本文来自微信民众号：药明康德（ID：WuXiAppTecChina），作者： 药明康德，头图泉源：UNsplash

在癌症免疫疗法范畴，免疫检查点抑止剂和CAR-T疗法无疑是转变癌症医治形式的两大打破。然则，免疫检查点抑止剂已可以或许用于医治多种癌症范例，而CAR-T疗法的适应症却寥寥可数。CAR-T疗法虽然在医治B细胞血液癌症方面表现出卓着的疗效，然则医治别的范例癌症的CAR-T疗法还迟迟未能降生。

究其根源，CAR-T疗法的设想和开辟须要战胜三大应战：缺少抱负的肿瘤抗原作为靶点，肿瘤介导的免疫抑止，和CAR-T疗法的严峻毒反作用。那末，用甚么要领可以或许战胜这三大应战，进步CAR-T疗法的结果并拓宽其运用局限呢？

日前，麻省理工学院（MIT）有名跨界学者卢冠达（Timothy Lu）博士在《Nature Reviews Cancer》上宣布文章，引见了运用分解生物学构建新一代“智能”CAR-T疗法的最新进展。80后的卢冠达博士是MIT电子工程、计算机科学和生物工程系传授，也是Senti Biosciences、Tango Therapeutics和Synlogic等多家生物手艺公司的创始人。

运用基因回路让两种抗原掌握CAR-T细胞的激活

CAR-T细胞疗法首先从患者体内网络T细胞，然后经由历程基因工程在T细胞外面表达嵌合抗原受体（CAR）。这是一种融会卵白，它的细胞外卵白域是一个辨认肿瘤外面抗原的单链可变区片断（scFv），而细胞内卵白域包含了T细胞受体（TCR）和相干共刺激受体的细胞内卵白域。这些CAR-T细胞然后被输回患者体内，它们可以或许辨认和祛除表达指定抗原的肿瘤细胞。

现在，已有两种CAR-T疗法取得FDA同意，它们在医治B细胞血癌方面疗效凸起。然则，现在获批的CAR-T疗法都只能辨认一种抗原。发明一个可以或许特异性符号肿瘤细胞的肿瘤外面抗原是一个伟大的应战，这也是限定CAR-T疗法广泛运用的缘由之一。

比方，靶向CD19的CAR-T细胞可以或许有用医治B细胞血癌，然则由于CD19也表达在一般B细胞外面，这类疗法也会祛除一般B细胞，从而致使B细胞发育不全。虽然靶向CD19的CAR-T疗法的这一反作用一般不会致命，而且可以或许经由历程静脉输入免疫球卵白来举行医治，然则，在靶向别的抗原时，患者能够没法耐受CAR-T细胞对一般细胞的杀伤。

分解化学力争运用工程学的理论来革新活细胞，经由历程在细胞中到场基因电路（gene circuits），让它们可以或许感知外来旌旗灯号而且作出简朴的逻辑决议计划。好比，在设想新一代CAR-T细胞方面，依托多种抗本来辨别肿瘤细胞和一般细胞，将可以或许让CAR-T更加准确靶向肿瘤，而且更具有适应性。

▲传统CAR设想（a）和基于synNotch的CAR-T细胞设想（b），synNotch受体让CAR-T细胞须要同时与抗原A和B连系才能被激活 (图片泉源：参考资料[1]）

比方，分解生物学可以或许设想出一种T细胞，它必需辨认肿瘤外面表达的两种抗原才会被激活。这一设想可以或许经由历程人工分解的Notch受体（synNotch）来完成。synNotch受体在与肿瘤外面的特定抗原A连系后，经由历程开释转录因子，可以或许引发CAR-T细胞表达靶向第二个抗原B的CAR。在这类情况下，CAR-T细胞只要在打仗到抗原A，再打仗到抗原B的时刻才会被激活。

这一synNotch手艺最后由加州大学旧金山分校的Wendell Lim博士带领的团队开辟，而且在动物实验中获得考证。Lim博士配合创建了名为Cell Design Labs的公司来转化这一手艺。在2017年12月，吉祥德科学旗下的Kite Pharmaceuticals公司以可高达5.67亿美圆的数额收买了Cell Design Labs，将这一手艺归入该公司的CAR-T开辟平台。

