实体瘤必杀技！一文讲懂新兴抗癌免疫细胞疗法：TIL,TCR-T,TCM,iNK,CAR-M···的不同之处
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作者：戴维 | 主编：摩西
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在抗癌的道路上，传统的治疗方法主要包括手术、放疗和化疗。这些方法虽然在许多情况下效果显著，但它们也面临一些挑战，例如无法彻底清除癌细胞、对正常细胞的损伤较大以及副作用明显。
随着科学技术的进步，一种全新的治疗方式 -- 细胞疗法，逐渐成为癌症治疗领域的明星。细胞疗法有点像为我们的免疫系统配备了一支“特种部队”，专门瞄准并消灭癌细胞。通过利用患者自身或供体的免疫细胞，科学家们能够对这些细胞进行基因改造或增强，使它们在与癌症的战斗中更具威力。
比如，CAR-T疗法就是其中的一种，它给T细胞装上了“导航系统”，能够准确识别并攻击癌细胞。而TIL疗法则是将肿瘤内已经在战斗的免疫细胞“升级”，再派回战场······
接下来，本文将为您一一介绍一些近年来热门的细胞疗法原理和应用，就像拆解超级英雄的装备一样，让您一探这些抗癌“武器”的秘密，以及它们如何帮助那些曾经无药可医的患者重新燃起希望。
一、TIL（Tumor Infiltrating Lymphocyte）疗法
说起细胞免疫疗法，大家可能熟知的是号称120万一针大名鼎鼎的嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法，然而，作为肿瘤组织中深藏着杀癌能力的一群免疫细胞 -- 肿瘤浸润淋巴细胞，它们所衍生出来的TIL疗法也不容小觑。
作为一种细胞疗法，TIL疗法的资历可以说是“老牌”了。早在1988年，美国癌症研究员Steven Rosenberg主任就通过对TIL细胞的深入研究和优化，开发出了这一治疗方法。TIL疗法最初用于治疗恶性黑色素瘤，后来又在宫颈癌、肺癌等多种实体瘤的治疗中取得了令人瞩目的效果，显示出其广泛的应用潜力。
来自美国癌症研究中心的Steven Rosenberg博士
那么从原理上来讲，TIL疗法是如何工作的呢？
TIL疗法就像为癌症患者量身打造的一场免疫细胞的“特别训练营”。医生会先从患者体内切下一小块肿瘤组织，这就像获取了“种子”。这些种子里蕴含着特定的免疫细胞，即TILs，它们是天然的癌症“战士”。即使只通过简单的微创手术获取的样本，这些“战士”也能被成功地提取出来。
肿瘤浸润淋巴细胞是杀伤肿瘤细胞的特种兵
接着，我们在实验室中为这些免疫细胞搭建了一个“温室”，让它们在精心控制的环境中生长壮大。这个过程大约需要2到6周的时间，就像是给这些“战士”们进行长时间的基础训练。在训练结束后，我们用特别的方法，像是给它们注入能量，使它们迅速扩增，成为一支强大的“军队”。
如图为一种结合了生物反应器的细胞扩增装置
为了确保这些细胞在扩增过程中能够持续呼吸新鲜空气并排泄废物，科学家们设计了特别的设备（生物反应器或气体可渗透容器），类似于为它们配备了高科技的“呼吸器”。扩增完成后，我们会将这些“战士”们收集起来，经过严格的检查，确保它们的战斗力和安全性（不会误伤自己的细胞）。
最后，这支训练有素的“军队”将被注射回患者体内，通常还会配合一些“助推剂”药物（刺激免疫反应的药物），进一步增强它们的战斗力。
上图为TIL疗法的流程
自Steven Rosenberg团队的初步研究以来，TIL疗法已在多项I期和II期临床试验中应用于黑色素瘤患者。这些研究表明，不同的治疗方案（如淋巴清除、IL-2剂量、注入细胞数量）仍能产生临床反应。
近年来，随着CTLA-4和PD-1抑制剂成为转移性黑色素瘤的一线治疗，TIL疗法主要在第二线或之后的治疗中应用。在不可切除的III至IV期黑色素瘤患者中，集中制造的TIL疗法显示出36%的客观反应率，并且与伊匹木单抗相比，TIL疗法显著改善了无进展生存期。此外，TIL疗法在转移性非皮肤黑色素瘤（如葡萄膜黑色素瘤）中也显示出一定疗效，尽管反应频率和持久性较低，但仍是未来的潜在治疗选择。
