-7以及CCL19，其中CCL19可以募集外周T细胞及树突状(DC)细胞进入淋巴组织，而IL-7在促进T细胞增殖同时还能够维持T细胞的稳定。

左图表示正常的表达CAR(嵌合抗原受体)的质粒，右图表示CAR、IL-7、CCL19共表达质粒(图片来源 nature)

基于此项研究基础，Tamada教授对CAR-T细胞进行了改造，使其表达IL-7和CCL19两种趋化因子，以期在治疗肿瘤的同时能够招募更多的T细胞以及DC细胞进入肿瘤组织，共同作战。研究人员将新一代CAR-T命名为7×19 CAR-T。

7×19 CAR-T(图片来源 amed.go.jp)

在体外实验中，相比较于常规CAR-T，7×19 CAR-T(表达IL7和CCL19)的增殖能力增加了两倍，募集免疫细胞的能力至少要高出5倍。而且IL-7受体抑制剂能够完全消除7×19 CAR-T被增强的增殖能力，CCL19受体抑制剂同样也可以完全消除7×19 CAR-T的募集免疫细胞的能力。

在肥大细胞瘤小鼠模型中，接受7×19 CAR-T治疗的小鼠的存活率几乎为100%(红色)，而常规CAR-T治疗的存活率只有30%左右(蓝色)，CPA为环磷酰胺(图片来源 nature)

在肥大细胞瘤小鼠模型中，7×19 CAR-T完全消除了所有实验小鼠的肿瘤，生存率达100%，并且在140天的观察期内没有出现复发的迹象。而采用常规CAR-T疗法的肿瘤小鼠生存率只有30%左右。而且在接受7×19 CAR-T治疗的肺癌和胰腺癌小鼠模型中，生存率几乎都达到了100%。

红色部分表示T细胞、绿色表示浸润性DC细胞，(右)7x19 CAR-T细胞治疗之后，T细胞及浸润性DC细胞显著增加(图片来源 nature)

活体小鼠成像以及组织活检显示：7x19 CAR-T细胞治疗之后，实体瘤内的T细胞及DC细胞的数量显著增加，而采用常规CAR-T治疗的小鼠，其肿瘤组织中的T细胞和DC细胞则很少，几乎都在肿瘤组织的外围。

接受7×19 CAR-T治疗的小鼠，肿瘤完全消退(图片来源 nature)

此外，该研究团队还证明了，单次输注1×10⁶个 7×19 CAR-T细胞的抗肿瘤效果比输注4×10⁶个常规CAR-T细胞还要好。换句话说，就是7×19 CAR-T治疗实体瘤的效果是常规CAR-T的至少4倍。

安全性方面，研究表明，7x19 CAR-T输注后主要是存在于肿瘤组织部位，而不存在于身体的其他部位，安全性较高。目前，Tamada教授的团队正在和Noiruimyun Biotech公司就临床合作事宜进行商谈。

新型CAR-T细胞

包含JAK STAT信号域

2018年2月，多伦多大学(U of T)医学院的免疫学副教授及其大学医疗网络(University Health Network)的同事和日本的Takara Bio公司共同开发了一种新的CAR-T技术。研究表明，这种新一代CAR-T细胞具备更持续有效的扩增能力以及抗癌活性，并且在人源癌症的免疫缺陷型小鼠体内对抗特定肿瘤的效果更好。相关研究结果公布在最新一期的《Nature Medicine》期刊上。

新型CAR技术的主要发明人- Naoto Hirano，专利申请已提交(图片来源 多伦多大学)

这种新一代CD19 CAR编码来自白细胞介素(IL)-2受体β链(IL-2Rβ)和STAT3结合酪氨酸-XX-谷氨酰胺(YXXQ)基序的截短的细胞质区(cytoplasmic domain)以及TCR信号(CD3z )和共刺激(CD28)结构域(以下简称28-ΔIL2RB-z(YXXQ))。28-ΔIL2RB-z(YXXQ)CAR-T细胞显示JAK激酶与STAT3和STAT5转录因子信号传导途径的抗原依赖性激活，其促进了体外T细胞的增殖能力，并防止成体终末分化。

