专访 | 华人学者开发超声遥控CAR-T开关，动物体内治愈率80%，计划推向临床
CAR-T 细胞疗法已经被证明是一类有突破性疗效的创新癌症疗法，一旦给药后，CAR-T 细胞能够在数周至数月内增殖并杀死肿瘤细胞。但是，CAR-T 细胞会不受控制的增殖，并有可能触发细胞因子风暴，进一步导致轻度发烧到器官衰竭等严重的副作用。
更为严重的是，对实体肿瘤来说，这些肿瘤上的许多目标抗原也在正常组织和器官上表达。CAR-T 细胞因此也可以攻击正常组织和器官，即使它们表达低水平的目标抗原。这可能会产生毒副作用，杀死正常组织和器官 —— 这些作用被称为靶上、肿瘤外毒性。
因此，CAR-T 细胞疗法对实体肿瘤来说还有很多困难要克服。许多研究人员也正在开发控制 CAR-T 的方式，使 CAR-T 更安全。
近日，加州大学圣地亚哥分校的王英晓团队和钱煦团队合作开发了一种可控的 CAR-T，这些细胞可以在没有任何外源性辅助因子的作用下由超声远程遥控，超声可以在特定的时间和深层组织部位激活 CAR-T 细胞，从而在体内精确抑制实体肿瘤的生长。
这项研究也以题为 Control of the activity of CAR-T cells within tumours via focused ultrasound 发表在 Nature Biomedical Engineering 上。
借此机会，生辉联系到了加州大学圣地亚哥分校生物工程系的的王英晓教授（Peter Yingxiao Wang ）。他的研究方向包括分子工程、荧光共振能量转移 (FRET)、活细胞成像，基因和细胞改造工程，曾在伊利诺伊大学香槟分校担任助理教授和副教授。
图 | 王英晓教授（来源：受访人提供）
超声无创遥控 CAR-T，可实现 80% 治愈率
传统治疗癌症的药物进入人体后，就会立即开始分解。CAR-T 是活细胞，一旦在体内发现癌症靶点后，会成倍增加，且无法控制 CAR-T 细胞的增殖数量。在 CAR-T 攻击肿瘤时，还会释放细胞因子，这些细胞因子会促进炎症并招募更多的免疫细胞进行攻击。
目前，临床上通常使用免疫抑制剂来控制细胞因子的释放，例如皮质类固醇、类风湿性关节炎药物托珠单抗等。
相对而言，CAR-T 在某些血癌、淋巴瘤等血液瘤更有效可控，但对实体瘤不太有效。实体瘤上表达的靶抗原在正常组织、器官上也会表达，这可能导致 CAR-T 攻击其它重要的器官或者组织，造成 “on target off tumor”。
在超过 500 项正在进行的 CAR-T 临床试验中，通过添加小分子药物控制 CAR-T 的策略是主流的方式之一。光遗传学、热遗传学控制 CAR-T 的方式也层出不穷。
一家位于休斯顿的细胞疗法公司 Bellicum Pharmaceuticals 用一种名为 rimiducid 的小分子药物来控制 CAR-T，这款 CAR-T 在去年 6 月份被 FDA 批准进入临床，却在同年 12 月因一名胰腺癌患者死亡而被 FDA 暂停了临床试验。
光遗传学技术也被应用在这一领域，不过目前仍存在一定的局限性，例如光控模块过大、光控开关灵敏度低、蓝光组织透性差等问题；或者是针对一些需要全身治疗的疾病，如白血病，光疗法并不是最佳选择。
事实上，2020 年，王英晓团队也报道了一种用蓝光控制 CAR-T 细胞的技术。“光遗传学的方式很难在人体中进行试验，最大只能穿透到毫米级别的深度。”
因此，王英晓将重点转向了超声控制的技术。“超声波有很深的穿透能力，可以穿透到身体表面数十厘米以下的部位”，王英晓补充道，“超声实际上是一个力学波，在软体组织中可以转换为热能。”
基于此，王英晓团队改造了 CAR-T 细胞。研究团队构建了一个包含热休克蛋白（Hsp）启动子的载体，这种载体在局部热诱导（43℃）下可以持续稳定表达。当团队使用聚焦超声时，超声波转换的热能激活热休克蛋白表达后，CAR-T 才可以被启动，进而可以控制 CAR-T。
（来源：上述论文）
