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梳理CAR-T细胞疗法研究最新进展
  发布时间:2017/5/3  点击:451

CAR-T(Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy),即嵌合抗原受体T细胞免疫疗法。该疗法是一种出现了很多年但近几年才被改良使用到临床中的新型细胞疗法。在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治疗上有着显著的疗效,被认为是最有前景的肿瘤治疗方式之一。正如所有的技术一样,CAR-T技术也经历一个漫长的演化过程,正是在这一系列的演化过程中,CAR-T技术逐渐走向成熟。

CAR T细胞疗法(CAR-T)概念在二十世纪八十年代晚期首次被人们提出作为一种抗癌策略,但是技术上的挑战阻止着将它转化为临床上成功的疗法。然而,从2011年以来,用于治疗B细胞白血病和淋巴瘤---在这两种癌症中,病人的健康B细胞变成癌细胞---的实验性CAR-T细胞疗法在所有标准疗法都不能够治疗好的一些病人体内取得成功。

这种新的治疗策略的关键之处在于识别靶细胞的被称作嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor, CAR)的人工受体,而且在经过基因修饰后,病人T细胞能够表达这种CAR。在人体临床试验中,科学家们通过一种类似透析的过程提取出病人体内的一些T细胞,然后在实验室对它们进行基因修饰,将编码这种CAR的基因导入,这样这些T细胞就能够表达这种新的受体。这些经过基因修饰的T细胞在实验室进行增殖,随后将它们灌注回病人体内。这些T细胞利用它们表达的CAR受体结合到靶细胞表面上的分子,而这种结合触发一种内部信号产生,接着这种内部信号如此强效地激活这些T细胞以至于它们快速地摧毁靶细胞。

近年来,CAR-T免疫疗法除了被用来治疗急性白血病和非霍奇金淋巴瘤之外,经改进后,也被用来治疗实体瘤、自身免疫疾病、HIV感染和移植排斥等疾病,具有更广阔的应用空间。基于此,针对CAR-T细胞疗法取得的最新进展,小编进行一番盘点,以飨读者。


1.JCI:CAR-T“大礼包”可以有效治疗实体肿瘤

doi:10.1172/jci87624 

对于实体瘤的治疗,细胞疗法效果不佳,这一部分是由于癌症特异性的T细胞难以运送到肿瘤组织中。如今,由Fred Hutchinson癌症研究中心的研究者们开发出的一项技术则能够起到一定的帮助。研究者们利用一种合成的"骨架",将癌症特异性的T细胞与一些营养物质混合起来包裹在其中,从而达到杀伤肿瘤细胞的效果。这一研究结果发表在最近一期的《Journal of Clinical Investigation》杂志上。结果表明,这一装载有T细胞的骨架能够有效减小小鼠胰腺癌以及黑色素瘤的肿瘤组织大小,而且治疗效果比单独注射T细胞要更高一些。

T细胞对生存环境的要求比较挑剔,如果没有合适的营养物质以及排出废物的方法的话几天之内就会死亡。此外,肿瘤组织会释放一些自我防御的化学物质,这些物质会阻止T细胞正常功能的实现。因此,不能仅仅打入肿瘤组织中就可以期望其发挥作用。

因此,Stephan等人设计了一个温馨的"家",希望能够解决这些难题。这种粘性的、海绵状的生物聚合物上面有许多微型的小孔,能够制作成不同的大小以及不同的形状。Stephan通过与麻省理工学院的研究者们合作,将CAR-T细胞导入了这一框架之内,并且注入了一些保持T细胞活性的蛋白质。

当将这一混合的药剂导入小鼠之后,能够显著地降低小鼠体内肿瘤的大小。当然,这一方法距离临床应用还有一定的距离,不过Stephan已经开始寻找商业合作,并尽快地获得FDA的批准。

 

2.Nat Nanotechnol:重磅!利用纳米颗粒在体内制造CAR-T细胞

doi:10.1038/nnano.2017.57

在一项新的概念验证研究中,来自美国弗雷德-哈金森癌症研究中心和华盛顿大学的研究人员开发出生物可降解的纳米颗粒,这些纳米颗粒能够被用来对T细胞(一种免疫细胞)进行基因编程,使得它们识别和摧毁癌细胞,并且它们仍然停留在体内。

在这项于2017年4月17日在线发表在Nature Nanotechnology期刊上的研究中,这些研究人员证实在一种白血病模式小鼠体内,这些纳米颗粒编程的T细胞能够快速地清除这种疾病,或者延缓它的进展。

