什么是嵌合抗原受體 (CARs)？
首先，嵌合抗原受體 (CARs) 是一種人工融合蛋白，主要由抗原識(shí)別結(jié)構(gòu)域組成，該結(jié)構(gòu)域通過(guò)鉸鏈和跨膜結(jié)構(gòu)域與信號(hào)靈活部分相連。如圖 1 (左) 所示，該抗原結(jié)合域通常是單鏈可變片段 (scFv)，可以具有不同的結(jié)構(gòu)?？乖Y(jié)合域之后是鉸鏈域和跨膜域，它們將抗原結(jié)合域與細(xì)胞內(nèi) T 細(xì)胞 (共刺激域 (如 CD28) 以及從CD3ζ 改編的 T 細(xì)胞靈活域) 信號(hào)部分連接起來(lái)。經(jīng)過(guò)改造的 T 細(xì)胞可以特異性識(shí)別并殺傷癌細(xì)胞，這是一種革命性腫瘤治療的新方法。
圖 1. CAR 的結(jié)構(gòu)和 CAR-T[1]
隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，CARs 的結(jié)構(gòu)也是不斷升級(jí)優(yōu)化的。第二代和第三代CARs 的設(shè)計(jì)目的是通過(guò)傳遞共刺激信號(hào)來(lái)增加 CAR-T 細(xì)胞的功能，以提高 T 細(xì)胞增殖活性、細(xì)胞毒性，延長(zhǎng)T細(xì)胞存活時(shí)間。
圖2. CAR的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[2]
一代 CAR 由一個(gè)基于單鏈可變片段 (scFv) 的抗原結(jié)合域組成，該抗原結(jié)合域通過(guò)連接到一個(gè) T 細(xì)胞靈活域，該靈活域是T細(xì)胞受體復(fù)合物的CD3ζ亞基。第二代 CAR 再一代基礎(chǔ)上添加了一個(gè)共刺激域，通常是 CD28 或 4-1BB。第三代 CAR 包括一代 CAR 的結(jié)構(gòu)組件以及兩個(gè)串聯(lián)的共刺激域。以提高 T 細(xì)胞增殖活性、細(xì)胞毒性，延長(zhǎng)T細(xì)胞存活時(shí)間。
關(guān)于 CAR-T 細(xì)胞
CAR-T 細(xì)胞的工作原理如圖 3 所示：首先，從病人體內(nèi)分離出T細(xì)胞，進(jìn)行細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)形成 CAR-T 細(xì)胞，體外擴(kuò)增 CAR-T 細(xì)胞之后，再次輸回病人體內(nèi)，從而 CAR-T 細(xì)胞可以特異性識(shí)別并殺傷癌細(xì)胞。
然而在 CAR-T 細(xì)胞的整個(gè)生命周期中，仍然擁有許多技術(shù)障礙需要進(jìn)一步克服，主要包括：生產(chǎn)性問(wèn)題、腫瘤浸潤(rùn)的物理障礙、抗原表達(dá)的腫瘤異質(zhì)性、腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制因素以及具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)毒性等等。
圖 3. CAR-T細(xì)胞的生命周期及其生物學(xué)功能[3]
另外，除了 CAR-T 細(xì)胞外，其他的 CAR 免疫細(xì)胞主要還包括：CAR-NK 細(xì)胞, CAR-M 細(xì)胞和 CAR-Treg 細(xì)胞等。
如圖4所示：自然殺傷（NK）細(xì)胞由于其固有的抗腫瘤活性，一直被作為開(kāi)發(fā)細(xì)胞治療產(chǎn)品的基礎(chǔ)。從臍血中提取NK細(xì)胞，并用抗 CD19 嵌合抗原受體(CAR)載體將其轉(zhuǎn)導(dǎo)，該載體已被設(shè)計(jì)用于體外產(chǎn)生白細(xì)胞介素-15 (IL-15) ，以增加擴(kuò)增和功效。
CAR 結(jié)構(gòu)也能組裝到巨噬細(xì)胞上，形成 CAR 巨噬細(xì)胞 (CAR-M)。該巨噬細(xì)胞在體外表現(xiàn)出抗原特異性吞噬作用和促炎性 M1 極化。此外，CARs 還被重新定向于免疫抑制性 CD4+CD25+ 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞 (Treg細(xì)胞)，CAR-Treg 細(xì)胞作為一種自身免疫疾病和器官移植的潛在療法。
圖4. 其他 CAR 免疫細(xì)胞及其生物學(xué)功能[4]