转移性黑色素瘤的TIL研究
高水平的肿瘤浸润T细胞通常预示着更长的无病生存期和更好的总体生存率，表明TIL疗法在多种实体瘤中具有十足的潜力。
然而，迄今为止除了黑色素瘤外，非黑色素瘤实体瘤中的TIL疗法效果仍然有限。黑色素瘤的较高反应率可能与其高突变负担和T细胞浸润水平有关，而非黑色素瘤中旁观者TIL的比例较高，可能解释了成功率较低的原因。未来的研究应重点关注拯救肿瘤反应性TIL的策略。
非黑色素瘤实体瘤的TIL研究
TIL疗法的前沿临床药物也在不断进展。就在2024年2月16日，美国生物技术公司Lovance Biotherapeutics宣布，FDA已加速批准AMTAGVI™ (lifileucel) 的生物制品许可申请（BLA）。Lifileucel是一种肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）治疗方案，用于PD-1/PD-L1治疗后进展的晚期黑色素瘤，一旦获得许可，lifileucel将成为全球首款获批上市的TIL细胞疗法。
二、CAR-T（Chimeric Antigen Receptor-T）疗法
CAR-T细胞疗法（Chimeric Antigen Receptor T-Cell Therapy），全称为嵌合抗原受体T细胞疗法，是近年来发展非常迅速的一种细胞治疗技术。与传统药物不同，CAR-T疗法是一种“活的”、可定制的细胞治疗方法，它可以利用患者自身的免疫T细胞来攻击癌细胞。
CAR-T疗法的流程图
为什么CAR-T疗法如此具有革命性呢？因为它产生了非常有效和持久的临床反应。CAR 是经过工程改造的合成受体，其功能是重定向淋巴细胞（最常见的是 T 细胞），以识别和消除表达特定靶抗原的细胞。由于CAR 与细胞表面表达的靶抗原的结合独立于 MHC 受体，因此可以导致剧烈的 T 细胞活化和强大的抗肿瘤反应。
这样说可能有一些晦涩难懂，那就想象你正在玩一款塔防游戏。传统的防御塔（T细胞）有时候无法识别某些隐形的敌人（癌细胞），因为这些敌人会伪装自己，让防御塔无法瞄准。CAR-T疗法就像是给这些防御塔安装了一个超级高科技的瞄准系统（CAR）。这个系统可以自动识别这些隐形敌人，无论它们怎么伪装都逃不过。更重要的是，这个新系统不依赖于游戏里常用的“防御机制”（MHC受体），所以它可以绕过敌人的防护，直接对其发动强力攻击。这个瞄准系统非常精准和强大，防御塔一旦锁定目标，敌人几乎毫无逃生的机会。
CAR就像给T细胞加上了先进的瞄准系统
目前，抗 CD19 CAR-T 细胞疗法已经在治疗 B 细胞恶性肿瘤方面取得了前所未有的成功，因此于 2017 年已经获得了美国药监局 (FDA) 的批准。然而，CAR-T 细胞疗法仍存在一些局限性，比如危及生命的 CAR-T 细胞相关毒性、对实体瘤的疗效有限、B 细胞恶性肿瘤的抑制和耐药性、抗原逃逸、持久性有限、运输不良和肿瘤浸润以及免疫抑制微环境。
CAR-T细胞疗法的局限性（A）抗原逃逸（B）靶向脱瘤效应（C）肿瘤的运输和浸润（D）免疫抑制肿瘤微环境（E）CAR-T细胞相关的毒性
总之，CAR-T疗法是一种革命性的癌症治疗方法，它通过将患者的T细胞改造成“超级战士”，使其能够识别并攻击癌细胞。这一疗法利用一种合成的受体（CAR），赋予T细胞识别特定癌细胞的能力，并在不依赖传统识别路径的情况下激活强大的抗肿瘤反应。尽管CAR-T疗法在某些血液系统恶性肿瘤中取得了显著成功，但它仍面临一些挑战，科学家们正通过不断改进和创新，努力克服这些障碍，为未来的癌症治疗开辟更安全有效的路径。
CAR-T细胞疗法目前的局限性和潜在的策略
CAR-T免疫疗法除了被用来治疗急性白血病和非霍奇金淋巴瘤之外，经改进后也被用来治疗实体瘤、自身免疫疾病、HIV感染和心脏病等疾病。例如，华中科技大学同济医学院田代实教授领导的研究团队进行了全面的文献计量分析，发现CAR-T 细胞在减少自身免疫性疾病进展和改善患者生活质量方面表现出了足够的有效性和安全性；来自美国梅奥诊所的研究人员也发现CAR-T细胞疗法可以为难以配型和容易发生排斥反应的患者提供一种革命性的器官移植方法······相关研究还在进一步进展，期待CAR-T疗法能给我们带来更多惊喜！
