巨噬细胞疗法行业研究报告
作 者 | 郭维
编 辑 | 王哲、郭允乐
邮 箱 | vdcapital@vdcapital.net
微 信 | Yunle_G（维渡•生物经济交流群）
刊 号 | Vol.98
目 录
1. 巨噬细胞概述
1.1 什么是巨噬细胞
1.2 巨噬细胞的种类
1.3 巨噬细胞与肿瘤微环境
1.4 巨噬细胞治疗肿瘤
2. CAR-巨噬细胞新纪元
2.1 CAR的传奇
2.2 CAR-M横空出世
2.3 CAR-M的优势
2.4 CAR-M的挑战
3. CAR-巨噬细胞的商业化
3.1 Carisma Therapeutics
3.2 Myeloid Therapeutics
3.3 赛元生物
3.4 Inceptor Bio
3.5 巨世康济
3.6 鲲石生物
4. 结论与展望
Vol.1
巨 噬 细 胞 概 述
1.1 什么是巨噬细胞
巨噬细胞（英文名：Macrophages，缩写Mø）名字源自强大的吞噬能力，是除粒细胞（嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞）和树突状细胞（DC）之外的三种吞噬细胞类型之一，属于单核-巨噬细胞系统。巨噬细胞是人类免疫系统的精灵，它们与中性粒细胞一起，是感染的第一反应者。
图 1. 吞噬细胞家谱
巨噬细胞能吞噬和降解胞内寄生虫、细菌、肿瘤细胞、自身衰老和死亡的细胞，并能发挥机体的免疫防御、免疫自稳、免疫监视功能。 巨噬细胞还在向T细胞提呈抗原以及诱导其他抗原呈递细胞表达共刺激分子等方面发挥作用，从而启动适应性免疫反应。此外，在炎症初期，它们通过释放细胞因子和趋化因子发挥重要作用，这些细胞因子和趋化因子反过来将其他免疫细胞募集到炎症部位。
巨噬细胞的来源很多。组织驻留巨噬细胞可以从循环单核细胞中分化出来，循环单核细胞由骨髓中的造血干细胞发育而来，也可以在胚胎发育过程中在胎肝、卵黄囊或背主动脉附近的胚胎区域生成，因此在成年期独立于单核细胞而存在。前一种发育是通过单核细胞在稳定状态下或炎症时迁移到组织中实现的，随后分化为持续性的组织特异巨噬细胞，包括骨巨噬细胞（破骨细胞）、中枢神经系统（小胶质细胞）、结缔组织（组织细胞）和肝脏（库普弗细胞），以及肺泡巨噬细胞（噬尘细胞）、肠、脾和腹膜。小胶质细胞和库普弗细胞能够在存在白细胞介素34 （IL-34）的情况下自我更新，IL-34表达于这些组织，并与巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）的受体结合。由于它们分布和作用于多种不同组织和器官中，因此巨噬细胞具有多种形态和表型，巨噬细胞的寿命因所在组织器官而异，一般可存活数月或更长。
图 2. 巨噬细胞发育
单核细胞由骨髓中的“造血干细胞”发育而来，并经历几个分化步骤。单核细胞作为“常驻单核细胞”或有炎症时作为“炎性单核细胞”迁移到常驻组织中，迁移到组织后，分化为组织特异性巨噬细胞。
1.2 巨噬细胞的种类
巨噬细胞可以根据其功能和活化作用分为两种亚型：经典活化的M1巨噬细胞（促炎）、替代活化的M2巨噬细胞（抗炎）。
经典活化的M1型巨噬细胞显示出 Th1 样的表型，促进炎症、细胞外基质（ECM）的破坏以及细胞凋亡，倾向于引起慢性炎症和组织损伤；而替代性活化的M2型巨噬细胞则显示出Th2样的表型，促进ECM构建、细胞增殖以及血管生成，倾向于消除炎症反应和促进伤口愈合。
图 3. M1(左)和M2(右)巨噬细胞的分化
M1巨噬细胞主要通过天然和适应性免疫反应在Th1细胞募集、病原体抵抗和肿瘤控制中发挥作用，通常由病原体、LPS、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）和1型辅助性T细胞因子 （Th1）、干扰素γ（IFN-γ）活化。人M1巨噬细胞标志物：分泌型标志物包括IFN-γ、IL-1a、IL-1b、IL-6、IL-12、IL-23、TNF-α；表面标志物包括CD16、CD16/CD32、CD32、CD64、CD68、CD80、CD86、CD369 (Dectin-1)、Mer (MerTK)、MHC II；细胞内/转录因子标志物包括IRF5、STAT1。