▲珍爱一般细胞不受CAR-T进击的CAR-T设想战略，一般细胞外面表达的抗原B会激活iCAR，从而抑止CAR-T细胞的激活（图片泉源：参考资料[1]）

而在位于纽约的留念斯隆-凯特琳癌症中间（MSKCC），Michel Sadelain博士指导的团队设想出了一样依托两种分歧抗原的另一类CAR-T疗法。这一设想应用在一般细胞外面表达的抗原，抑止CAR-T细胞的功用。在这类设想中，CAR-T细胞外面表达着两种分歧的CAR，一种是激活性CAR，它与肿瘤外面表达的特定抗原A的连系可以或许激活T细胞。而另一种是抑止性CAR（iCAR），它将靶向一般细胞外面表达的抗原B的抗体与免疫检查点卵白CTLA-4或PD-1受体的细胞内域融会在一起。这类iCAR在与抗原连系后可以或许抑止T细胞的激活。当表达两种CAR的T细胞同时打仗到两种抗原时，抑止性CAR会抑止激活性CAR的作用。以是，这类CAR-T细胞只要在打仗到肿瘤特异性抗原A，然则不打仗到一般细胞中表达的自体抗原B时才会被激活。

▲双特异性CAR-T细胞设想，两种分歧的scFv片断可以或许辨认肿瘤外面两种分歧的抗原，任何一种都可以或许激活CAR-T细胞（图片泉源：参考资料[1]）

接收CAR-T疗法医治的肿瘤会经由历程下降靶向抗原的表达来回避CAR-T细胞的进击。比方，很大一局部接收抗CD19 CAR-T细胞疗法的患者涌现癌症复发的缘由是肿瘤细胞丧失了CD19抗原的表达。因而，设想可以或许辨认在肿瘤细胞上表达的多种抗原的CAR-T体系能够让CAR-T细胞的功用更加周全，防备由于抗原丧失致使的癌症复发。

经由历程注入两种靶向分歧肿瘤抗原的CAR-T疗法，或许在统一T细胞上表达两种分歧CAR，可以或许完成同时辨认肿瘤上的两种抗原。而最新的研讨偏向是在一个CAR的细胞外卵白域中归入两个靶向分歧抗原的scFvs，天生一个双特异性CAR。比方，靶向CD19和CD20的双特异性CAR已在动物实验中防备CD19阴性的肿瘤复发。而靶向CD19和CD22的双特异性CAR-T疗法也表现出优越的临床前活性。

运用药物准确调控CAR-T细胞的活性

现在，在将CAR-T细胞输回患者体内后，怎样调控免疫回响反映的强度是一个困难。比方，与CAR-T疗法相干的严峻反作用包孕细胞因子开释综合征和神经毒性。这些毒反作用发作的缘由是，将CAR-T细胞输回患者体内后，我们缺少有用的手腕来掌握CAR-T细胞的增殖、活性和在体内的散布。

▲应用小份子药物激活胱天卵白酶9，致使CAR-T细胞凋亡的”平安开关“（图片泉源：Bellicum Pharmaceuticals公司官网）

为了更精准地掌握CAR-T细胞的数目和活性，研讨人员已开辟出可以或许促发CAR-T细胞“自尽”的平安开关。以Bellicum Pharmaceuticals公司开辟的CaspaCIDe手艺为例，研讨人员在CAR-T细胞中到场了一个可以或许被名为rimiducid的小份子药物激活的胱天卵白酶9（Caspase 9）融会卵白。激活胱天卵白酶9可以或许致使CAR-T细胞发作细胞凋亡，从而停止过分的CAR-T细胞活性。这一平安体系已被归入该公司的主打通用型T细胞产物rivogenlecleucel中。在人体实验中，它可以或许在注入药物30分钟以内就启动细胞凋亡。