另外，研究人员还比较了BB-z和28-ΔIL2RB-z(YXXQ)-T细胞对抗体内原代CD19 + B-ALL细胞的疗效。结果表明CAR-T细胞的存在显著延迟了白血病的进展，相比较于BB-z CAR- T细胞，28-ΔIL2RB-z(YXXQ)CAR-T细胞在外周血中表现出了更好的持久性。最后，研究人员还测试了CAR-T细胞中的JAK-STAT途径活化是否可以改善其对实体瘤的治疗效果，他们将各种CAR工程化的T细胞过继转移到皮下接种了用CD19(A375-CD19)转导的A375黑素瘤细胞的NSG小鼠中。如在白血病的小鼠模型中所见，28-ΔILRB-z(YXXQ)CAR-T细胞在外周血和肿瘤中表现出优异的扩增能力，从而能够发挥更强的抗肿瘤疗效。也就是说，与单独表达CD28或4-1BB共刺激结构域的CAR-T细胞相比，28-ΔIL2RB-z(YXXQ)CAR-T细胞在血液和实体肿瘤模型中表现出优异的体内持续性和抗肿瘤效果。另外，Hirano的新一代CAR设计可以用于任何CAR T细胞，与抗原特异性无关，不受其靶向的特定肿瘤的影响。

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Carl June

领衔新一代CAR设计

大多数CAR-T细胞治疗实体瘤的总体有效性不够理想的临床试验都报道了T细胞持续性差的问题。而决定CAR-T细胞持久性的因素很多，包括患者的预处理情况、细胞体外培养的条件、T细胞耗竭的产生以及免疫系统对重组蛋白的免疫反应等。与此同时，还需要注意的是，CARs的分子设计也可能会强烈影响T细胞的扩增和持续性，并且是研究工作的重点之一。

Carl June教授(图片来源 parkerici.org)

2018年1月，由CAR-T元老级人物Carl June教授领导的研究团队在权威学术期刊《JCI insight》发表的最新研究成果表明：通过ICOS和4-1BB刺激能够增强CAR-T细胞的持久性。与含有CD28或4-1BB胞内结构域的CARs相比，ICOS胞内结构域与CARs的结合增强了Th17极化细胞的有效性和体内持续性。

在临床前实体瘤模型中，CAR中加入ICOS和4-1BB强烈地增强了CAR-T细胞的持续性和抗肿瘤活性，但只有当ICOS靠近细胞膜并与ICOS TM(跨膜结构域)连接时，这种情况才会发生。

在具体的实验操作中，研究人员将表达不同CAR的CD4+ 和CD8+ T细胞以1：1混合注入到小鼠体内后，发现表达ICOS-CAR的CD4+ T在增加自身持久性的同时，还能够提高共同注射到到小鼠体内的CD8+ T细胞的持久性(在非小细胞肺癌的小鼠模型中获得了最佳的抗癌效果)。

在进一步的研究中(临床前实体瘤模型中)，科学家们将ICOS和4-1BB都加入到了第三代CAR-T的胞内结构域(ICOSBBz-CAR)，结果表明，相比较于表达ICOS-CAR的CD4+ T细胞与表达BBz-CAR的CD8+ T细胞的组合。当CD4+ 和CD8+ T细胞都表达ICOSBBz-CAR 时，这些T细胞不仅持久性得到了显著的提高，抗肿瘤疗效也达到了最佳水平。

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综上，我们可以看出，随着研究人员对肿瘤微环境以及其他影响CAR-T 细胞抗肿瘤作用的因素的研究越来越透彻，这一领域一定会得到长足发展。

参考出处：

doi:10.1038/nbt.4086

https://www.amed.go.jp/news/release_20180306-02.html

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