M2巨噬细胞可由寄生虫或真菌感染、免疫复合物、凋亡细胞、巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）、IL-13、TGF-b和2型辅助性T细胞因子 （Th2）、IL-4、IL-33和IL-25通过Th2细胞替代活化。M2巨噬细胞又分为四种亚型：M2a、M2b、M2c和M2d。人M2巨噬细胞标志物：分泌型标志物包括IDO、IL-10、TGF-b；表面标志物包括CD115、CD204、CD163、CD206 (MMR)、CD209 (DC-SIGN)、FceR1、VSIG4；细胞内/转录因子标志物包括IRF4、STAT6。
1.3 巨噬细胞与肿瘤微环境
肿瘤细胞和肿瘤微环境是相辅相成的，肿瘤微环境的异质性和肿瘤患者对于免疫疗法的不同响应率存在密不可分的关系，已经有研究表明肿瘤免疫微环境和免疫治疗疗效之间的关联。
不同于血液瘤，实体瘤能够构建具有免疫抑制特性的"肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）"，主要由免疫细胞构成，如肿瘤相关巨噬细胞(TAM)、T淋巴细胞、自然杀伤细胞(NK)、树突状细胞(DC)、肿瘤相关中性粒细胞(TAN)等。
图 4. 细胞外基质与肿瘤微环境
TME是一种复杂的细胞环境，承载着肿瘤，包括浸润骨髓细胞和淋巴细胞、基质细胞和间充质细胞，以及外基质成分。肿瘤浸润的treg(调节性T细胞)和调节性髓系细胞，包括MDSCs(髓源性抑制细胞)、TAMs(肿瘤相关巨噬细胞TAM1/TAM2)、TANs(肿瘤相关中性粒细胞TAN1/TAN2)，促进耐受性TME。肿瘤浸润性CTL(细胞毒性T淋巴细胞)、树突状细胞(Dendritic cell, DC)、基质成分(如CAFs、HA、HSPGs、SLRPs、VCAN)、Matrikines(如Versikine)、基质重塑酶(MMPs和ADAMTSs)在宿主免疫反应的产生和放大中发挥重要作用。
注释：ECM——细胞外基质；TME——肿瘤微环境；CTL——细胞毒性T细胞；Treg——调节性T细胞；TAM——肿瘤相关巨噬细胞；TAN——肿瘤相关中性粒细胞；MDSC——髓源性抑制细胞；PDL1——细胞程序性死亡蛋白配体1；CAF——癌症相关成纤维细胞；SLRP——富含亮氨酸低分子蛋白聚糖；HA——透明质酸；HSPG——硫酸肝素蛋白聚糖；VCAN——多功能蛋白聚糖；MMP——基质金属蛋白酶；ADAMTS——具有血小板反应蛋白基序的分解素和金属蛋白酶
肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）是TME中一种可塑性异质细胞群体，是浸润在肿瘤组织中的巨噬细胞，是肿瘤微环境中最多的免疫细胞，可以分泌多种细胞因子，在肿瘤发生的初期，能够识别并清除肿瘤细胞，但随着肿瘤的发生发展，又对肿瘤的生长、侵袭、转移起着促进作用，在肿瘤的发生发展中TAM发挥着”双刃剑“的作用。在大多数已建立的肿瘤中，TAMs倾向于被认为是M2型的巨噬细胞，因为它们具有M2巨噬细胞的大多数代表性特性，然而，由于巨噬细胞是可塑性的，也有证据表明TAMs实际上有M1和M2的表达模式，并认为TAMs可能兼具促肿瘤和抑瘤作用，这使得TAMs成为肿瘤治疗的潜在靶点。
在微环境中TAMs极化成M1/M2型TAMs，表达相应的特异性基因，行使不同的功能。TAM1具有高水平的有氧糖酵解活性，可以产生活性氧（ROS）介导抗肿瘤；相反，TAM2则依赖于高水平的氧化磷酸化，可以产生IL-10和VEGF促进恶性肿瘤的生长。受肿瘤微环境细胞因子的影响，巨噬细胞向M1型和M2型分化的过程被称之为极化。
