盘点TCR-T细胞疗法
作者 l 郭佳 来源 l 维渡纵横
一
TCR-T疗法简介
2002年,Rosenberg团队率先发现从黑色素瘤中分离出的肿瘤浸润淋巴细胞(Tumor infiltrating lymphocyte,TIL)经体外扩增回输后,可以特异性杀伤肿瘤细胞,但在其他肿瘤中TIL不易获取且体外扩增时间长,扩增后多为终末分化的T细胞,持续抗肿瘤效果较弱。在这样的背景下,科学家探究能否在正常外周血淋巴细胞(Peripheral blood lymphocyte,PBL)上导入已知的抗原特异性TCR基因进行治疗,这便是TCR-T细胞治疗的由来。
TCR(T cell receptor)是T细胞表面的特异性受体,以非共价键与CD3结合,形成TCR-CD3复合物,通过识别并结合MHC呈递的抗原从而激活T细胞,促进T细胞的分裂与分化;其作用机制是向普通T细胞中引入新的基因,使得改造过的T细胞能够表达有效识别肿瘤细胞的TCR,从而引导T细胞杀死肿瘤细胞。
TCR-T与CAR-T疗法类似之处是对患者自身的T淋巴细胞进行体外改造,然后回输到患者体内。
但两者识别抗原的机制截然不同:TCR作为T细胞治疗中的抗原识别元件,能够识别更大范围的潜在的肿瘤特异性抗原,特别是对低水平变异的胞内抗原的超敏感性识别,而CAR仅仅识别肿瘤细胞表面抗原。实体肿瘤的免疫抑制肿瘤微环境和肿瘤细胞表面的肿瘤相关抗原表达率较低(1-10%),而将近90%的细胞蛋白位于细胞内,限制了CAR-T在实体肿瘤的临床应用,而TCR-T则可以发挥更好的对抗实体瘤的效果。
另外,TCR在基于T细胞治疗中具有的结构性优势还包括其受体结构中有更多的亚单位,免疫受体基于酪氨酸的激活基序(ITAMs)更多,对抗原的依赖性更小以及更多的共刺激受体(CD3,CD4,CD28等),具有低MHC亲和力范围的TCR就可以有效的激活T细胞[1]。
TCR-T技术在发展过程中经历了四次迭代:
第一代TCR-T是从患者T细胞中分离出肿瘤抗原特异性识别的T细胞亚群,经体外扩增后回输治疗。由于这种T细胞克隆数量极少,个体差异很大,因此很难产业化。
第二代TCR-T是通过克隆上述肿瘤抗原特异性识别的T细胞,获取其TCR基因序列,再转导至患者的外周T细胞上,这种方法使得TCR-T产业化成为可能。
第三代TCR-T是通过优化TCR的亲和力,使其能够更好地识别肿瘤抗原,再将其转导至患者T细胞上,整体提高TCR-T的成药性。
第四代TCR-T是靶向肿瘤新抗原(neoantigen)的高特异性细胞疗法,肿瘤应答和安全性大幅提高,但由于个体突变差异,治疗可及性还有待进一步研究。
二
TCR-T疗法聚焦实体瘤
三
TCR-T疗法的挑战
TCR-T细胞免疫疗法已经取得很多突破,目前还需要解决优化几个层面的难题[2]。
01
靶点/抗原筛选
高效的TCR筛选及开发是这个领域共同的挑战。
人类肿瘤抗原主要分为两类:肿瘤相关抗原(癌-睾丸(CT)抗原、过表达抗原、分化抗原)和肿瘤特异性抗原(新抗原、肿瘤病毒抗原)。虽然TCR-T可以针对所有肿瘤抗原,但目前已经获得证明其安全有效的靶点仍然有限,目前大部分TCR-T临床试验针对的靶点是癌-睾丸抗原和肿瘤病毒抗原,其中最多的是NY-ESO,开发数量占比高达37%,后来者应警惕不要在该靶点上扎推。
2004-2019年TCR-T疗法的靶向抗原分布
筛选最佳亲和力阈值的TCR也是一个难点,一方面需要尽可能筛选出那些对抗原具有高亲和力的TCR以增强免疫反应,但也需要控制其亲和力,超生理的TCR亲和力会损伤T细胞,对TCR的pHLA结合特性的修饰会导致针对自身抗原不可预测的交叉反应,可能导致严重的不利事件。
