多能干细胞与CAR-T细胞免疫治疗（上）

撰文│郭明岳  王译萱

编辑│郑天慧  陈圆圆

审校│汤红明

经过基因工程改造表达嵌合抗原受体（Chimeric antigen receptors , CAR）的T细胞（CAR-T细胞）展现出强大的识别和杀伤目的肿瘤细胞的能力，并且在B细胞淋巴瘤、急性淋巴白血病和多发性骨髓瘤等肿瘤的治疗中表现出令人振奋的临床效果。自美国FDA批准靶向CD19的自体CAR-T细胞免疫治疗方法以来，目前全球开展的针对20多种肿瘤的CAR-T临床试验已超过500项，其中9项进入了Ⅲ期临床试验阶段。然而CAR-T细胞免疫疗法还存在很多有效性和安全性的问题，将基因编辑改造后的多能干细胞分化为功能性的T细胞这一方法可以有效提高CAR-T细胞免疫治疗的应用前景。

一、CAR的结构和发展

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CAR的结构主要包括抗原识别结合区，铰链区，跨膜区和胞内信号传导区四个部分（如图）。抗原识别结合区是CAR的胞外部分，由单克隆抗体的可变重链（VH）和可变轻链（VL）组成的单链可变片段（single-chain variable fragment ，scFv），是CAR-T细胞特异性识别不同肿瘤细胞表面抗原的关键。铰链区和跨膜区连接胞外抗原结合区和胞内信号传导区，其中铰链区为抗原识别结合区接近目标抗原提供柔韧性来克服空间结构位阻，因此铰链区的长度和组成会影响CAR的抗原结合和信号传导；跨膜区将CAR锚定在细胞膜上，影响着CAR的稳定性。胞内信号传导区包含激活区和共刺激区来激活CAR-T细胞发挥杀伤靶向肿瘤细胞的功能。

● ●●  摘自“Rafiq S, Hackett CS, Brentjens RJ. Engineering strategies to overcome the current roadblocks in CAR T cell therapy. Nat Rev Clin Oncol. 2020 Mar;17(3):147-167.”

在过去30年，CAR的结构主要经过四代的改造来提高CAR-T细胞的疗效。第一代CAR胞内仅含有CD3ζ信号激活区，无法促使CAR-T有效持续扩增；第二代CAR在第一代CAR的结构基础上，在CD3ζ激活区的融合共刺激结构区来促进CAR-T细胞激活后的扩增；第三代CAR使用多个共刺激区结构来提高CAR-T细胞响应力和细胞因子的分泌量；第四代CAR整合了细胞因子表达元件，CAR-T细胞在识别和杀伤肿瘤细胞的同时还可以通过释放细胞因子来激活更多的免疫细胞，从而引起更广泛的抗肿瘤免疫反应。

二、CAR-T细胞免疫治疗面临的问题

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2020年7月以来，Cellectis和Poseida公司的CAR-T临床试验因发生致死事件而（相继）被FDA叫停，CAR-T细胞免疫治疗的安全性再次成为领域内讨论的热点。从机理上讲， CAR -T细胞主要的安全性风险可分为两类：一是与CAR-T细胞活化后带来的细胞因子释放综合症（cytokine-release syndrome ，CRS），患者表现出全身细胞因子升高甚至达到致命水平；二是CAR-T细胞的脱靶风险。CAR-T细胞对表达目标抗原的肿瘤细胞和正常细胞都具有攻击性，脱靶攻击正常细胞会导致严重的毒副作用，因此CAR-T细胞治疗的靶点应该严格选取肿瘤特异性抗原。

除了安全性，CAR-T细胞疗法在实际应用中还存在着其他问题。在有效性方面，血液瘤治疗中仍存在肿瘤细胞逃逸和CAR-T细胞持久性不足的问题；由于缺乏特异性抗原，目前还没有CAR-T细胞治疗实体肿瘤的成功案例。在CAR-T细胞生产制造方面，目前FDA批准的CAR-T细胞疗法以及大多数临床试验使用的都是改造病人自体的T细胞。这种个性化的治疗方案虽然排除了免疫排斥问题，但是对于很多经过化疗的患者来说很难获取足够数量的T细胞，并且CAR -T细胞的制造周期长效率低并不适合肿瘤晚期患者的治疗。

三、多能干细胞在细胞免疫治疗中的应用

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为解决以上部分问题，通用型CAR-T细胞概念被提出，即将健康提供者的T细胞改造为针对特定肿瘤的CAR-T细胞供所有同种肿瘤病人受体及时使用。这种异体CAR-T细胞移植治疗方案又有新的问题，一是CAR-T细胞攻击受体细胞和组织发生移植物抗宿主免疫反应相关疾病 (graft-versus-host disease，GVHD)；另一个是CAR-T细胞由于异体白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）的存在而被受体排斥。因此通用型CAR-T细胞的建立需要更多的基因编辑修饰来提高安全性和有效性，如将CAR-T的T细胞受体相关基因敲除来避免GVHD反应，将HLA相关基因敲除来达到通用的目的。

由于T细胞的基因编辑效率及细胞增殖效率都低于多能干细胞，并且将胚胎干细胞或诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）分化为T细胞的方法相对成熟。因此使用iPSC进行基因编辑，扩增后分化为T细胞将会同时满足通用型CAR-T细胞治疗的质量和数量需求。

近来，在iPSC中基因编辑TCR相关基因，并通过类器官分化为T细胞；与在iPSC分化的NK细胞中基因编辑CISH基因、来提高肿瘤杀伤能力等报道，都为iPSC在细胞免疫治疗中的应用提供了重要研究基础。

本文分上下两期，下期将围绕着国内外多能干细胞在CAR-T细胞免疫治疗中的实践与科研进展进行详细介绍。

（本文来源于《医学参考报》干细胞与再生医学专刊2020-05期第4版文章，ID：yxckbsc2020050401），图片来源于网络，如有侵权，请联系删除。）

专家简介

王译萱

博士生导师，同济大学生命科学与技术学院教授，同济大学附属东方医院再生医学研究所特聘研究员。长期从事以人诱导多能干细胞技术和原态多能性诱导为基础的体细胞重编程应用和机制研究。主持国家自然科学基金面上项目 3 项，主持上海市“扬帆计划”及“晨光计划”项目，并承担科技部“973”项目 3 项。2020 年获国家优秀青年科学基金。第一／通讯作者论文发表于Cell Stem Cell、Cell Research、Nature Communications、Elife 等期刊。

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