肿瘤将循环单核细胞和组织驻留巨噬细胞募集到TME，并将它们极化为M2巨噬细胞，再通过各种可溶性和机械因素产生TAM2。TAM2通过促进遗传不稳定性、血管生成、纤维化、免疫抑制、淋巴细胞排斥、侵袭和转移来增强肿瘤进展。因此，基于巨噬细胞的癌症疗法的核心思想是减少抗炎巨噬细胞TAM2并增加促炎(抗肿瘤)巨噬细胞TAM1。
1.4 巨噬细胞治疗肿瘤
在20世纪80年代末，德国的Andreesen小组首次利用体外培养的巨噬细胞治疗癌症，15例经标准治疗失败的晚期癌症患者接受了这种从单核细胞衍生的巨噬细胞疗法。研究人员从白细胞中分离出单核细胞，再用患者的自体血清培养7天，使其分化为巨噬细胞，用IFN-γ对巨噬细胞进行"教育"，诱导为M1表型，然后通过静脉或腹腔注射将这些巨噬细胞注入患者体内，每次注射的剂量高达1.7×10E9个细胞。虽然在治疗后肿瘤原发部位没有明显的消退，但部分患者在治疗后6个月内病情保持稳定。7例腹膜癌患者在接受腹腔内巨噬细胞注射后，有2例腹水消失。15例患者中有7例血清中的IL-6升高，这表明疗法诱导了炎症反应。关键的是，除了低热和腹腔注射后的腹部不适外，没有其它副作用。
Shoreline Biosciences公司的iPSC衍生的“M1”巨噬细胞经过基因修饰，具有最佳的抗肿瘤功能。这些细胞运输到肿瘤，调节肿瘤微环境以促进炎症，并动员额外的免疫效应细胞来驱动肿瘤清除。该公司iPSC衍生的“M2”巨噬细胞则可用于再生治疗、纤维化和炎症性疾病。
2021年6月17日，吉利德科学子公司Kite和细胞免疫疗法研发公司Shoreline Biosciences宣布建立战略合作伙伴关系，Shoreline将收到一笔预付款并获得总额超过23亿美元的里程碑特许权使用费，合作最初侧重于CAR-NK靶标，Kite选择扩大合作范围，包括iPSC CAR-巨噬细胞项目中的一种未公开的靶标。同时，百济神州也与Shoreline公司达成全球战略合作。2021年11月2日，Shoreline Biosciences宣布完成1.4亿美元的融资，由汇桥资本集团（Ally Bridge Group）领投，Eventide Asset Management、百济神州等跟投。
Vol.2
CAR-巨噬细胞新纪元
2.1 CAR的传奇
CAR是chimericantigen receptor的缩写，中文直译为”嵌合抗原受体“，即将一个特异抗原的受体人工嵌合在细胞表面的技术，是过继性免疫细胞疗法(ACT)的基础，用于嵌合的抗原受体分为胞内和胞外两个部分，胞外部分可以识别特异的肿瘤抗原，胞内部分可以活化被嵌合的免疫细胞，诱导细胞的肿瘤杀伤作用。
过继性免疫细胞疗法(ACT)是通过采集人体自身免疫细胞，经过体外培养扩增及改造使其靶向性及杀伤功能增强，后回输到患者体内实现治疗效果。目前，嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)已经有几款抗血液肿瘤药物上市，基于CAR-T的优势，研究人员尝试并成功改造其他工程化CAR免疫细胞，试图克服CAR-T治疗的局限性，为实体瘤治疗提供新的方向，其中，CAR修饰的巨噬细胞(CAR-M)被认为是一种治疗实体瘤有前途的细胞类型。
图7. CAR-免疫细胞发展历程
2.2 CAR-M横空出世
2020年3月，CAR-M研究首次公开亮相于《Nature biotechnology》期刊，该研究由宾夕法尼亚大学的萨尔·吉尔和Carisma Therapeutics联合创始人迈克尔·克里欣斯基的团队完成。
研究者选用一种嵌合的腺病毒载体Ad5f35（可以克服人体巨噬细胞对遗传操作的固有抵抗力）将anti-HER2 CAR导入该载体中，然后把该病毒载体插入巨噬细胞，完成转染。具体来说，研究人员使用含有CD3-ζ胞内结构域的抗HER2的CAR-M，在实体瘤移植的异位小鼠模型中，单次注射抗HER2-CAR-M可降低肿瘤负荷，延长小鼠存活时间。在人源化小鼠模型中还发现， HER2-CAR-M能够将M2巨噬细胞转化为M1巨噬细胞，诱导炎症性肿瘤微环境，增强T细胞的抗肿瘤细胞毒性。此外，还发现HER2-CAR-M可能产生表位扩散，为避免肿瘤免疫逃逸提供了新思路。