最新一代针对新抗原的TCR-T技术的挑战在于如何有效识别这类抗原。Kite Pharma公司在细胞群和单细胞层面采用HTS-IR技术以及TraCeR和单细胞TCRseq等计算生物学方法,用于重建TCR和鉴定具有免疫原性的新抗原;国内的泛恩生物和可瑞生物则是利用流式分选患者肿瘤抗原特异性的T细胞,然后利用单细胞技术快速获得识别这类抗原的TCR基因,再将其导入患者外周T细胞用于治疗。这些探索为分析T细胞的多样性、动力学提供了新的工具,更多工具仍需生物信息学技术的进一步开发。
除此之外,TCR必须与患者的人类白细胞抗原(HLA)等位基因相匹配才能识别这些pMHC并杀伤癌细胞,所以筛选合适的HLA配型也非常重要,这也是为什么国外的TCR-T不能直接在国内应用的原因之一。
02
安全性和质控
03
生产体系和成本
TCR-T产品在生产原材料、生产工艺、过程控制、辅料、包装容器、稳定性等方面与CAR-T 细胞产品有相似之处,在质量评价方面可参考相关的指导原则和考虑要点,如国内《细胞治疗产品研究与评价技术指导原则(试行)》、《细胞治疗产品申请临床试验药学研究和申报资料的考虑要点》及国外如美国FDA和欧盟EMA 先进疗法相关的指导原则。
04
克服免疫逃逸
四
免疫细胞疗法市场规模
根据头豹研究院数据[3],2014至2018年中国细胞免疫治疗行业市场规模从570.6亿元增长至925.4亿元,年复合增长率达到12.9%。未来五年,细胞免疫治疗行业市场将在规范管理中保持理性化增长,年复合增长率为10.4%,预计2023年市场规模将达到1520.7亿元。
中国细胞免疫治疗行业市场规模持续增长的原因,主要基于以下三个方面:
01
癌症发病率攀升
2020年各国癌症新发病例数和中国癌症新发病例数前十的癌症类型
受经济、社会、环境及生活方式等多种因素变化影响,中国恶性肿瘤患病人数逐年增加,预计到2023年中国癌症年发病人数将达533.5万/年;当前CAR-T与TCR-T细胞免疫治疗费用大约在30-120万/人,随着未来CAR-T与TCR-T技术应用不断成熟,治疗费用将有所下降。中投顾问产业研究中心预测,在每年新增肿瘤患者中,有10%的人会选择CAR-T与TCR-T免疫细胞治疗,按照定价30万/人,则至2023年CAR-T与TCR-T肿瘤细胞免疫治疗市场规模可达1600亿元,与头豹研究院预测2023年市场规模将达到1520.7亿元基本一致。
02
全球药企积极布局
03
法规逐步健全
中国细胞治疗的法规与日本比较接近,都是“双轨制”,但也有些区别。日本医院的非注册临床试验(IIT)可以在证明安全和有效性后,直接申请条件性限制性准入许可而上市;在国内,如果非注册临床试验(IIT)能完全按照注册制临床试验的要求来做,经得起核查,可以减免I期临床试验;美国则需要完全按照新药注册的形式,先申请IND之后才能进入人体临床试验。预计中国的法规会继续存在双轨制,而IND和BLA申报方面也会学习FDA/EMA的管理要求,朝着更严格的法规要求去倾斜。
随着《人体细胞治疗研究和制剂质量控制技术指导原则》、《细胞治疗产品研究与评价技术指导原则(试行)》、《基因治疗产品非临床研究与评价技术指导原则(征求意见稿)》、《免疫细胞治疗产品临床试验技术指导原则(征求意见稿)》等法规的陆续出台,中国细胞治疗越来越规范并且有依据可循,更加催生行业的快速发展。
04
商业保险
五
TCR-T代表性企业
截至目前,全球尚未有TCR-T产品获批上市,全球尚未有企业递交BLA上市申请。选取几个代表性TCR-T企业:
