黑龙江省农垦总医院CAR-T细胞在肿瘤免疫治疗的研究进展和展望文献综述

2021年2月5日发(作者：胸部一边大一边小)
中国药科大学




生物工程文献综述







综述题目
CAR-T
细胞在肿瘤免疫治疗的研究进展和展望

英文题目
Current
situation
and
development
trend
of
CAR-

T cell for tumor immunotheraphy
专业生物制药（卓越工程师）

院部生命科学与技术学院

学号



14404806
姓名龙益如















生物工程文献综述


CAR-T
细胞在肿瘤免疫治疗的研究进展和展望


14404806
龙益如


摘要：
嵌合抗原受体修饰的 Ｔ细胞
（
CAR-T
）
治疗是一种新型的肿瘤免疫治疗方
法。
在多种血液肿瘤的临床试验中，
CAR-T
细胞疗法取得重大突破，
在实体瘤的临床试验中也初见成效。
但在获得显著疗效的同时
, CAR-T
也存在持久性、
归巢、
脱靶效应、神经毒性、细胞因子风暴、插入突变、对实体肿瘤疗效有限等问题。
现就
CAR-T
技术的最新进展及该领域有待解决的问题进行综述，
以期初步了解该< br>技术的发展前景及问题分析。


关键词：
嵌合抗原受体修饰的
T
细胞；肿瘤；免疫治疗




Current situation and development trend of CAR-T
cell for tumor immunotheraphy

Abstract
：
A lot of remarkable results suggested that the modification of T-cells with
CARs
could
be
a
powerful
approach
for
developing
safe
and
effective
cancer
therapeutics
.A
novel
breakthrough
has
been
made
in
CAR-T
treatment
of
hematologic tumors and therapeutic
potential
in
clinical
studies of solid
tumors
has
been
achieved
,
although
there
are
still
many
problem
for
CAR-T
on
the
clinical
application
such
as
off-target
effect,
cytokine
storm
,insertion
mutagenesis,
limited
effects
for
solid
tumors.
Here,
we
reviewed
the
recent
advances
of
CAR-T
and
problems that need to be solved in this flied.

Keyword:
Chimeric antigen receptor T cells ; Tumor Immunotheraphy




生物工程文献综述

前言

现当代社会
，
癌症是世 界四大致死率最高的非传染性疾病（心血管疾病、
癌症、糖尿病和慢性肺疾病）之一。据世界卫生组织统 计，每年约
880
万人死于
癌症。
人类抗肿瘤历史已经
100
多年，
取得了显著的成就，
然而离攻克肿瘤难题
仍然任重道远。

免疫学研究的蓬勃发展为肿瘤诊疗策略的革新带来了许多振奋人心的突破。
免疫疗法成为国际公认的继外 科手术、放疗、化疗之后的第四种肿瘤治疗模式，
被成功用于多种肿瘤的治疗。自
1985年来，美国国立卫生研究院（
National
Institutes
of
Heath,NIH
）
就把肿瘤的生物治疗列为肿瘤综合治疗第四大方式。
2 000
年举行的国际肿瘤生物基因治疗年会也指出：
“

生物治疗是目前知道 的唯
一有望完全消灭癌细胞的治疗手段，
21
世纪是肿瘤生物治疗的世纪”
。
2011
年国
际权威杂志《自然》及《临床肿瘤学》分别发表题为“

肿瘤免疫治疗的时代已
经来临”
的评论文章，
指出未来免疫细胞治疗可能在肿瘤综合 治疗中占据非常重
要的位置。美国《科学》杂志更是将肿瘤免疫治疗列在
2013
年度 突破性研究进
展第一位，认为其是肿瘤治疗的重大转折点。
2015
年美国临床肿瘤学 会年会发
布的《
ASCO
年度报告：
2015
临床肿瘤学进展》中， 将嵌合抗原受体基因修饰
T
细胞治疗技术作为实现复发性白血病治疗突破的前兆。
近期 ，
麻省理工科技评论
公布了“
2016
年十大突破技术”
，这些技术 代表了当前世界科技的发展前沿和未
来发展方向，反映了近年来世界科技发展的新特点和新趋势；而“< br>
免疫工程
-
杀伤性
T
细胞”位居榜首。

本文将以介绍
CAR-T
细胞疗法的发展现状为基础，
并分析
CAR-T细胞疗法所
存在的问题、可能的解决方法及机遇展望。






生物工程文献综述

1

CAR-T
细胞的概念和发展历程


1.1

CAR-T
细胞的概念


嵌合抗原受体修饰的
T
细胞
（
Chimeric antigen receptor for T cells , CAR-T
）
疗
法是将抗体对抗原 的高度特异性和
T
细胞对靶细胞的细胞毒活性相结合的一种方
法：
通过基因重 组获得表达嵌合抗原受体的
T
细胞，
经过纯化、
体外扩增和活化，
输 注回患者体内行使杀灭肿瘤细胞的功能。

CAR-T
细胞通过其表达的
CA R
能特异性地识别并杀伤肿瘤细胞，
属于精准肿瘤
免疫细胞治疗。目前已有大量研究针 对不同肿瘤靶点设计出相应的
CAR-T
，在临
床研究中验证其可行性，取得了显著疗 效。

CAR
的基础设计中包括一个胞外的肿瘤相关抗原（
Tumor- associated antigen ,
TAA
）
结合区，
通常来源于 多克隆抗体抗原结合区域的
scFv
（
Single-chain variable
fragment
），一个穿膜区和一个胞内信号区，将其有序地结合在一起，并组装在
T
细胞上。当
CAR
受到特异性抗原识别后可为
T
细胞提供活化信 号并通过胞内结构
域转导该信号，
引起
T
细胞的活化，
从而发挥T
细胞杀伤作用，
并释放大量细胞因
子对肿瘤细胞进行攻击。