2.3 CAR-M的优势
CAR-M可以明显地侵入肿瘤微环境中。TAM2在肿瘤侵袭、转移、免疫抑制和血管生成中起着重要作用，CAR-M能降低TAM2的比例，影响TAM2的细胞表型，对肿瘤的治疗有积极作用。
CAR-M除了具有吞噬肿瘤细胞的作用外，还具有促进抗原提呈能力和增强T细胞杀伤的作用。
与CAR-T相比，CAR-M的循环时间有限，非肿瘤靶向毒性小。
2.4 CAR-M的挑战
尽管目前CAR-M细胞疗法在实体瘤方面展示了相当的治疗优势，但仍需突破诸多技术要点。
巨噬细胞天然对常用的病毒载体具有抗性。巨噬细胞是人体抗击癌细胞和病毒的第一道防线，这一特性也让通过改造巨噬细胞来攻击癌症面临着难题，这类细胞会对常用的标准病毒载体产生抗性，导致病毒载体无法感染巨噬细胞。
大量扩增问题。与T细胞可以在实验室中大量克隆扩增不同，巨噬细胞分化增殖能力远低于T细胞及NK细胞，在体外几乎不扩增，大量获取是一大难题，这将对今后的工业化发展带来极大的挑战。
毒副作用。巨噬细胞一旦在体内被过度激活，其分泌的IL-1、IL-6等白介素因子可能造成细胞因子释放综合征（CRS）反应。
Vol.3
CAR-巨噬细胞的商业化
截至2022年5月，全球有6家CAR-M公司浮出水面，其中两个基于CAR-M策略的临床试验已经获得FDA的批准。第一个是来自Carisma Therapeutics的候选药物CT-0508，它用抗HER2的CAR-M治疗复发/难治性HER2过度表达的肿瘤患者（临床I期试验 ）。另一个是Myeloid/Maxyte的MT-101，用于治疗复发/难治性外周T细胞淋巴瘤（PTCL），它是利用mRNA转染对“单核细胞”进行工程化而生产的。
3.1 Carisma Therapeutics
Carisma于2016年1月1日成立，开发一种“颠覆性”的免疫疗法——CAR-M治疗实体瘤，公司由CAR-M技术共同发明人Michael Klichinsky联合成立，宾夕法尼亚大学期间在导师Saar Gill和Carl June共同指导下开发了CAR-M疗法。
2017年6月12日，Carisma Therapeutics宣布完成了首轮融资，由IP Group、Penn Medicine、Grazia Equity、HealthCap、AbbVie Ventures共同投资。2017年AACR年会上，Carisma报告了CAR-M最新研究成果，通过基因改造的方法，使THP1巨噬细胞表达靶向CD19、Mesothelin、HER2的CAR（包含CD3ζ细胞内结构域），称CARMA细胞。体外实验结果表明，CARMA选择性地吞噬、清除了表达相应抗原的肿瘤细胞。不包含CD3ζ细胞内结构域的CARMA吞噬和杀伤能力骤减，表明CD3ζ介导的胞内信号转导的重要性。此外，CARMA提高了CD8 T细胞的增殖能力。体内实验方面，在卵巢癌细胞系SKOV3肿瘤小鼠模型中，与对照相比，Anti-HER2 CARMA显著减缓肿瘤生长，将小鼠生存期延长了30天。在SKOV3肿瘤转移模型中，单一剂量的Anti-HER2 CARMA静脉注射产生了持续的抗肿瘤作用，是对照组的38倍。
2018年6月27日，Carisma Therapeutics宣布完成了5300万美元A轮融资，由AbbVie Ventures(艾伯维)、HealthCap领投，现有种子投资者IP Group、Penn Medicine、Grazia Equity以及新投资者Wellington Partners、TPG Biotech、MRL Ventures Fund、Agent Capital。此时。公司只有5人，计划在未来一年里雇佣新的CSO、CMO以及20名员工。