Immunocore成立于2008年,是德国Medigene的一部分,主要致力于基于TCR技术的免疫治疗,目前在美国纳斯达克上市,截至2021年7月30日市值14.1亿美元。
Immunocore开发了高创新度的免疫治疗技术平台,基于该平台的产品被称为ImmTACs(Immune mobilising mTCR Against Cancer)。ImmTACs是一类基于该公司TCR专利的新生物药,具有治疗癌症、自身免疫性疾病和病毒感染的潜力。Immunocore公司正在创建一个靶向癌细胞的肽的数据库,以便设计出能够靶向这些癌细胞且回避健康细胞的T细胞受体,从而将副作用降至最低。
候选药物IMCgp100已经进入III期临床研究,用于治疗耐受性良好且未检测到耐药抗体的恶性黑色素瘤,预计2021年第三季度提交BLA上市申请。
Immunocore研发管线
Adaptimmune成立于2008年,2015年5月于纳斯达克上市,截至2021年7月30日市值5.55亿美元。
公司独特的SPEAR(Specific Peptide Enhanced Affinity Receptor)T细胞平台能通过对T细胞的改造,让T细胞可以靶向和摧毁包括实体瘤在内的多种恶性肿瘤细胞。公司首个产品NY-ESO已经转让给GSK,GSK拥有全球的独家研发和推广权。目前公司产品MAGE-A4处于临床II期,AFP处于临床I期。
Adaptimmune研发管线
Adaptive Biotechnologies成立于2009年,最初的名字为Adaptive TCR Corporation,是一家通过利用适应性免疫系统的固有生物学来改变疾病的诊断和治疗的公司。截至2021年7月30日市值市值51.44亿美元。
2019年1月,Adaptive与罗氏旗下的Genentech达成合作。Adaptive将使用其研究性TCR发现平台来筛选患者体内最佳的TCR,Genentech则将根据Adaptive提供的生物信息来设计和制造TCR-T药物,Adaptive Biotechnologies一跃成为了TCR-T领域的明星公司。其拥有的TruTCR筛查平台可通过免疫测序和其他技术来鉴定和表征有效结合靶抗原的TCR。
Adaptive研发管线
Medigene成立于1994年,是一家总部位于德国慕尼黑的生物技术公司,致力于开发TCR-T和DC疫苗。
Medigene研发管线
TCR2 Therapeutics成立于2015年,并在当年10月完成了4450万美元的A轮融资,2019年2月纳斯达克上市,截至2021年7月30日市值市值4.75亿美元。
公司就像它的名字一样,重点发展TCR疗法。TCR2有一项其独有的技术优势,即TRuCTM平台,优势在于可以不通过HLA匹配,本身就包括完整的TCR复合体。通过将肿瘤抗原结合体如scFV、sdAb和Fab等直接连接到TCR复合体上,新的结构能够在不需要HLA的情况下识别肿瘤细胞表面高度表达的抗原,利用完整的TCR机制来激活T细胞功能。目前公司有一款TCR-T产品处于临床I期试验。
TCR2研发管线
香雪精准医疗技术有限公司(XLifeSc)成立于2015年,是以细胞免疫治疗为切入点,具有国际领先水平的前沿生物技术的医药企业。XLifeSc主要致力于研发具有我国自主知识产权的针对肿瘤的特异性T细胞过继免疫治疗的新方法(TCR-T免疫治疗技术),该技术具有手段创新性、独特性和高效性,达到国际先进水平。XLifeSc已建立了从TCR-T 产品研发、制备、质控、产品产业化到临床转化的全覆盖的研发平台,有覆盖绝大部分群体基因型的产品管线。目前XLifeSc已成功开发了抗原特异性高亲和性T细胞受体转导的自体T细胞疗法(TAEST),第一款产品TAEST16001注射液已获得国家药监局批准进入新药临床试验,是中国首个进入注册制临床试验的TCR-T细胞药品。