三、TCM（Central Memory Tcell）疗法
记忆T细胞（Memory Tcell，Tm）是人体免疫系统的重要组成部分，在免疫应答中起着关键作用。中央记忆型T细胞（Central Memory Tcell，Tcm）则是由幼稚T细胞在抗原激活后生成的，具有长期记忆能力，并且能够回到淋巴结以接受抗原再次刺激的T细胞。通过这个特性，研究人员就衍生出了中央记忆T细胞（TCM）疗法，这是一种通过利用T细胞抗肿瘤特性来治疗癌症的免疫疗法。
TCM到底是怎么一回事呢？它和其他细胞疗法相比有什么独到的优势吗？
我们知道，肿瘤浸润性淋巴细胞作为肿瘤微环境（TME）的重要组成部分，在恶性肿瘤的发生发展中发挥着至关重要的作用。初始T淋巴细胞移动到次级淋巴器官的T细胞区域后，被抗原激活后会大量增殖，产生大量的效应细胞。随后，一部分致敏的T淋巴细胞作为循环记忆细胞持续存在，成为记忆T细胞（Memory Tcell，Tm），并在第二次攻击时增殖和产生免疫反应。
Tm细胞又被分为3个主要类型：中央记忆型T细胞（Tcm）、效应记忆型T细胞（Tem）和组织驻留记忆型T细胞（Trm）。那么，为什么科学家们特别青睐Tcm细胞呢？
根据线性分化模型模拟的T细胞分化路线
原因很简单，Tcm细胞就像是军队中的高级指挥官，它们不仅能够自我更新和复制，还能长期存活，确保军队时刻保持警惕。由于Tcm细胞表达一种叫做CD62L+的特殊标记，它们在“军营”（淋巴结）中更容易接受情报（抗原递呈细胞递呈的信息），一旦再次识别到肿瘤这个敌人，Tcm细胞会迅速动员并直接攻击，发挥强大的抗肿瘤杀伤作用。
近十年来，肿瘤免疫治疗已经取得了重大突破，尤其是免疫检查点抑制剂（ICIs）的出现，使恶性肿瘤的治疗发生了翻天覆地的变化。特别是像PD-1/PD-L1和CTLA-4这些靶点，已经成为治疗肿瘤的热门选择，并在多种癌症的治疗中显示出显著的效果，成为延长患者生存期的新希望。
不过，并不是所有患者都对这些免疫检查点抑制剂有相同的反应，有些患者可能只能获得短期的效果。研究发现，肿瘤的治疗效果与肿瘤微环境（TME）中的免疫细胞浸润有很大关系。例如，TME中的免疫细胞，包括巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、髓系抑制细胞和淋巴细胞，在肿瘤的发生、发展和转移过程中发挥着多重作用。
特别是最近的研究表明，中央记忆型T细胞（Tcm）表现出了非常出色的抗肿瘤能力。Tcm能够产生更高水平的细胞因子，具备更强的细胞毒活性，相比于效应型T细胞（Teff），能在实验小鼠中显示出更好的抗肿瘤效果。这些发现使得Tcm细胞成为肿瘤免疫治疗中备受关注的关键因素。
早在2005年《PNAS》就已经发表了相关研究报道：Tcm细胞和Tem细胞回输到国内被刺激后，Tcm比Tem的反应性更强，效果也更好
总之，Tcm在应对抗原再刺激时能够迅速引发强烈的免疫反应，并通过自我更新来重塑抗肿瘤免疫微环境，这使得它与肿瘤的发生、发展以及免疫治疗密切相关。作为一种便捷的生物标志物，Tcm在预测肿瘤免疫治疗的效果和评估患者预后中均具有十足的临床价值。期待有一天，Tcm疗法能在临床一线有广阔的运用。
四、iNK（iPSC-derived NK）细胞疗法
前文我们已经介绍了著名的CAR-T细胞疗法，截至目前，已经有6种CAR-T细胞产品已获美国FDA批准用于血液系统恶性肿瘤，这些无不说明基于嵌合抗原受体（CAR）修饰免疫细胞的过继细胞疗法（ACT）取得了长足进展。然而，目前学界还发现了一种“高手中的高手”，那就是CAR-NK细胞。与CAR-T细胞相比，CAR-NK细胞因其具有多种杀伤机制、更高的安全性和广泛的来源而受到越来越多的关注。