细胞免疫疗法在临床试验中显示出广阔的应用前景,但是所面临的挑战一直是让它们更加广泛地可获得,和能够快速地部署它们。当前,它通常需要几周的时间来制备CAR-T细胞:必须将T细胞从病人体内提取出,让它们接 受基因改造,在特殊的细胞处理设备中生长,随后将它们灌注到病人体内。这些新的纳米颗粒可能消除了对这些费用高昂的耗时的步骤的需求。

Stephan构建出他的T细胞归巢纳米颗粒(T-cell homing nanoparticle),旨在让更多的病人受益于癌症细胞免疫疗法。在他的方法中,这些费时费力的T细胞编程步骤都在体内发生,从而在几天内产生大量的潜在的“连环杀手(serial killer)”。 

正如在这项新的研究中所报道的那样,Stephan和他的团队开发出生物可降解的纳米颗粒,可将T细胞转换为CAR-T细胞。CAR-T细胞疗法是一种特定类型的细胞免疫疗法,已在针对白血病的临床试验中获得有前景的结果。

这些研究人员设计出的这些纳米颗粒携带着编码靶向和清除癌症的嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor, CAR)的基因。他们也给这些纳米颗粒标记上让它们附着到T细胞上的分子,从而使得T细胞吞噬这些纳米颗粒。这些T 细胞的内部运送系统随后指导这些纳米颗粒进入细胞核,并且在那里,这些纳米颗粒会溶解掉。

这些概念验证研究证实这些纳米颗粒能够让免疫系统靶向癌细胞。Stephan和他的团队设计出这些新的CAR基因,并将它们整合到细胞核内容纳的染色体上,从而使得T细胞开始翻译这些新的CAR基因,仅需一到两天就产生 CAR受体。

在Stephan团队确定他们的携带CAR基因的纳米颗粒让相当数量的T细胞发生基因重编程之后,他们测试了它们的效果。利用一种临床前白血病模式小鼠,Stephan和他的同事们将他们的纳米颗粒编程策略与先化疗再灌注在实验 室中经过编程表达CAR的T细胞(模拟当前的CAR-T细胞疗法)进行比较。与这些灌注的CAR-T细胞相比,这些纳米颗粒编程的CAR-T细胞毫不逊色。利用纳米颗粒或灌注的CAR-T细胞进行治疗可让这些小鼠的存活期从平均两周增加到平均58天。


3.Nature:利用CRISPR/Cas9构建出更加强效的CAR-T细胞

doi:10.1038/nature21405

在一项新的研究中,来自美国斯隆凯特林癌症纪念中心(Memorial Sloan Kettering Cancer Center)的研究人员利用CRISPR/Cas9的力量构建出更加强效的嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor CAR)T细胞(CAR-T细胞),从而增强小鼠体内的肿瘤免疫排斥。这一出于意料的发现揭示出CAR免疫疗法的一些细节,并且突出展现了利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术推动癌症免疫疗法的潜力。

CRISPR/Cas9是一种基因组编辑工具,能够让科学家们精确地切割和操纵细胞中的DNA。在这项新的研究中,这些研究人员证实CRISPR/Cas9技术能够运送CAR基因到T细胞基因组中的特定位点上。这种精准的方法能够更强健地构建出CAR-T细胞---它们能够持续更长的时间地杀死肿瘤细胞,这是因为它们更不容易耗竭。这可能潜在地导致在病人体内更加安全地和更加高效地使用这种强大的免疫疗法。

论文通信作者、斯隆凯特林癌症纪念中心基因转移与基因表达实验室科学家Michel Sadelain博士说,“癌细胞总是无休止地试图躲避治疗,因此我们需要能够制造出与它们相匹配的并且比它们活得更长的CAR-T细胞。这一新的发现证实我们可能能够利用基因组编辑的力量内在地改进这些‘活细胞疗法’。我们迫切地持续探究基因组编辑技术如何可能给我们提供下一代CAR-T细胞疗法。”


4.Mol Ther:以瘤之盾,治瘤之矛:新研究开发出更安全有效的CAR T疗法!

doi:10.1016/j.ymthe.2016.10.016

在像柔道这样的武术中,武士会将对方的力量转回给对方,从而将他们自己的力量增大。而在T细胞与肿瘤细胞的斗争中,T细胞的免疫攻击常常由于肿瘤产生的免疫抑制信号而削弱。这些信号包括抑制性细胞因子白介素-4(IL-4)、白介素-10(IL-10)、肿瘤生长因子Beta(TGF-beta)等,这些因子可由肿瘤微环境中的细胞或基质组分产生。