香雪精准研发管线
天科雅专注于肿瘤免疫细胞治疗的研发与产业化,其TCR/CAR-T开发平台,病毒和细胞改造及生产技术平台处于国际领先地位。公司有三大平台:1)TRUST平台,使用包括单细胞测序、转录组数据分析等工具,同步分析TCR的转录水平与功能性作用来降低假阳性率,目前公司利用TRUST平台筛选出超过20个新靶点TCR;2)CHECK-T技术平台,利用病毒改造T细胞。在病毒中加载两条序列,分别表达TCR和对抗肿瘤微环境、减轻免疫抑制的组件,再转染T细胞做成TCR-T产品;3)TURBO-T应对肿瘤的异质性难题,在TCR-T产品开发中加载肿瘤微环境修复因子,激发体内免疫以对抗肿瘤异质性。
公司第一批进入临床试验的管线针对的是因病毒感染而引发的肿瘤,如EBV、HPV,目前处于IIT阶段。
天科雅研发管线
可瑞生物由多位北大校友和留学归国人员共同创立,致力于抗肿瘤免疫治疗技术的研发、基因编辑产品的开发和服务,以及遗传疾病基因治疗的探索。
现有的TCR优化需要经历复杂、繁琐的体外突变文库建立、噬菌体展示和亲和力优化等环节,而且并不能得到最优的治疗性TCR。针对这些瓶颈,可瑞生物发展出了TCR亲和力优化技术SMART-TCR,简化并改进了现有的TCR方案。SMART-TCR系统也是分为三个模块:1)制备TCR的多样性库;2)通过阳性选择获得高亲和力的TCR;3)通过阴性选择排除非特异性的TCR。SMART-TCR系统有两个典型特点:1)整个系统的效率很高,它是一个闭环运行的闭环系统,可以连续进行多轮次的亲和力进化,把亲和力逐步提高,整个系统运行的时候,需要的人力比较少。2)公司在系统里整合了非特异性排除的模块,这使得从系统输出的TCR既提高了亲和力,同时又不会对人正常抗原发生非特异反应。
公司将于2021年下半年启动“晚期宫颈癌TCR-T细胞产品”的患者招募,启动针对结直肠癌/胰腺癌的IIT准备,并有MAGE、AFP和多种靶点的双特异性TCR蛋白药产品在研。
可瑞生物研发管线
优替济生的策略是基于细胞工程技术平台,对T细胞本身进行改造,同时通过反转肿瘤微环境来让TCR-T或CAR-T更好地发挥作用,避免免疫逃逸问题。公司的核心技术LACO-stim旨在通过反转肿瘤微环境来增强T细胞功能,如将PD-L1/PD-1抑制性免疫微环境的信号转换为T细胞的“第二信号”,不但解除了微环境对T细胞的抑制作用,还使得T细胞具有更强的杀伤能力和更长的持久性。
优替济生优先开发的产品选择了四个相对安全的靶点:CD19、NY-ESO-1、Mesothelin、HER2,适应症涵盖血液瘤和实体瘤,产品均处于临床前的药物发现阶段。
RootPath是一家临床前阶段生物技术公司,利用世界领先的超高通量的 DNA 片段组装和基因合成技术,率先开发了合成免疫学平台,这一平台使得个体化、多克隆、肿瘤反应性TCR-T治疗成为可能。RootPath 的技术可以同时解决三个问题:1)用多个TCR 避免逃逸;2)用自体TCR要保证安全;3)用外周血T细胞作为载体保证T细胞的功能。
RootPath目前主要关注的是中等免疫原性的实体瘤,包括结直肠癌、非小细胞肺癌,头颈癌、胃癌。
六
展望
Adaptimmune 和Immunocore已经由新锐成长为了领头羊,国内外医药巨头诺华、恒瑞、复星也悄然布局,TCR-T对于实体瘤的效果值得期待,虽然还有不足之处,但随着技术的革新和积累,让我们看到人类距离攻克癌症的那天越来越近。