与CAR-T细胞疗法相比，CAR-NK细胞疗法的优缺点
科学家们更进一步，从诱导多能干细胞（iPSC）中衍生出了这种NK细胞，我们称之为CAR-iNK细胞。可以理解为，这种新型特工团队不仅战斗力更强，而且可以大规模生产，成为标准化的“现成”产品，随时待命，用于癌症免疫治疗。而这个CAR-iNK细胞就是我们今天要讲的主角。
要了解iPSC-NK细胞的历史和来源，先得从胚胎干细胞（ESCs）说起。可以把ESCs想象成一种“万能钥匙”，它们能够变成我们身体里的任何一种细胞。1980年代，科学家们首次成功从哺乳动物的胚胎中分离出这种“万能钥匙”，并发现它们有着惊人的潜力，可以自我复制并转化为各种专业细胞。这样的一项发现对治疗诸如糖尿病、心肌梗死和帕金森病等退行性疾病非常有用。然而，利用人类胚胎细胞进行研究和治疗引发了伦理问题，并且这些细胞移植到别人身体里时，可能会被免疫系统攻击。
为了克服这些挑战，2006年，科学家山中伸弥提出了一种革命性的解决方案：诱导多能干细胞（iPSCs）。iPSCs可以理解为人造的“万能钥匙”，它们不是直接从胚胎中获取，而是通过重编程普通体细胞（如皮肤细胞）制造出来的。山中伸弥用了一组特殊的“基因指令” -- 四种转录因子 -- 将普通细胞“重启”，使它们重新具备类似胚胎干细胞的能力。此后，另一组科学家也用不同的指令成功制造出人类的iPSCs。
iNK细胞的免疫编辑策略
制造iPSC-NK细胞的过程有点像训练一支精英军队。首先，从iPSCs中生成一种称为CD34+造血祖细胞的“新兵”。这些新兵需要经过训练，才能成长为强大的NK细胞（自然杀伤细胞）。训练过程包括和特定的细胞因子“教练”共处，比如IL-3、IL-7、IL-15等，它们帮助这些新兵逐渐变成NK细胞，具备强大的杀伤力。在最后一步，这些NK细胞会在一个特殊的环境中进行进一步的训练和扩展，确保它们在进入战斗（即用于癌症治疗）之前达到最佳状态。
iPSC衍生的CAR-NK细胞的产生
看到这里，熟悉淋巴细胞发育环境的读者们可能会想到，这不就是幼稚淋巴细胞发育到成熟淋巴细胞的过程吗？没错，科学家就是模拟了这个过程，人工大批量地生产这种“杀手细胞”。
这样通过诱导多能干细胞（iPSCs）制造的NK细胞（iPSC-NK细胞）在很多方面都得到了增强。
首先是存活与持续性的强化，通过基因改造，如敲除CISH基因和引入膜结合的IL-15/IL-15R融合构建体，iPSC-NK细胞在体内可以更长时间地存活并保持活性，对抗肿瘤细胞更加持久。
其次是更强的细胞毒性，iPSC-NK细胞在基因编辑后，能够更有效地杀伤肿瘤细胞。比如，通过引入抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）的增强机制，它们对血液系统恶性肿瘤和实体瘤的杀伤能力显著提升。
增强CAR-iNK细胞活性的策略
再者是获得了多种靶向机制，iPSC-NK细胞可以通过不同的激活受体和信号通路，对多种肿瘤类型产生有效反应。这些细胞在结合单克隆抗体后，能够更精准地攻击肿瘤细胞。
最后是获得了适应性免疫特性，经过三重基因编辑的iPSC-NK细胞，不仅具备了强大的先天免疫功能，还表现出类似于适应性免疫细胞的特性，使它们能够更好地应对复杂的肿瘤环境。
目前就有几项研究正在探索iPSC-NK细胞单独或与单克隆抗体结合策略的临床试验。
iPSC衍生的NK细胞在癌症治疗中的临床试验
总结来说，CAR介导的免疫疗法在血液系统恶性肿瘤和部分实体瘤中的成功应用，推动了CAR-NK细胞在癌症免疫治疗中的发展。在其中，特别是iPSC的独特优势使得通过CAR修饰的iPSC衍生NK细胞成为对抗癌症的强大工具。由于iPSC不仅可以从多种来源获取，并且一旦重新编程后，能够无限增殖，大幅降低了生产成本，因此使得CAR-iNK细胞更具临床应用价值。然而，尽管已有多种策略提高了这种疗法的效果和安全性，但仍需进一步的临床试验来验证其应用前景。
五、CAR-M（Chimeric Antigen Receptor-M）疗法
