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工程T细胞:肿瘤免疫治疗的希望与挑战

来源:旭光科星    浏览量:1091    发布日期:2017-06-19      关键词:旭光科星  
摘要:
基因工程T细胞,作为一种新的肿瘤治疗方式,在难治复发性恶性血液肿瘤的临床试验中取得了惊人疗效。以下一代T细胞治疗的发展趋势为重点,本文综述了该领域的一些最有前途的新进展。
自Medawar等的开创性研究之后,过继T细胞被公认具备靶向和杀伤肿瘤细胞的潜力。基因工程修饰和体外扩增技术的发展,使得工程T细胞取得了前所未有的临床疗效。
早期采用的TCR技术通过MHC-I同时识别胞内外的肿瘤靶标,但也会由于肿瘤细胞下调MHC-I而失效。经过多年改进,嵌合抗原受体(CARs)一般由识别特定标志物的单链抗体区或配体区、TCR的CD3ζ和一到多个胞内共刺激区组成,实现了不依赖于MHC靶向特定肿瘤胞外抗原。
靶向CD19和NY-ESO-1的临床数据证实,工程T细胞已演变为成熟的肿瘤治疗方式,正在进行适应症扩展、新靶点和技术升级等研究。以下一代T细胞治疗的发展趋势为重点,本文综述了该领域的一些最有前途的新进展。
B细胞肿瘤的临床研究
由于表面标志物多、获得性B缺可控、肿瘤细胞易接近、尤其是B-ALL的疗效突出等因素,B细胞肿瘤是工程T细胞的主要适用症。
CD19是最常见的工程T细胞治疗的B细胞肿瘤靶点,在良性和恶性B细胞上都有表达,非B细胞表达十分有限。数据显示,CART19细胞治疗的的整体响应率在R/R-B-ALL中超过80%、B淋巴瘤为50%-80%,对罕见的CD19+-MM也达到完全缓解。
CD19的下调或突变是CD19-CART治疗B-ALL后复发的主因。靶向CD20二代CART在淋巴瘤中有一定疗效,靶向CD22的CART也在临床试验中。靶向两种靶点的联合治疗或能防止肿瘤靶点逃逸。
与CD19相比,靶向Igk的CART可特异杀伤表达Igk的B细胞,而不影响20–80%的带Igl的B细胞和浆细胞,避免增加治疗后的感染风险,目前已进入临床实验一期。
通过生产工艺的改进,初始细胞亚群的控制,CRS的有效管理,针对不同B细胞肿瘤特点的优化等手段,工程T细胞成功根除B细胞肿瘤奠定了过继性T细胞治疗领域快速发展的基础。
超越B细胞肿瘤
非B细胞血液肿瘤新靶点
B细胞成熟抗原(BCMA),其表达局限于浆细胞,且是浆细胞增殖和存活的信号分子。异种移植物模型中,BCMA-CART可以有效清除人多发性骨髓瘤(MM)细胞,临床试验见表1。NY‑ESO‑1也在骨髓瘤细胞中高表达并有很高的免疫原性,NY‑ESO‑1靶向TCR-T治疗20例晚期MM患者,16例有效,说明其有良好前景。
CD33、CD123 、CD44v6等骨髓细胞表面标志物用于髓系肿瘤治疗也在研究中。正常造血干细胞也表达CD33和CD123,靶向这些标志可能会损伤正常造血干细胞,但可能用于骨髓移植的清髓处理,相关临床试验见表1。
一些有潜力的血液学靶点也可用于其它肿瘤,如ROR1。临床前研究中,ROR1-T对ROR1+ B细肿瘤和肉瘤有杀伤活性;同时,并未由于在非肿瘤组织中的低表达而在非人灵长类动物体内造成明显的毒副作用。相关CLL的临床试验见表1。
实体瘤特异靶点的搜寻
与单抗药物和肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)相比,工程T细胞能够更好地侵入肿瘤组织和克服肿瘤免疫逃避,对实体瘤治疗有独特潜力。但多数实体瘤靶点在正常组织中也表达,增加“脱靶效应”的风险;特异靶点,如EGFRVIII,又不在所有的肿瘤组织中表达,造成无靶点肿瘤细胞的选择性增殖。目前多数实体瘤靶点在肿瘤组织中仅是过表达,而非特异表达,例如:GD2、IL13Rα2、间皮素和HER2。相关靶点请见表1,2。
胶质瘤体现了目前靶点选择的各种方式。EGFRvIII是带有新表位的EGFR突变体,在约30%的胶质瘤病例中表达,EGFRvIII-CART可在前临床研究中控制肿瘤细胞生成,相关临床I/II期试验见表2。虽然IL13Rα2在非肿瘤细胞中低表达,IL13Rα2‑CAR-T 通过颅内给药也表现安全,临床试验见表2。
GD2是一种鞘糖脂,在神经外胚层系肿瘤、肉瘤、脑瘤、小细胞肺癌中较丰富。一代GD2‑CAR-T的初步临床研究表明其在部分成神经细胞瘤患者中安全有效,但更有效的CAR设计是否具有可接受的安全性仍有待研究。其临床试验见表1。
间皮素涉及到恶性肿瘤的迁移作用是一个有吸引力的治疗靶点,在临床前研究中,人间皮瘤病变可以被间皮素靶向的CAR-T细胞清除。临床试验初步数据显示,采用鼠源scFV的间皮素CAR-T细胞对卵巢癌、间皮瘤和胰腺癌可能有效,未见明显“脱瘤效应”。采用全人scFv 能否改善CART存续并仍旧安全还有待研究。