目前，聚焦超声已经在临床上被广泛应用于肿瘤消融、控制药物释放、血管舒张、神经调节和转基因表达等方面。它以非侵入式的优势在微创的射频消融、微波消融、冷冻消融中脱颖而出，但这种方式可能会造成周围组织的痛伤。
“我们的方式采用局部短脉冲超声，5 分钟 3 次，温度控制在 43℃，不会造成组织伤害，只是在局部控制 CAR-T 细胞内基因表达的启动，这也在一定程度上避免了细胞因子风暴的问题”，王英晓补充道，“单支超声波的能量在组织内会容易消散，但多支超声波通过相位调控在聚焦部位时，能量能很好控制。”
在这项研究中，研究团队在同一只老鼠两侧接种前列腺肿瘤细胞，注射超声可控的 CAR-T 细胞后，在核磁共振影像的辅助下，用聚焦超声处理肿瘤。结果表明，未经超声处理的一侧肿瘤变得很大，只需要一次超声刺激，处理过的一侧肿瘤消融，且 80% 以上的肿瘤都可以被消融。研究团队也在试验多次超声间隔刺激的作用。
可减缓 T 细胞耗竭，计划推向临床
2018 年，王英晓团队和钱煦团队合作就开发了利用超声波远程控制 CAR-T 的方式。团队设计的 CAR 携带装有微泡的机械传感器，当微泡暴露于超声时会振动。
微泡激活一种被称为 PIEZO1（压电型机械敏感离子通道组件 1）的基因编码的蛋白质。PIEZO1 蛋白是一种将机械力与生物信号联系起来的机械激活离子通道。一旦激活，PIEZO1 通道允许钙离子进入 T 细胞。这一动作可以触发了一系列分子反应，进而开启了帮助 T 细胞识别和杀死癌细胞的基因。
王英晓告诉生辉，“这项早先的研究主要运用力学的方法将概念建立起来，但实际操作过程中如何将携带微泡的 CAR-T 导入体内肿瘤中并不容易。现有的方式用超声局部聚焦产热的办法则可以用超声直接控制 CAR-T 细胞的基因和功能来治疗肿瘤，可以和临床无缝对接。”
（来源：上述论文）
如果说 CAR-T 细胞的过度增殖会造成细胞因子风暴，T 细胞的耗竭则可能导致疗效不佳。“短脉冲间隔超声的方式能够让 T 细胞中间短暂休息，一定程度上防止了 T 细胞过快耗竭的问题。” 王英晓讲道。
近期，宾夕法尼亚大学医学院的研究人员也发现了一种靶向名为 BET 蛋白的小分子抑制剂，来减少 T 细胞耗竭并提高其增殖能力；此前，瑞士洛桑联邦理工学院的唐力教授团队则利用 IL-10 融合蛋白（IL-10-Fc），通过代谢重编程增强终末耗竭 T 细胞的增殖能力和杀伤肿瘤的能力。
从光遗传学到声遗传学的研究，王英晓也有颇多感慨，“10 年前，现在做的一切跟学生讲起来就像在介绍科幻片，未来肯定也会有更好的方式出现。希望将来病人只要穿上可穿戴超声探头的衣服，手机程序就可以自动控制超声刺激的频率和部位，体内的 CAR-T 细胞就可以被超声信号控制来实现精确治疗。但现在这类技术比较新，还是需要资本、学术领域的大力支持和发展。”
目前，王英晓团队计划将这项研究推向临床，目前正在进行安全性验证，癌种也会扩展到乳腺癌、肝癌、胰腺癌，宫颈癌等。“这是一个大工程，需要更多志同道合的各界人士一起参与，大家联合起来，同心协力，梦想才能变成现实。同时我们也正在积极寻求产业化落地。” 王英晓说道。
参考资料：
https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/ultrasound-remotely-triggers-immune-cells-to-attack-tumors-in-mice-without-toxic-side-effects https://cen.acs.org/pharmaceuticals/oncology/Controlling-CAR-T-scientists-plan/96/i19 https://www.news-medical.net/news/20210812/Immunotherapy-pairs-ultrasound-with-immune-cells-to-destroy-tumors-without-toxic-side-effects.aspx
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