CAR-T 細(xì)胞療法的小分子開(kāi)關(guān)
CAR-T 細(xì)胞療法已證明具有徹底根治白血病的療效。然而，這種治療方法受到嚴(yán)重細(xì)胞因子釋放綜合征的阻礙，這是其在臨床上廣泛應(yīng)用的主要障礙。結(jié)合基因工程和化學(xué)技術(shù)研究?jī)?yōu)勢(shì)，小分子被人為地設(shè)計(jì)為開(kāi)啟和關(guān)閉“開(kāi)關(guān)”切換，來(lái)賦予 CAR-T細(xì)胞功能的靈活性。此外，小分子可以通過(guò)藥物定向運(yùn)輸技術(shù)選擇性地傳遞到目標(biāo)組織，這將有助于進(jìn)一步減輕靶內(nèi)/非腫瘤毒性問(wèn)題。
小分子化合物如 FITC、葉酸、雷帕霉素、Rimiducid和 PROTAC 化合物，已被成功地用于設(shè)計(jì)新型的 CAR-T 細(xì)胞安全開(kāi)關(guān)，通過(guò)各種機(jī)制減少危及生命的 CRS (細(xì)胞因子風(fēng)暴)。
圖 5. 其他 CAR 免疫細(xì)胞及其生物學(xué)功能[6]
如圖所示，F(xiàn)ITC−葉酸結(jié)合物作為安全開(kāi)關(guān)，可誘導(dǎo)腫瘤和 CAR-T 細(xì)胞之間形成假免疫突觸. Rimiducid 與 FKBP12-F36V 結(jié)合，誘導(dǎo) Caspase-9 二聚化，導(dǎo)致 CAR-T 細(xì)胞凋亡。達(dá)沙替尼通過(guò)抑制 Lck、CD3ζ 和 ZAP70 分子的磷酸化來(lái)防止 CAR-T 細(xì)胞的靈活等。
總結(jié)
癌癥一直是嚴(yán)重威脅人類(lèi)生活質(zhì)量和健康安全的重大疾病。由于傳統(tǒng)的治療手段療效十分有限，毒副作用很大且容易產(chǎn)生耐藥性等問(wèn)題，已經(jīng)不能滿(mǎn)足巨大的臨床需求。
隨著生物技術(shù)的突飛猛進(jìn)，CAR-T 療法已經(jīng)成為革命性腫瘤治療的熱門(mén)話(huà)題，為腫瘤患者帶來(lái)了治愈的新希望。然而，CAR-T 療法也有其主要的臨床應(yīng)用障礙問(wèn)題。小分子作為生命過(guò)程調(diào)控的重要工具之一，同樣可以調(diào)控 CAR-T 細(xì)胞毒活性以及潛在的毒副作用。我們相信，根據(jù)腫瘤免疫的新見(jiàn)解，不斷提出新的細(xì)胞治療策略，攻克癌癥指日可待。
參考文獻(xiàn)
1. Mikkilineni L, Kochenderfer JN. CAR T cell therapies for patients with multiple myeloma. Nat Rev Clin Oncol. 2021 Feb;18(2):71-84.
2. Cappell KM, Kochenderfer JN. A comparison of chimeric antigen receptors containing CD28 versus 4-1BB costimulatory domains. Nat Rev Clin Oncol. 2021 Nov;18(11):715-727.
3.Rebecca C Larson, Marcela V Maus. Recent advances and discoveries in the mechanisms and functions of CAR T cells. Nat Rev Cancer. 2021 Mar;21(3):145-161.
4. 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.
5. Morris EC, Neelapu SS, Giavridis T, Sadelain M.Cytokine release syndrome and associated neurotoxicity in cancer immunotherapy. Nat Rev Immunol. 2022 Feb;22(2):85-96.
6. Zheng Y, Nandakumar KS, Cheng K. Optimization of CAR-T Cell-Based Therapies Using Small-Molecule-Based Safety Switches. J Med Chem. 2021 Jul 22;64(14):9577-9591.