Mohammed及其同事成功让CAR T细胞避开甚至利用了这些免疫抑制信号。研究人员使用了一种产生IL-4的胰腺癌细胞模型,并用靶向前列腺干细胞抗原(PSCA,一种在前列腺癌细胞中高表达,但是在正常细胞中不表达的蛋白)的CAR T细胞杀伤这些细胞。他们首先确认了暴露在IL-4下的CAR T细胞比暴露在经典刺激因子IL-2下的CAR T细胞的增殖能力更弱。然后他们通过将IL-4受体胞外段与IL-7受体胞内段结合使这些CAR T细胞产生了一种新的反转细胞因子受体(ICR),考虑到这些受体属于常见的gamma链家族,它们可以和普通的gamma链异源二聚化,因此这个新受体在T细胞内可以发挥作用。事实证明这种假设是正确的,这些表达ICR的T细胞在IL-4的刺激下增殖能力反而升高了。此后研究人员让T细胞同时表达抗PSCA的CAR和ICR,结果发现这些T细胞的增殖能力显著提高,其在胰腺癌异位移植模型中杀伤肿瘤细胞的能力也显著增强。

这种转换受体还有一种潜在的好处,虽然研究人员没有阐述清楚,但是可能代表着一个很重要的进步。因为表达ICR的T细胞需要在IL-4及PSCA同时存在的条件下才能增殖并生存,因此不产生IL-4的正常组织就算表达相同量的PSCA,也许也不会受到回输的CAR T的攻击,因此这个策略将使CAR T细胞治疗更有效且更安全。 


5.NEJM重磅:CAR-T首次消灭实体瘤,意义非凡!

doi:10.1056/NEJMoa161049

一位患有致命脑癌并已经发生脊椎扩散的癌症病人竟然在接受了免疫疗法之后痊愈。在癌症免疫治疗领域,对如此严重癌症患者的完全治愈还是首次。

故事的主角,50岁的脑癌患者Richard Grady所接受的免疫治疗技术目前已经帮助一些诸如白血病的血癌患者脱离生命危险。但是Grady所接受的免疫疗法却不同于以往,这种新兴的免疫疗法不仅可以应用于脑肿瘤的治疗,而且还可以应用于肺癌和乳腺癌等其它可扩散实体瘤。

Grady是得到报道的第一位接受脑脊液滴管治疗的癌症患者。“这种临床方法在Grady身上有着十分显着的疗效,Grady的成功为这项技术的普及与发展打下了坚实的基础。”美国著名癌症中心City of Hope神经外科主任Behnam Badie博士表示。本周的新英格兰医学杂志对这一研究和治疗项目进行了报道。

目前,CAR-T疗法在血液肿瘤领域已经取得了一定成绩,但是这种技术对于实体瘤的价值还是未知的。City of Hope则通过临床实验对T细胞改造后直接注射入大脑的临床效果进行了验证。

首先,Grady通过外科手术去除脑中三个最大的肿瘤。然后他每周输液六次,通过一种特制滴灌将CAR-T细胞注入他大脑。虽然Grady的原生肿瘤在手术之后并没有复发,但是剩余的肿瘤却继续保持着生长并扩散至他的脊柱。

Grady的主治医生最终做出了一个大胆的决定,他们将第二根特制滴管插入了Grady的脑脊腔中,从这里将CAR-T细胞注入Grady的大脑。

三次治疗之后,Grady脑中的所有肿瘤都发生了急剧的收缩。在第10次治疗之后,“我们看到所有的肿瘤都消失了,Grady在10次治疗之后能够减少其他药物的使用甚至恢复工作。”Badie说。

然而,不久之后新的肿瘤便出现在了他大脑和脊柱的不同部位,Grady再次开始接受放疗。“即便如此,免疫治疗仍然给予了Grady长达七个多月的健康生活” Badie说。


6.Science突破:让CAR-T更“持久”

doi:10.1126/science.aae0491

10月27日,发表在Science杂志上题为“The epigenetic landscape of T cell exhaustion”的论文中,Dana-Farber 癌症研究所、哈佛医学院、加州大学伯克利分校等机构的科学家们发现,在慢性病毒感染的小鼠中,不同于能够有效对抗感染或癌症的T细胞,“耗竭(exhausted)”T细胞受一组不同的分子回路(molecular circuits)控制。