除了CAR-T和CAR-iNK细胞疗法，其实还有一种CAR相关的CAR-M疗法越来越受到人们的关注。
2022年3月10日，诺华与Carisma Therapeutics达成初步战略合作协议，对HER2靶向的CAR-巨噬细胞（CAR-M）疗法的候选产品CT-0508进行临床制备。这意味着CAR-M疗法在肿瘤免疫疗法领域的一个重要进展，即将迈入临床正式应用。
传统的CAR-T疗法在血液系统恶性肿瘤中已显示出显著的疗效，但在实体瘤中的应用一直面临困难。为了克服这一挑战，研究人员将目光转向了巨噬细胞，这类细胞不仅具有独特的免疫功能，还能够穿透肿瘤组织。
肿瘤微环境促进肿瘤相关巨噬细胞表现型分化
通过使用嵌合腺病毒载体，研究团队成功地将人类巨噬细胞改造成了具有肿瘤吞噬能力的CAR巨噬细胞（CARM）。这些经过基因工程改造的CARMs展现出了强大的抗肿瘤活性，不仅在体外实验中能够特异性地识别并吞噬肿瘤细胞，还在动物模型中显著降低了肿瘤负荷，并延长了小鼠的生存期。
CAR-M细胞靶向吞噬癌细胞和激活T细胞介导的适应性免疫应答过程
更为重要的是，CARMs在肿瘤微环境中表现出强烈的促炎作用，能够将免疫抑制性的M2巨噬细胞转化为促炎性的M1巨噬细胞，增强抗原呈递能力，吸引T细胞并抵抗肿瘤细胞释放的免疫抑制因子。
然而并不像T细胞、NK细胞能获得如此多研究团队的关注，自巨噬细胞正式加入嵌合抗原受体（CARs）细胞的行列以来，目前关于CAR-M的研究尚寥寥无几，均处于临床前实验阶段。
2018年，Ronald D Vale研究团队的实验设计了一种嵌合抗原受体吞噬细胞（CAR-phagocytes, CAR-P），通过表达Megf10或FcRγ胞内结构域，CAR-P展现了增强的靶抗原吞噬能力；2020年11月，浙江大学张进/翁勤洁/黄河团队的实验：该团队首次报道了基于iPSC分化的嵌合抗原受体巨噬细胞（CAR-iMac）在抗肿瘤免疫治疗中的应用。研究发现，CAR-iMac细胞在小鼠的不同血液瘤和实体瘤模型中均表现出良好的抗癌能力；2020年11月，基于CAR-M策略的两个临床试验获得FDA批准，标志着CAR-M疗法的新纪元正式开启。Carisma Therapeutics的CT-0508成为首个进入临床的CAR-M疗法，主要用于治疗复发或难治性HER2过表达的肿瘤患者。2021年3月，Carisma团队成功完成了CT-0508的1期临床研究首例患者给药。同时，Maxyte的MCY-M11，这一靶向mesothelin的CAR-M疗法，正在用于治疗复发或难治性卵巢癌和腹膜间皮瘤患者，目前已进入I期临床试验招募阶段。
CAR-M疗法在实体瘤患者中的临床试验
CAR-M细胞在肿瘤免疫治疗领域展现出巨大的潜力，尤其是其在重塑肿瘤微环境、增强抗肿瘤免疫反应方面的独特优势，使其成为下一代细胞疗法的重要候选。
然而，CAR-M细胞的临床应用仍面临诸多挑战，如提高体内持久性、优化制造工艺以及规避潜在的副作用。此外，如何在不同的肿瘤类型中精确调整CAR-M的功能以达到最佳疗效，也是未来研究的重要方向。随着技术的进步和临床试验的深入，CAR-M细胞有望在肿瘤治疗中发挥更大的作用，进一步推动精准医学的发展。
在探索了CAR-T、iNK、TIL、CAR-M和TCM等前沿的细胞治疗方法后，我们可以看到一个共同的主题贯穿其中——这些疗法都利用了免疫系统的强大潜力，将患者自身或经过改造的免疫细胞转变为打击癌症的“特种部队”。每一种疗法都有其独特的优势，例如CAR-T疗法的精确打击，iNK细胞的广泛适应性，TIL疗法的肿瘤特异性，CAR-M的高效吞噬能力，以及TCM细胞的持久免疫记忆。
随着技术的不断进步和对肿瘤生物学理解的深入，未来我们可以期待这些细胞疗法更加成熟，并与其他治疗手段如放疗、化疗及新兴的基因疗法相结合，为癌症患者带来更大的希望。未来的治疗方案可能会更加多样化、组合化，使得个体化治疗成为常态，从而让每位患者都能获得最为适合的治疗策略！
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