吹響CAR-T小車衝鋒的號角 腫瘤免疫前沿進展

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編者按：

2019年7月12日，《科學》雜誌在線發表了麻省理工學院達雷爾·歐文（Darrell Irvine）教授團隊題為 Enhanced CAR–T cell activity against solid tumors by vaccine boosting through the chimeric receptor 的研究。這項研究開創性地實現通過分子佐劑提升 CAR-T 細胞殺傷腫瘤細胞的效率，為研究者對抗實體瘤的攻堅戰提供了新的思路。[1]

撰文 | 黃宇翔

責編 | 夏志堅

1面對實體瘤，CAR-T一籌莫展

腫瘤免疫療法，即通過調動免疫系統實現對腫瘤細胞的清除，是當代癌症生物學最令人激動的突破進展之一。說到腫瘤免疫領域大名鼎鼎的兩大療法，其一是在2018年剛剛獲得諾貝爾生理醫學獎的免疫檢查點抑製劑，另一個則是嵌合抗原受體T細胞免疫療法（簡稱CAR-T療法）。[2, 3]

我們身體里的T細胞是可以消滅癌細胞的「特種部隊」。然而，狡猾的癌細胞往往可以通過巧妙的偽裝（如下調MHC複合物、腫瘤抗原表達等）逃過T細胞追殺。於是研究者通過基因工程的方法在癌症病人的T細胞中表達能夠特異性識別出癌細胞的嵌合抗原受體（簡稱CAR），就如同給T細胞的部隊安裝了能夠特異性靶向癌細胞的「制導系統」，從而使其能更高效地清除癌細胞。這便是CAR-T療法的基本原理。

儘管CAR-T療法已經在屬於液體瘤的白血病中取得了非凡的成績，但對於乳腺癌、腦癌等實體瘤，大部分時候仍鞭長莫及——相比於在血液中四處遊盪的血癌細胞，實體瘤細胞紮根在CAR-T細胞難以進入的組織深處，並且在其周圍營造出了具有高度免疫抑制性的腫瘤微環境。[3]

即便是衝進了實體瘤的虎穴龍潭，CAR-T 細胞在 PD-L1 分子和腫瘤微環境內眾多抑制性細胞因子的重重夾擊下，往往還沒有見到癌細胞的影子就已經精疲力竭，難以威脅到實體腫瘤細胞的一根毫毛。[4]

如何改造 CAR-T 療法，才能攻克實體瘤建立的重重堡壘的防線呢？

有研究者提出，可以敲除 CAR-T 細胞中的 PD-1受體，這樣一來即使在執行清除腫瘤細胞任務時身處含有 PD-L1分子等抑制性細胞因子的環境中，CAR-T 細胞依然可以抖擻精神，奮勇殺敵。但緊跟著問題來了，不再受抑制性信號控制的 CAR-T 細胞一旦發生了癌變，後果就更加不堪設想。[5]

也有研究者提出，可以聯用腫瘤免疫的兩大療法，這種強強聯手的策略被領域內很多專家所看好。然而，縱使免疫檢查點抑製劑和 CAR-T 療法雙劍合璧，仍面臨無法將足夠數量的CAR-T 細胞送到實體瘤位置的挑戰。[6, 7]

如何才能讓 CAR-T 療法在實體瘤中像液體瘤中那樣大放異彩，是擺在腫瘤學家們面前的一道難題。

2設計巧妙的分子佐劑

麻省理工學院達雷爾·歐文團隊在2014年開發出能特異性靶向淋巴結的分子佐劑，這種方法利用白蛋白 (albumin) 在淋巴結中富集的性質，在分子佐劑中融合了可以結合白蛋白的結構域，使得包含有能調節免疫系統活性成分的分子佐劑能搭上白蛋白的「順風車」進入淋巴結，發揮其免疫調控功能。[8]

此外，CAR-T 研究者已經知曉，CAR-T 細胞在通過靜脈注射進入體內後，會隨著循環系統四處「巡邏」。CAR-T 細胞在經過腫瘤病灶附近時，一旦檢測到腫瘤抗原，就會停下腳步進入病灶執行清除腫瘤的任務。而大部分沒有檢測到腫瘤抗原的 CAR-T 則會回到各個淋巴結的大本營集結待命。

在2017年加入達雷爾·歐文團隊的馬樂園博士也深為 CAR-T 細胞應用於實體瘤中所遇的困境感到憂慮。在了解 CAR-T 集中在淋巴結待命的這一事實後，一個簡單的想法跳進他的腦海：如果能人為地向 CAR-T 細胞駐紮的「大本營」（即各個淋巴結）輸送一些模仿腫瘤抗原的分子，是不是就能夠動員起更多的 CAR-T 細胞擴增活化，進而離開淋巴結隨著循環系統四處巡邏呢？如果在血液中巡邏的 CAR-T 細胞數目增加了，是不是會有更多的 CAR-T 細胞有機會浸潤到實體瘤組織中，奪取抗癌鬥爭的勝利呢？