多年以来,科学们一直知道,与完全致力于对抗疾病的功能性T细胞相比,“耗竭”T细胞有着不同的基因模式。但两者之间这些差异的实际程度仍不清楚。其中,一个比较明显的区别是,“耗竭”T细胞会表达PD-1。这一分子能够发挥“刹车”功能。研究发现,利用检查点抑制剂阻断PD-1能够修复这类T细胞的癌症杀伤“热情”。

借助慢性感染小鼠模型,研究人员利用一种称为ATAC-seq的新技术描绘了耗竭CD8+T细胞和功能性CD8+ T细胞的基因组调控区。结果发现,耗竭T细胞和功能性T细胞基因组这一区域的“景观”从根本上是不同的。这表明,两种类型的细胞使用不同的“路线图”控制它们的基因活性。

随后,研究人员测试了,是否删除(借助“魔剪”CRISPR/Cas9技术)一段刺激PD-1产生的调控区,会降低这一蛋白的表达。结果证明,答案是肯定的。研究者们认为,这一研究结果有望为改善CAR-T疗法提供可能。

CAR-T技术目前的一个不足是,回输到患者体内后,T细胞倾向于变成“耗竭”状态。结合这一研究,科学家们在设计CAR-T细胞时,还可以删除导致PD-1或其它“耗竭基因”过度表达的遗传线路(genetic wiring)。这一改进有望让CAR-T更加积极的、持久的攻击肿瘤。


7.Cell:重磅!利用synNotch T细胞直接运送药物到肿瘤中

doi:10.1016/j.cell.2016.09.011

在一项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员构建出能够精确地确定患病细胞在体内任何位置和执行一系列可定制反应(customizable responses)的人免疫细胞,包括将药物或其他治疗运载物直接运送到肿瘤或其他不健康的组织中。在小鼠体内开展的实验中,这些被称作synNotch (synthetic Notch) T细胞的免疫细胞高效地靶向肿瘤,释放一种特定的人抗体药物,从而根除癌症,而不会攻击正常的细胞。相关研究结果于2016年9月29日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Engineering T Cells with Customized Therapeutic Response Programs Using Synthetic Notch Receptors”。 

除了运送治疗性试剂外,synNotch T细胞能够经编程后以多种其他的方式杀死癌细胞。不过synNotch T细胞也能够执行抑制免疫反应的指令,从而为这些细胞能够被用来治疗1型糖尿病等自身免疫疾病或者局部抑制移植器官遭受的免疫系统排斥提供可能。

这项新研究拓宽和加深了Lim实验室之前对synNotch T细胞的研究,其中后者已证实synNotch传感器平台能够被用来在T细胞中构建自定义的“逻辑门”,从而允许它们识别和杀死癌细胞,同时保护关系比较密切的健康细胞。这些细胞“AND门”需要在靶细胞中满足两个独立的条件,这样T细胞才会采取行动清除这些靶细胞。

T是高度迁移性的,在全身各处移动以便寻找患病的或被感染的细胞。一种被称作嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法的T细胞疗法因其在治疗一种被称作急性淋巴细胞白血病(ALL)的血癌中取得史无前例的成功而被公之于众。

但是鉴于CAR-T细胞疗法主要依赖于T细胞“内置的”检测和反应性质,而且其中的一些性质能够是有害的,因此它能够产生严重的副作用。再者,因为T细胞经常不能够战胜肿瘤抑制免疫反应的性质,所以CAR-T细胞疗法迄今为止并不能够有效地治疗影响乳腺、前例腺、大脑、肺部和其他器官的实体瘤。Lim说,加州大学旧金山分校开发的这种synNotch技术能够独立使用,不过它也能够与CAR-T细胞一起使用以便绕过CAR-T细胞疗法当前所面临的很多限制。

synNotch之所以如此称呼是因为它是Notch蛋白的几种人工合成变化的产物,其中Notch蛋白参与许多种有机体中的细胞间通信,而且在正常发育中发挥着特别至关重要的作用。首先,synNotch受体作为一种“通用传感器”发挥作用---它拥有一种从T细胞中延伸出来的组分,而且这种组分能够发生交换从而特异性地识别很多不同类型的疾病信号。synNotch的另一端是一种“效应”组分位于T细胞内,能够经改造后导致T细胞执行各种各样的反应。


