OX40信号传导助力CAR-T，有望扩展现有适应症丨医麦黑科技

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2021年2月1日/医麦客新闻 eMedClub News/--CAR-T细胞，全称为嵌合抗原受体T细胞，利用基因工程技术，可使T细胞具有靶向特定蛋白的能力，能直接与肿瘤细胞表面的特异性抗原相结合而被激活，从而有效地靶向和消灭癌细胞。

CAR模块化设计通常包含以下主要组件：细胞外抗原结合域（源于单链抗体scFv）、铰链、跨膜结构域、CD3ζ信号传导结构域（即激活区）、以及一个或多个共刺激结构域（例如4-1BB）。

对CAR的四个模块组件的创新设计，有望提高CAR-T细胞治疗的安全性和有效性，扩大其在肿瘤治疗领域的应用范围，促进快速、可靠和高效地生产CAR-T细胞。

CAR-T细胞疗法已经发展至第四代CAR，第一代CAR的胞内结构域中只有信号传导结构域，没有共刺激域，CAR-T细胞活性差，体内存活时间短，第二代和第三代CAR分别引入了一个和两个共刺激分子，第四代CAR则还引入了促炎症细胞因子。

超越传统结构的CAR设计，将是解决目前限制，并将CAR-T细胞的使用扩展到更广泛的恶性肿瘤中所必需的，因此，许多研究团队正在积极探寻新的方向。

2021年1月27日，上海交通大学杨选明团队在Science Translational Medicine期刊上发表一篇题为“A chimeric antigen receptor with antigen-independent OX40 signaling mediates potent antitumor activity”的研究论文。研究表明，OX40共刺激信号能够显著增强CAR-T抗肿瘤作用。

OX40共刺激信号的优势

这项研究中，科学家们开发了一种含非抗原依赖性OX40共刺激信号的CAR。

共刺激信号传导对于T细胞的增殖和活化至关重要。OX40信号传导可通过上调编码Bcl-2家族成员的基因减少CAR-T细胞凋亡，并通过增加NF-κB（核因子κB），MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）和PI3K-AKT（激酶AKT的磷酸肌醇3-激酶）途径的活化来增强增殖。除此之外，OX40信号传导可增强CAR-T细胞的细胞毒性，并减少细胞衰竭，从而在免疫抑制性肿瘤微环境中保持了CAR-T的功能。

该研究显示，相比于已广泛得到应用的第2代CAR-T细胞，该方法有以下优势：

▲ 图片来源：Science Translational Medicine

• 肿瘤细胞介导的OX40组成性信号传导，增强了CAR-T细胞（抗原重复暴露后）的增殖和细胞毒性；

• OX40信号提高了抗肿瘤作用，同时减少了CAR-T细胞的衰竭；
• OX40信号提高了CAR-T细胞在体内的持久性、细胞增殖和肿瘤杀伤作用；
• 组成性表达OX40在临床背景下是有效且安全的。

▲ 图片来源：Science Translational Medicine

该方法为CAR-T优化提供了新的选择，有望克服CAR-T应用于淋巴瘤或实体瘤的挑战。

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CAR优化策略

已上市的CAR-T产品中，诺华的Kymriah、吉利德旗下Kite公司的Yescarta和Tecartus（KTE-X19），都是二代CAR；Kymriah用的是4-1BB共刺激域，Yescarta和Tecartus使用了CD28共刺激域。

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CAR-T已在B细胞恶性肿瘤中表现出令人鼓舞的成绩，但是仍面临着细胞因子风暴（CRS）、神经毒性的挑战；另外，CAR-T在实体瘤中的仍然困难重重，抗原异质性、包括免疫抑制性微环境（TME）、厚实的细胞外基质等。

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不过，对CAR-T的额外工程有可能赋予细胞治疗产品，克服这些挑战所必需的新特性。以下是CAR-T疗法的部分优化策略：

➤➤➤ 全人源化CAR-T

CAR是以抗体的scFv（单链可变区）识别肿瘤抗原的，scFv序列是CAR-T研发中的核心技术，筛选一个合适的scFv序列，时间成本和费用成本都不低，且人源化的比鼠源更高，但以“人源化”CAR-T代替“鼠源化”CAR-T可降低排斥作用和复发率，提高CAR-T的安全性和有效性。

scFv由重链、轻链以及之间的linker连接而成，将不同的重链和轻链随机组合，可以建成人源化的scFv组合抗体文库，再通过表达量、稳定性、与抗原的亲和力等指标进行筛选。目前已经有CD19，CD22，CD30，BCMA等全人源CAR-T用于临床试验。

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➤➤➤ 小分子“On/off 开关”

为预防CAR-T治疗相关毒性，装上“安全开关”CAR-T应运而生。尤其是小分子调控方式，鉴于小分子更广泛的针对性和可成药性，小分子“On/off 开关”成为目前实体较为理想的选择，特别是在CAR-T治疗实体瘤方面。但是由于小分子较差的药代动力学和药效学性质，小分子调控方式有较大的优化空间。

目前，有不少公司在研发携带安全开关的CAR-T细胞，例如Bellicum、Cellectis、Autolus Therapeutics、Poseida Therapeutics、Ziopharm Oncology以及Precigen等。

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▲ 图片来源：nature

➤➤➤ “逻辑门控”条件表达系统

合成生物学模式被用来增加CAR-T细胞对肿瘤细胞的特异性，这些肿瘤细胞是经过多种抗原检测的，以克服缺乏独特的肿瘤特异性抗原的问题。synNotch系统包括使用一个合成的Notch受体（synNotch受体）来识别一个TAA，其激活可诱导一个编码特异性靶向第二TAA的CAR表达，并包含T细胞激活域，从而创造一个“and”逻辑门控（logic gate），需要同时存在两个细胞表面抗原才能激活CAR-T细胞。

可供选择的策略基于逻辑门控and/or条件表达系统。逻辑门控and/or条件系统：针对特定TAA的CAR的表达依赖于另一种转基因TAA受体（比如synNotch受体）的激活，必须结合多个TAA才能完成CAR-T细胞激活；或者由与肿瘤微环境（TME）相关因素，比如缺氧（缺氧诱导因子，HIF）诱导表达。

基于此，人们也已经开发了相应的方法来限制CAR-T细胞活动的空间分布和持续时间，以限制全身的脱靶毒性。例如，利用低氧诱导因子1α（HIF1α）降解途径来限制，只有CAR-T细胞位于肿瘤低氧微环境是才表达CAR，从而减少对非恶性组织的负面影响(非恶性组织主要是非低氧状态)。

synNotch系统已被用于靶向表达抗原ROR1的肿瘤细胞，该抗原也存在于骨髓基质细胞和其他组织中;与单独靶向ROR1的传统CAR T细胞相比，门控上皮细胞粘附分子（EpCAM）或B7-H3作为二级抗原的表达可增加肿瘤细胞特异性，降低动物模型的毒性风险。然而，这种逻辑门控CAR-T细胞的缓慢激活可能会限制这种方法的有效性，而与逻辑门控效应类似的通过靶向多种抗原或通过其他刺激或抑制手段来提高特异性的策略也在开发。

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▲ 图片来源：nature

结语

近年来，CAR-T疗法迭代更新，发展迅猛。科学家们做出了相当大的努力来开发新的方法来克服CAR-T疗法的障碍并扩展现有的适应症。而对于淋巴瘤或实体瘤，我们相信越来越多的临床前/临床数据终将拼凑成一幅完整的拼图，使CAR-T细胞能在这一领域展示真实的能力。

参考资料：

1.https://stm.sciencemag.org/content/13/578/eaba7308

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