HER2-CART在一个结肠癌病人中造成了严重的肺水肿,说明同靶点的单克隆抗体药物不能充分预测T细胞治疗的安全性。当然,在肉瘤病人中,以及成胶质细胞瘤和成神经管细胞瘤的前临床研究中也观察到了HER2-CART的抗肿瘤效果。采用CMV特异性自体T细胞的制备的HER2- CART细胞在临床试验中也表现出安全和有效。
针对每一例肿瘤的新生抗原,寻找TCR或CAR的新靶点是另一个主要方向,如多肽加工受损产生的新T细胞抗原表位(TEIPP)。
工程T细胞靶向实体瘤的思路演变
根据已有临床数据的反馈,我们需要重新评价CART细胞的基本研发策略。靶点的特异性可能比有效性更重要,尤其是实体瘤。抗WT1的HLA-A2表位肽复合物抗体的发现,为大量胞内肿瘤标志物作为可能的CART的靶点也提供了新的思路。
随着潜在靶标的扩展,对癌症生物学更深入的理解将允许更精准的靶向。如某些CART在前临床模型和临床试验中可特异消减肿瘤干细胞,说明未来靶向肿瘤干细胞可能会最大化临床疗效,同时减少脱瘤效应。
各种新发现也拓展了T细胞治疗靶点特异性的含义,如FTIC-CAR和FcgR-CAR的两步法的设计,采用通用CART细胞和特异桥接分子,针对对多个不同靶标实现可控和特异的识别和应答。通过强化CART细胞IL12的分泌能力(TRUCKs),诱导天然抗肿瘤免疫效应和解除免疫抑制微环境。EGFRvIII-CAR T的数据表明,工程T细胞可诱导机体产生对其它非靶标肿瘤抗原的免疫力。总之,工程T细胞抗肿瘤效应是依赖于细胞的设计和宿主因素的动态过程。
打造智能T细胞
基因导入和编辑
采用病毒载体进行基因导入是目前的主要方法。数百个病人数据表明,慢病毒载体插入突变的风险可能低于逆转录病毒,更适合应用于工程T细胞基因导入。
DNA转座子,如如睡美人(SB)系统、PiggyBac系统也被应用于工程T细胞的改造,如CD19-CART,并正在进行临床试验。
电穿孔技术可以提供非整合、非病毒方式进行工程T细胞修饰,如mRNA的导入,从而消除插入突变风险。相关临床试验见表1,2。
基因编辑技术ZFN, TALEN和CRISPR/Cas9,可以高效地在T细胞中破坏和插入基因元件,如敲除抑制性受体、原生TCR、CCR5、插入各种功能增强的分子等,并最终打造安全有效通用CART,革新CART的生产和应用模式。
增强侵入肿瘤组织能力
改变给药方式或对工程T细胞进一步改造可增强工程T细胞的体内定位能力,增强疗效,尤其是实体瘤,如造间皮素-CART的局部给药,以及在GD2或间皮素-CART中表达趋化因子受体CCR2b。
避免肿瘤免疫抑制和免疫逃逸
肿瘤微环境中的免疫抑制和免疫逃逸会造成工程T细胞对肿瘤的难治性。CD123和CD19-CART联用可以克服CD19的靶点逃逸。在T细胞中,表达TGFβ II型受体的功能缺失突变体可以克服肿瘤分泌的TGFβ免疫抑制;表达IL-4胞外区和IL-7胞内区的杂合受体可以逆转IL4免疫抑制为免疫激活;与PD1单抗联用或改造T细胞使其抗PD1或CTLA4的免疫抑制等。未来T细胞治疗将与多种免疫检查点阻断技术相结合,以提高疗效。
提高安全性:布尔逻辑门
工程T细胞治疗存在细胞因子风暴、在靶脱瘤反应、非特异交叉反应等安全性隐患。
引入自杀开关如,HSV-TK和可诱导Caspase9等,能够对工程T细胞进行更准确的操控,提高安全性。
小分子活化开关可以对免疫突触的形成进行时空上的控制,从而控制工程T细胞活化,而不导致CART死亡。Syn-NOTCH受体系统则实现了利用组织特异的其它配体控制CAR或TCR的表达。
在工程T细胞表面引入已上市单抗药物的靶点也可用于控制其功能,如CD20-rituximab和EGFR-cetuximab。
CAR-T细胞的脱瘤毒性可以通过加强其特异性来减小。如串联双特异性HER2+CD19和HER2+IL13Rα2的TanCAR,mesothelin+FRα和HER2+mucin 1 (MUC1) 的双信号活化CAR-T,以及通过scFV传递抑制信号以保护特定细胞群体。通过组合多种特异的激活和抑制信号,可以建立更复杂和精细的控制体系,提高工程T细胞临床应用的安全性。
免疫治疗的未来
激酶靶向药物和检查点药物使许多肿瘤病人获得了良好的疗效,但由于一些严重副反应和需要多次给药,导致了高额费用,使大多数病人难以获益。
过继工程T细胞治疗具备了疗效持久和高响应率两个特点,未来与上述药物的联合应用,将可能延长患者的生存时间,甚至通过几次治疗就可以治愈部分癌症。针对血液肿瘤之外的应用拓展将依赖于细胞改造的自动化和通用T细胞技术的发展。

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