2020年7月27日，FDA批准Carisma候选药物CT-0508的IND申请，是靶向人类表皮生长因子受体2（HER2）的CAR-M疗法，针对癌症无任何获批的HER2靶向疗法或治疗无效的复发/转移性HER2过度表达的实体瘤患者。
2021年1月7日，Carisma Therapeutics宣布完成4700万美元的B轮融资，本轮投资由Symbiosis II领投，Solasta Ventures、Livzon Pharmaceutical Group(丽珠医药集团)、AbbVie Ventures(艾伯维)、HealthCap、Wellington Partners等参与了本轮融资。2021年3月1日再次完成1200万美元的B+轮融资，B轮总计5900万美元。
2021年3月18日，CARISMA宣布在I期多中心临床试验（NCT04660929）中完成CT-0508的首例患者给药，代表了细胞与基因治疗发展的一个关键里程碑，因为这是全球首次将CAR-M疗法用于人体研究。
2021年9月22日， CARISMA Therapeutics宣布，美国FDA已授予细胞疗法CT-0508快速通道资格。
目前公司的产品开发管线如下：
3.2 Myeloid Therapeutics
3.3 赛元生物
浙江大学基础医学院/浙江省良渚实验室张进（赛元生物）与浙江大学药学院翁勤洁团队以及浙江大学附属第一医院黄河团队联合在Journal of Hematology & Oncology杂志上发表标题为Pluripotent Stem Cell-derived CAR-Macrophage Cells with Antigen-dependent Anti-Cancer Cell Functions的文章，首次报道了基于诱导多能干细胞(iPSC)分化的表达嵌合抗原受体的巨噬细胞(CAR-iMac)在肿瘤的免疫细胞治疗中的应用。
张进教授于2018年12月创立了赛元生物，致力于工程化多能干细胞分化巨噬细胞、NK细胞的研发及转化。创始人张进教授是浙江大学医学院PI及浙江大学医学中心PI。赛元生物于2020年在全球上首次报道了基于诱导多能干细胞(iPSC)分化的表达嵌合抗原受体的巨噬细胞(CAR-iMac)在肿瘤的免疫细胞治疗中的应用。
2019年4月29日宣布完成天使轮，由树兰基金投资。
2021年2月7号完成巢生投资的Pre-A轮，2021年7月16日完成Pre-A+轮数千万融资。公司核心技术——基于iPSC细胞来源的靶向肿瘤细胞的巨噬细胞制备技术已获得国家发明专利授权，国际PCT专利申请进入美国、澳大利亚、南非等国家；获得研究者发起的临床实验IIT伦理审批。
目前该公司研发管线如下：
3.4 Inceptor Bio
Inceptor Bio成立于2020年，致力于开发多元的下一代细胞和基因治疗平台，包括CAR-T、CAR-M和CAR-NK/NKT等。近期与加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）就CAR-巨噬细胞（CAR-M）平台正式签订许可协议，加速公司在难治性癌症方面的研究之路。2021年6月，Inceptor Bio已经筹集了2600万美元的种子轮融资。
3.5 巨世康济
研发团队已取得国家重点研发计划项目的支持，并获得陕西省科技创新团队、省级科技进步奖一等奖、中华医学进步奖一等奖。根据近期公开信息显示，2021年11月，巨世康济获得陕西省科技工作者创新创业大赛一等奖。
3.6 鲲石生物
Vol.4
结 论 与 展 望
与CAR-T和CAR-NK相比，CAR-M作为一种新的细胞免疫疗法有其独特的优势，在动物实验和人体试验中也已显示出了有效的抗肿瘤能力和良好的安全性。虽然前方需要克服的困难还很多，但CAR-M能让恶性肿瘤患者真正获益并延长生命和提高生存质量，都是值得为之努力奋斗的！