邦耀
细胞治疗-CART
CAR-T细胞治疗：理想的靶点万里挑一
2019-07-05
在最新发表在《Nature Reviews Drug Discovery》综述显示，截止2019年3月，全球的CAR-T疗法的临床试验高达568，中国的表现尤为突出，临床试验数量快速上升，已超过美国跃居全球第一[1]。作为新型肿瘤治疗手段，国内外各大企业和科研机构早已纷纷布局，闻风而来的投资和研发管线更是层出不穷。本期我们就一起看看，在CAR-T疗法中都有哪些备受关注和欢迎的靶点？
一、CAR-T疗法的发展历程
CAR-T细胞疗法，即嵌合抗原受体T细胞疗法，目前对恶性肿瘤特别是血液肿瘤有显著的疗效，被认为是人类最有可能战胜癌症的终极武器。CAR-T最早是由Eshhar等人在1989年提出，但最近几年才被改良应用到临床上的细胞疗法。如下图所示，经过不断地技术创新，目前CAR-T已经发展到第五代。
图1. CAR-T发展历程
二、CAR-T疗法靶点的分类
通过基因修饰改造的CAR-T细胞，就像导弹一样能够特异性识别、结合并清除带有肿瘤抗原标志的肿瘤细胞。那CAR-T如何高效定位肿瘤细胞呢，靶点是肿瘤细胞能否被CAR-T细胞成功识别的关键，即我们所说的肿瘤抗原。理想的靶点既要保证CAR-T细胞特异性杀伤肿瘤细胞，又不伤害或极少伤害到正常细胞。以CD19为靶点的CAR-T细胞疗法的成功，靶点的正确选择起了决定性作用。如下图为近20年来陆续被报道的靶点：
图2. CAR-T靶点第一次被报道的时间轴[2]
CAR-T的肿瘤抗原包括2大类：
1. 肿瘤特异性抗原（tumor-specific antigen，TSA）：TSA是指只在肿瘤细胞表达，而正常组织细胞不表达的抗原，是CAR-T疗法的最理想靶点。但这种只在肿瘤细胞表达的抗原非常稀少，也就限制了它在CAR-T中的应用。如常见的表皮生长因子受体EFGRvIII和前列腺特异性膜抗原PSMA等。
2. 肿瘤相关抗原（tumor-associated antigen，TAA）：TAA是指在肿瘤细胞显著高表达，正常组织低表达的抗原。目前大部分CAR-T研究是靶向TAA的，如包括CD19、CD20、CD22、CD30、CD33、BCMA等；参与生长和分化信号的抗原，包括癌胚抗原（CEA）、表皮生长因子受体（EGFR、HER2）、酪氨酸激酶受体（EPHA2）等；参与肿瘤血管生成的抗原，包括血管内皮生长因子（VEGF）、VEGF受体（VEGFR）等。尽管TAA在肿瘤细胞和正常组织细胞中的表达有很高的辨识度，但研究人员仍然需要密切关注CAR-T细胞治疗过程中的非肿瘤靶向毒性。
如下图所示，是截止2019年3月份，统计的在临床试验注册中的十大靶点分布，可见CD19依然是最受欢迎的靶点，位居第一。此外，研究最广泛的靶点还有CD20、BCMA、HER2等。
图3. CAR-T细胞的10大靶点分布[1]
根据肿瘤类型，所有靶点又可以分为两大类：血液肿瘤和实体瘤靶点。如下表所示，分别是在血液瘤和实体瘤中的常见靶点：
表1 常见血液学肿瘤CAR-T靶点[3]
表2 常见实体肿瘤CAR-T靶点[3]
三、举例CAR-T细胞治疗研究常用靶点
1. CD19
人CD19抗原是一种95kD的I型跨膜蛋白，属于免疫球蛋白超家族。CD19通过调节B细胞受体依赖和非依赖的信号来建立固有B细胞信号阈值，在抗原依赖的以及免疫球蛋白诱导的B细胞活化中起作用。因此，CD19对机体产生最佳免疫反应至关重要。在B细胞表面，CD19与CD21、CD81和CD225结合形成信号转导复合体。CD19在大多数B细胞恶性肿瘤以及滤泡树突状细胞中均有表达。CD19抗原在肿瘤临床研究中起着重要作用，以CD19为靶点治疗B细胞恶性肿瘤的临床应答率高达70%-90%。
2. BCMA
B细胞成熟抗原（BCMA），也被称为肿瘤坏死因子受体超家族成员17（TNFRSF17），主要表达于终末分化的B细胞，与其配体BAFF和APRIL结合，介导浆细胞存活，维持长期体液免疫。BCMA在多种血液恶性肿瘤表达，如霍奇金和非霍奇金淋巴瘤，也在原发性肿瘤细胞和多发性骨髓瘤细胞系中也有表达。以BCMA为靶点CAR-T细胞疗法在治疗多发性骨髓瘤上已取得较好的疗效，整体应答率在80%-90%。
3. PSMA