再聯想到歐文團隊此前的研究，馬樂園博士的靈感就來了：如果在分子佐劑中加入腫瘤抗原的成分，先讓其搭著白蛋白的順風車來到淋巴結，進而憑藉其物理化學特性插到一些可以與CAR-T 細胞結合的細胞的細胞膜上（主要是抗原遞呈細胞，簡稱APC細胞），不就可以將大本營待命的大量 CAR-T 細胞激活送往前線抗擊腫瘤了嗎？

圖1 如果能設計出一種靶向淋巴結「大本營」的分子佐劑，是不是能夠動員更多的CAR-T細胞奔赴抗癌戰場的前線呢？圖中長著紅色圓腦袋和兩條細長腿的那個分子就是馬博士設想的分子佐劑「傳令官」理想中的樣子。來源：Ma et al., (2019) Science

於是，一個用於增強 CAR-T 抗腫瘤性能的分子佐劑的結構框架躍然紙上：圖2中左側兩條長長的脂肪酸鏈借鑒了歐文團隊2014年發表的設計，脂肪酸鏈能夠牢牢結合駛向淋巴結區域的白蛋白「高速列車」，是一張通向淋巴結的「順風車車票」；中間的聚乙二醇能增加其在血液中的溶解性；右側的基團插在 APC 細胞膜上後可以激活 CAR-T 擴增，促使 CAR-T 離開淋巴結去殺傷癌細胞。

這個設計巧妙的分子佐劑究竟能不能在實體瘤的攻堅戰中助 CAR-T 戰車一臂之力呢？

圖2 分子佐劑「傳令官」的廬山真面目：左側兩條長腿可以結合白蛋白，是搭上前往淋巴結大本營的「上車憑證」；中間的聚乙二醇可以增強分子佐劑的溶解性；右側的基團是傳令官到達大本營後被CAR-T駐紮部隊識別傳達「活化」命令的虎符軍令。來源：Ma et al., (2019) Science

3動物模型：初戰告捷

在分子佐劑在體外實驗表現出能夠促進 CAR-T 細胞擴增和具有更高靶細胞殺傷力的性質之後，馬樂園博士和他的同事們對分子佐劑在體內的表現充滿了期待。

他們關心的第一個問題是，分子佐劑在體內是否能像他們預想的那樣促進 CAR-T 細胞的擴增呢？

實驗的結果沒有讓研究者失望：分子佐劑的引入顯著提升了外周血（即不包括骨髓的血液）中T細胞的數量。

圖3 分子佐劑在體內能活化CAR-T細胞增殖，提升外周血中殺傷性T細胞的數目。比較圖中的綠線和藍線在第一次注射疫苗後的第14天，可以看到添加分子佐劑能使得外周血中殺傷性T細胞的數目達到了不加分子佐劑時注射高200倍CAR-T細胞所能達到的效果。來源：Ma et al., (2019) Science

為了檢驗分子佐劑是否可以增強 CAR-T 細胞清除腫瘤的能力，研究者們在一種小鼠腦瘤模型中觀察到分子佐劑能顯著增加腫瘤中的 CAR-T 細胞數目、更有效地抑制腫瘤的增長、延長腦瘤模型小鼠的存活時間。

分子佐劑在動物模型中的實驗，首戰告捷。

圖4 分子佐劑在動物模型中初戰告捷：圖A顯示分子佐劑的加入顯著增加了腫瘤中CAR-T的數目；圖B顯示分子佐劑能幫助CAR-T細胞對腫瘤增長產生更強的抑制效果；圖C顯示分子佐劑助力CAR-T細胞更好地延長帶瘤小鼠的生存時期。來源：Ma et al., (2019) Science

4長夜漫漫，未來可期

CAR-T 治療的領軍人物、賓夕法尼亞大學腫瘤免疫中心的 Carl June 教授在評論這項研究時寫道：「馬樂園博士等人的研究一大創新之處在於他們表明 CAR 分子的作用不止於識別、殺傷癌細胞，還可能可以起到增強 CAR-T 活性的功能。」[9]

「這項技術推向臨床指日可待，因為我們只需要根據靶點對分子佐劑進行調整，而無需變動CAR-T 細胞本身。我樂觀地估計在未來1-2年內分子佐劑在 CAR-T 治療的促進效果將會在病人中得到檢驗。」達雷爾·歐文教授在接受《麻省理工學院新聞》採訪時說。[10]

儘管，關於分子佐劑是否在異種腫瘤移植實驗中依然有效、促進 CAR-T 殺傷效果能否延伸到更多腫瘤類型等問題的闡明還有待更多動物實驗的嚴謹檢驗；

儘管，人們對分子佐劑潛在的毒副作用目前了解還很有限；

儘管，分子佐劑促進 CAR-T 療法在人類患者中的效果也充滿了未知數。

但在今天，達雷爾·歐文團隊在分子佐劑促進 CAR-T 清楚腫瘤效果方向上成功邁出了試探性的一小步。這一步，無疑在人類與癌症抗爭的漫漫長夜中，又點亮了一盞燈，指引出未來前進的一個方向。

分子佐劑能吹響 CAR-T 抗癌戰車的嘹亮號角嗎？

期待在不久的將來，實驗台前辛勤耕耘的研究者們能為我們呈現更多的證據。

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