▲GoCAR-T手艺让CAR-T细胞只要在小份子药物存在时才会被激活（图片泉源：Bellicum公司官网）

而另一种经由历程药物来对CAR-T细胞活性举行微调的设想体式格局是，让CAR的最后状况处于未激活状况，只要在抗原和别的调控药物存在的情况下才可以或许被激活。Bellicum公司的GoCAR-T手艺让CAR的共刺激受体局部遭到rimiducid的调控，只要在CAR-T细胞与肿瘤抗原卵白打仗，而且接收rimiducid医治时，CAR-T细胞才可以或许被激活。该公司现在将这一手艺用于医治实体瘤的CAR-T产物BPX-601中，现在它已进入临床期开辟，在1/2期临床实验中接收磨练。

▲用小份子药物衔接分红两半的CAR，激活CAR-T细胞（图片泉源：参考资料[6]）

而上面提到过的UCSF的Wendell Lim博士的研讨团队接纳别的一种设想用药物激活CAR-T细胞活性。他们将传统的嵌合抗原受体分为两个局部，只要在这两个局部被药物衔接起来后，CAR才可以或许激活下流旌旗灯号通路，引发免疫回响反映。

战胜肿瘤免疫抑止微情况的停滞

CAR-T疗法医治实体瘤须要战胜的一个主要应战是肿瘤微情况介导的免疫抑止。它能够抑止T细胞的运输和激活，致使虽然CAR-T细胞可以或许辨认肿瘤抗原，然则依然不可以或许有用利用它的免疫功用。处理这一应战的战略之一是为CAR-T细胞武装上新的“兵器”，比方让它们表达免疫刺激因子IL-12，IL-15或许CD40L。

比方，MSKCC的Renier J. Brentjens博士带领的研讨团队经由历程让CAR-T细胞延续表达IL-12，在动物实验中让这些“武装”起来的CAR-T细胞可以或许战胜肿瘤微情况的抑止作用。这一团队还设想出表达抗PD-1抗体的CAR-T细胞，消弭免疫检查点卵白对CAR-T细胞的抑止。

▲synNotch掌握的表达体系可用来在肿瘤左近表达医治性卵白（图片泉源：参考资料[7]）

然则，让CAR-T细胞延续表达IL-12等促炎症细胞因子能够带来满身性的毒反作用，由于在满身血循环中活动的CAR-T细胞可以或许赓续开释IL-12。为了对IL-12的开释举行调控，UCSF的Wendell Lim博士设想出了运用synNotch掌握的医治体系，经由历程synNotch来在肿瘤微情况中特异性开释IL-12等细胞因子，或许别的医治性卵白。这些手腕都可以或许归入CAR-T细胞的设想中，进一步加强CAR-T细胞战胜肿瘤微情况的才能。

结语

分解生物学已可以或许经由历程为CAR-T疗法增加基因回路，扩大疗法的可控性和适应才能。我们依然须要更多的实验来证实这些新设想在临床情况下的结果和平安性。卢冠达博士在综述中同时指出，这些基因回路的复杂性意味着，将它们导入细胞而且整合入基因组将成为研发历程的瓶颈。我们须要更精简的基因回路设想和更有用的递送载体。

分解生物学在癌症医治方面的运用依然处于初级阶段，我们期待更多的基础科学、转化科学和临床研讨让基于基因回路的细胞疗法在临床医药开辟方面展示它的威力。

参考资料：

[1] Wu et al., (2019). Engineering advanced cancer therapies with synthetic biology. Nature Reviews Cancer, https://doi.org/10.1038/s41568-019-0121-0

[2] A suicide switch for CAR-T? Retrieved April 15, 2019, from https://www.iqvia.com/blogs/2019/01/a-suicide-switch-for-car-t

[3] Bellicum Pharmaceuticals. Retrieved April 15, 2019, from http://www.bellicum.com/

[4] Cellectis. Retrieved April 15, 2019, from https://www.cellectis.com

[5] Controlling CAR-T: How scientists plan to make the engineered T cell therapy safer, and work for more cancers. Retrieved April 15, 2019, from https://cen.acs.org/pharmaceuticals/oncology/Controlling-CAR-T-scientists-plan/96/i19

[6] Wu et al., (2015). Remote control of therapeutic T cells through a small molecule-gated chimeric receptor. Science, doi: 10.1126/science.aab4077

[7] Roybal et al., (2016). Engineering T Cells with Customized Therapeutic Response Programs Using Synthetic Notch Receptors. Cell, https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.09.011

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