前列腺特异性膜抗原（PSMA）是一种具有谷氨酸羧肽酶活性的单通道II型跨膜蛋白, 最早在前列腺癌细胞中被发现，PSMA的表达随着前列腺癌进展、转移和复发而增加，在正常前列腺组织及其他组织中仅少量表达，在CRPC患者中显著高表达。在前列腺癌的显影诊断及治疗中展现出良好的靶向性。
四、CAR-T面临的挑战
挑战1. 肿瘤细胞逃逸现象
虽然CD19 CAR-T取得了巨大的成功，但治疗后也发生了肿瘤逃逸，有缓解的患者在CD19靶点丢失后复发。如下为：CAR-T细胞治疗中肿瘤逃逸机制（以CD19为例）
图4. CAR-T细胞治疗肿瘤逃逸机制[4]
1. 抗原突变
肿瘤细胞通过基因突变可以完全丧失CD19表达或改变CD19使CAR-T细胞不能再识别和结合目标。
2. 细胞谱系转换
肿瘤细胞可以进行表型转换成原本CD19阴性的细胞谱系以逃避CAR-T细胞。
3. 抗原表位封闭
肿瘤细胞表面的CAR结合封闭了自身的CD19，从而逃脱CAR-T识别。
那如何避免肿瘤逃逸呢？克服CAR-T治疗过程中肿瘤逃逸，可以开发多靶点CAR-T。
1. 分别制备两种CAR-T细胞，同时或依次回输。
2. 制备同时携带两种CAR的CAR-T细胞。
3. 用两种CAR载体共转染，产生三种CAR-T细胞（单CAR或双CAR）
4. 制备两种单抗的scFv串联的CAR载体转染细胞。
图5. 多靶点CAR-T细胞开发策略[4]
挑战2：实体瘤效果不佳
尽管CAR-T疗法在血液肿瘤取得巨大成功，但在实体瘤的应用上仍面临许多困难。主要表现在：
1. 抗原选择
实体瘤肿瘤细胞具有高度异质性，针对单一靶点的CAR设计有困难。
2. CAR-T浸润
受体配体匹配程度弱或肿瘤组织周围结构屏障导致CAR-T细胞不足以浸润到肿瘤病灶部位
3. 肿瘤微环境
实体肿瘤含有大量的免疫抑制性白细胞、检查点分子和细胞因子抑制宿主抗肿瘤免疫。
解决办法：
面对以上困难，可以从以下几个方面突破：
1. 鉴定某一实体肿瘤细胞广泛表达同质抗原，增强CAR-T细胞的特异靶向性。
2. 增强CAR-T细胞对肿瘤分泌因子的反应，使CAR-T细胞在肿瘤病灶部位局部增殖。
3. 调节肿瘤微环境，改造CAR-T使其分泌免疫调节分子，降低其对肿瘤抑制的敏感性[5]。
五、结 语
CAR-T细胞疗法为众多复发难治性肿瘤患者及其家庭带来了希望，但如何避免肿瘤细胞逃逸，以及如何克服实体瘤效果不佳等难题上，仍然有一段路要走。根据国家癌症中心发布的2019年中国最新癌症数据，我国发病率最高的前10种癌症均为实体瘤，几乎占到全部癌症的90%以上。因此，CAR-T实体瘤靶点的研发空间还非常巨大，任重道远。相信随着更多科研机构和企业的加入，CAR-T疗法将会迎来了更加全新的发展阶段，有望实现更多患者的治愈。
六、参考文献：
[1]Yu JX, Hubbard-Lucey VM & Tang J. The global pipeline of cell therapies for cancer. Nat. Rev. Drug Discov. 2019, doi: 10.1038/d41573-019-00090-z
[2]Arabi F, Torabi-Rahvar M, Shariati A. Antigenic targets of CAR T Cell Therapy. A retrospective view on clinical trials. Exp Cell Res. 2018, 369(1):1-10
[3] https://www.creativebiomart.net/Targets-of-CAR-T-Cell-Therapy.htm
[4] Shah NN, Maatman T, Hari P, Johnson B. Multi Targeted CAR-T Cell Therapies for B-Cell Malignancies. Front Oncol. 2019. 9:146.
[5] Filley AC, Henriquez M, Dey M. CAR-T Immunotherapy: Development, Success, and Translation to Malignant Gliomas and Other Solid Tumors. Front Oncol. 2018, 8:453