1.2

CAR-T
细胞治疗的抗肿瘤机制和发展历程


1.2.1

CAR-T
细胞治疗技术的发展历程


目前针对
T
细胞的肿瘤免疫治疗主要包括免疫检查点抑制剂疗法和
T
细胞过
继疗法两大类，
CAR-T
细胞疗法属于后者。传统的过继免疫治疗 主要采用肿瘤浸
润淋巴细胞（
tumor-infiltrating lymphocytes ,TIL
）。这种免疫治疗策略有一定的
疗效，
但是获得新 鲜的肿瘤组织并分离和扩增
TIL
具有难度，
回输的
TIL
细胞功能
受损，
在体内往往不能有效识别肿瘤细胞；
同时，
肿瘤中强大的免疫抑制微环 境
降低回输细胞的杀伤能力，这些问题限制了
TIL
疗法的广泛应用，仅对黑色素瘤< br>等少数肿瘤有一定疗效，对大多数肿瘤疗效欠佳。

随着
T
细胞过继疗 法的发展，具有高效特异性、杀伤活性和持久性的
CAR-T
细胞疗法应运而生，
成为 肿瘤免疫治疗的新星
.
目前，
CAR-T
细胞治疗技术可分为
四代， 主要是依据其胞内信号结构域的差异来划分，我们将在下文中提及。


1.2.2

CAR-T
细胞治疗的抗肿瘤机制


理解
CAR-T
的抗肿瘤机制，首先需了解
T
细胞是如何活化并杀伤肿瘤细 胞的。
T
细
胞的活化需要双信号途径。
第一信号为Ｔ细胞表面受体
（
T
cell
receptor
,
TCRs
）
与抗原递呈细胞上的主要组织相容性复合物（
MHC
）结合，第二信号为抗原递呈
细 胞上的共刺激分子
B7
家族分子与
T
细胞上的配体
CD28
分子结合，产生协同刺激
信号。
在双信号共同刺激下，
T
细胞活化增殖为细胞 毒Ｔ细
（
cytotoxic
T
cell
，
生物工程文献综述

CTL
）
。
当
CTL
再次遇到携带相同ＭＨＣ抗原肽复合体的肿瘤细胞时，
就会与之结
合，并分泌穿孔素、颗粒酶，直接介导肿瘤细胞溶解，也可诱导巨噬细胞分泌促
炎因子
IL-1 2
等，
间接影响肿瘤细胞的生长。
CAR-T
细胞免疫治疗是利用基因工程< br>的方法，将识别目标抗原的单链抗体与间隔区、跨膜基序和
T
细胞活化基序等结
合为一体，利用融合基因修饰的
T
细胞特异性杀伤肿瘤细胞。


1.2.3

CAR-T
的结构


CARs是靶向目标表面分子的重组受体，
其结构主要包括胞外抗原结合域、
跨
膜区和胞内 信号区三部分
,
如下图所示：

胞外抗原结合域为单克隆抗体的单链可变区，
负责识别抗原。
不同于生理性
的
TCR
，重组
CARs与抗原的结合不需要依赖于
MHC
的递呈，有效避免了肿瘤细胞
MHC
表 达下调这一免疫逃逸机制；同时，
CARs
不仅能够与蛋白质结合，还能识别
糖类、神 经节苷脂、蛋白多糖、高度糖基化的蛋白，更加广谱地杀伤肿瘤细胞。
跨膜区连接胞外抗原结合域和胞内 信号域，
一般由二聚体膜蛋白组成，
主要包括
CD3
ζ
、
C D4
、
CD8
、
CD28
等，能将
CARs
结构锚 定于
T
细胞膜上。跨膜区不同的设计
能影响导入的
CAR
基因的表达 。有研究发现，
CD28
的跨膜区较
CD3
ζ
的跨膜区能更
多地表达
CAR
基因。胞内信号域采用免疫受体酪氨酸活化基序
(ITAM
） ，通常是
TCR/CD3
ζ
Fc
ε
RI
γ
，
当胞外区与其识别的抗原结合时，
就会向胞内传导
TCR
样信号。
根据胞内 信号域结构的差异，
CAR
可划分为四代。

第一代
CAR
结构只有一个胞内信号组分（
TCR/CD3
ζ
链和
Fc
ε
RI
γ
链），能够识
别靶抗原并激活Ｔ细胞，
无共刺激分子，
不能转 导增殖信号和诱导细胞因子产生，
T
细胞无法增殖，
因而杀伤肿瘤效果甚微。
第二代
CAR
细胞内增加了一个共刺激分
子，如
CD28
、
CD27
、
41BB
（
CD137
）、
OX40
（
CD134
）或者可诱导共刺激分子，即
便没有外源性共刺激分子
T
细胞也能持续增殖并释放细胞因子。
虽然二代
CAR
大大
提高了
T< br>细胞抗肿瘤疗效，
但仍未全面开启
T
细胞的杀伤能力，
于是诞生了包含 两
个共刺激分子（
CD28
、
41BB
和
CD3
ζ
）的第三代
CAR
。小鼠实验表明三代
CAR
能够增
强细胞 因子的分泌、抑制肿瘤生长。最近出现的第四代
CAR
又称
TRUCKs
，结 构与
前三代不同，引入促炎症细胞因子（目前主要是
IL-12
）和共刺激配体（41BBL
和
CD40L
），可以在具有免疫抑制性的肿瘤微环境中通过释放促炎 性因子，招募
并活化更多的免疫细胞而引起更为广泛的抗肿瘤免疫效应。并且，第四代
CAR< br>的
出现可使患者免受回输前预处理治疗
（全身照射或大剂量化疗）
的不良反应，
减