CAR-T克服抑制性肿瘤微环境的策略

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医药局中人 · 13期 

特异性识别肿瘤抗原，只是CAR-T成功的第一步。肿瘤为了存活，给自己创建了一个免疫抑制性的微环境，这个环境对于CAR-T是不友好的。因而CAR-T要取得阳性临床效果，必需克服免疫抑制性微环境。

不友好的肿瘤微环境

肿瘤细胞的糖酵解使环境缺氧、呈酸性、营养耗竭。CAR-T功能执行也需要糖酵解和氧化磷酸化，但是糖被肿瘤细胞耗尽了，CAR-T效应功能因而受损。

在炎症环境中，肿瘤细胞通常会上调抑制性配体，如PD-L1和Galectin-9等。

肿瘤微环境还有大量抑制性免疫细胞和基质细胞，如肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)、髓性抑制细胞(MDSCs)、肿瘤相关巨噬细胞(TAMS)、肿瘤相关中性粒细胞(TANS)、肥大细胞和调节性T细胞(Tregs)。这些细胞和肿瘤细胞分泌VEGF，TGF-β等，导致肿瘤血管畸形，促进TAMS等免疫细胞的抗炎极化，参与上皮细胞间质转化（EMT）。它们还产生活性氧(ROS)和诸如乳酸、吲哚胺2，3-双加氧酶(Ido)、前列腺素e2(PGE2)、可溶性脂肪酸和腺苷等分子，形成抑制性的免疫微环境。

此外肿瘤基质形成物理屏障，阻止肿瘤细胞进入肿瘤微环境。

肿瘤微环境及代谢（文献1）

克服肿瘤微环境的CAR-T设计策略

 

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克服免疫检查点

通过基因编辑策略，敲除CAR-T细胞PD-1等免疫检查点，阻断和PD-L1的结合，增加CAR-T体内的存续时间和效应功能。

敲除PD-1 的CAR-T腺病毒转导流程（文献2）部分临床试验：

除了敲除PD-1，敲除其他免疫检查点LAG-3，CTLA-4，代谢分子DGKs，凋亡基因Fas，转录因子（NR4A，TOX）也有文献报道。

免疫负性调控因子的基因敲除（文献5）

肿瘤细胞及肿瘤微环境中的抑制性细胞分泌TGF-β，可以诱发细胞凋亡效应。但是肿瘤细胞表达结构域缺失的非功能的dnTGF-βRII，逃避凋亡，但是可以诱导免疫细胞凋亡。因而Carl H. June等设计增加CAR-T结构域缺失的TGF-βRII表达，在小鼠模型增加了CAR-T存活和增殖（文献3）。当然TGF-β还有多种作用，如促进肿瘤血管新生，促进EMT等。

肿瘤微环境中的TGF-β(文献4)

贝勒医学院利用此技术开发的CAR-T，正在开展一项临床：NCT00368082，Autologous/AllogeneicTGFbeta-resistant LMP-specific CTL, Lymphoma (TGF-beta) (TGF-beta)，Phase1

肿瘤微环境中有很多抑制性细胞因子，除了TGF-β之外，IL-4和IL-10也都有报道。所以CAR-T设计时，胞外段使用抑制性细胞因子如IL-4的受体，胞内段使用免疫激活受体如IL-7R，IL-21R等，使细胞维持在Th1表型（胞内为IL-7R），Th17表型（胞内为IL-21R）。

其他抑制性因子也可以采用此策略，如PD1/CD28，CTLA-4/CD28嵌合开关分子等。

IL-4R-IL-7R/IL-4R-IL-21R CSR分子结构（文献6）

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突破物理屏障

对于实体瘤，有天然存在的细胞外基质组成的物理屏障。虽然根据肿瘤分泌的趋化因子，在CAR-T表达相应受体，可以让CAR-T趋化至肿瘤局部，但是进入肿瘤微环境，还需要突破肿瘤血管和细胞外基质。

肿瘤微环境的物理屏障及CAR-T设计（文献5）

通过表达VEGFR2，CAR-T可以增加渗透血管的能力；靶向肿瘤基质细胞上的纤维母细胞激活蛋白（FAP），可以增强肿瘤微环境浸润，但是有一定的血管毒性；表达肝素酶（heparanase），可以增加CAR-T突破细胞外基质的能力。

部分临床试验：

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克服代谢抑制

现在的研究显示，CAR常用的共刺激因子CD28和4-1BB都有增强CAR-T代谢的功能。CD28 CAR共刺激驱动T细胞分化为效应记忆T细胞，且增强糖酵解；而4-1BB功能更强，促进中央记忆T细胞呼吸能力增加，脂肪酸氧化增加，线粒体生物发生增强（文献7）。

共刺激因子CD28，4-1BB对CAR-T代谢的影响（文献7）

结语

肿瘤通过形成免疫抑制的微环境，使自己逃离免疫攻击。CAR-T如果需要获得良好的治疗结果，必需克服肿瘤微环境的影响。本文梳理了一些常用策略，供参考。关键还需要临床效果来检验。

BiG专栏作者

医药局中人  混迹体外诊断，生物制药十数年，渴求疾病诊疗突破，终生愿做医药局中人。

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 参考文献

1. Robert D Leone， Jonathan D Powell，Metabolism of immune cells in cancer，Nat Rev Cancer. 2020 Sep;20(9):516-5312. Rupp LJ, Schumann K, Roybal KT, Gate RE, Ye CJ, et al. CRISPR/Cas9-mediated PD-1 disruption enhances anti-tumor efficacy of human chimeric antigen receptor T cells. Sci. Rep. 20177:7373. Christopher C Kloss et al. Dominant negative TGF-β receptor enhances PSMA targeted human CAR T cell proliferation and augments tumor eradication in prostate cancer. Mol. Ther. 2018, 26:1855–664. Selcuk Colak et al，Targeting TGF-β Signaling in Cancer，Trends in Cancer, January 2017, Vol. 3, No. 15. Yonggui Tian，et al.Gene modification strategies for nextgeneration CAR T cells against solid cancers，Journal of Hematology & Oncology (2020) 13:546. Wang Y, Jiang H, Luo H, Sun Y, Shi B, Sun R, Li Z. An IL-4/21 Inverted Cytokine Receptor Improving CAR-T Cell Potency in Immunosuppressive Solid-Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2019;10:1691.7. Kawalekar OU, O’Connor RS, Fraietta JA,Guo L, McGettigan SE, et al. 2016. Distinct signaling of coreceptors regulates specificmetabolism pathways and impactsmemory development in CAR T cells. Immunity 44(2):380–90

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