8.Cell:利用CAR-T细胞作为微型制药厂治疗B细胞淋巴瘤

doi:10.1016/j.cell.2016.08.032

最近针对免疫疗法和基因工程嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor T cell, CAR-T)的使用取得的进展已让人们兴奋不已。历史上,CAR-T细胞免疫疗法旨在给予免疫细胞所需要的信息来更好地将肿瘤细胞识别为外来的并攻击它们,从而增强免疫系统。

在一项新的研究中,来自美国纪念斯隆凯特琳癌症中心的Hans-Guido Wendel博士、来自法国雷恩第一大学的Karin Tarte及其同事们阐明了CAR-T细胞未开发的起着靶向转运载体作用---即能够作为“微型制药厂(micro-pharmacies)”用于精确的治疗转运---的潜力。相关研究结果于2016年9月29日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Loss of the HVEM Tumor Suppressor in Lymphoma and Restoration by Modified CAR-T Cells”。这项研究有助人们鉴定一种潜在新的淋巴瘤疗法。

研究人员首次鉴定出一种关键的通路,而这种通路在大约75%的人滤泡性淋巴瘤(B细胞淋巴瘤的一种亚型)中受到破坏:HVEM受体基因在大约50%的病例中发生突变。这些突变破坏一种导致淋巴瘤生长的被称作BTLA的抑制性受体与一种支持性微环境之间的相互作用。

在发现这一点后,研究人员注意到这种通路中的关键性分子容易遭受治疗性攻击。他们随后开发恢复HVEM蛋白功能的策略:在体内通过靶向结合CD19的基因工程CAR-T细胞将HVEM蛋白直接转运到淋巴瘤中。这种CAR-T细胞经特定设计会在局部持续地产生可溶性的HVEM蛋白。作为所谓的微型制药厂,这些CAR-T细胞通过寻找到表达CD19的B细胞将这种抗癌蛋白直接运送到肿瘤位点,并且继续呆在那里分派这种肿瘤抑制蛋白。在动物模型中对这些微型制药厂进行测试产生显著性的治疗反应,要比作为对照的CAR-T细胞和CD19 CAR-T细胞更加有效。


9.肺癌CAR-T细胞临床前评估研究取得进展

doi:10.1080/2162402X.2017.1284722

3月16日,中国科学院广州生物医药与健康研究院李鹏研究组在国际学术期刊OncoImmunology上发表题为PSCA and MUC1 in non-small-cell lung cancer as targets of chimeric antigen receptor T cells 的研究成果,在体外肺癌细胞系以及肺癌病人来源的异种移植模型中,验证了CAR-PSCA和CAR-MUC1嵌合抗原受体T细胞的有效性和特异性。

李鹏研究组通过在体外对肺癌细胞系进行杀伤实验,验证了研究组构建的分别针对靶点PSCA 和MUC1抗原的CAR-T细胞杀伤的有效性和特异性。进一步,研究组又构建了一些原代的非小细胞肺癌病人(Non-small-cell lung cancer, NSCLC)的异种移植模型(Patient Derived Xenografted model,PDX),证明了其与人体病理微环境的相似性。研究发现,PDX模型可重建原代肿瘤的细胞形态和表面分子标记物等。 

该研究进一步利用PDX模型,在体内证明了CAR-PSCA和CAR-MUC1嵌合抗原受体T细胞可以有效抑制PDX模型中肿瘤的生长速度,而且CAR-PSCA和CAR-MUC1 T细胞联合使用后,对肿瘤生长的抑制程度更加明显。


10.Science子刊:晚期淋巴瘤病人经CAR-T细胞免疫疗法治疗后病情完全缓解

doi:10.1126/scitranslmed.aaf8621

在一项新的研究中,参与由美国弗雷德-哈金森癌症研究中心领导的一项早期免疫疗法临床试验的非霍奇金淋巴瘤(non-Hodgkin lymphoma)病人之前用尽了多种常规的癌症治疗手段,但是在他们的免疫细胞经过基因改造后变成癌症抵抗者后,他们体内的晚期肿瘤完全消失了。这些短期的结果是用于治疗血癌的这些经过基因修饰的被称作CAR-T细胞的免疫细胞的备受关注研究的最新成果。相关研究结果发表在2016年9月7日那期Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Immunotherapy of non-Hodgkin’s lymphoma with a defined ratio of CD8+ and CD4+ CD19-specific chimeric antigen receptor–modified T cells”。

在这项临床试验中,32名参与者在进行化疗(被称作淋巴细胞删除)后接受CAR-T细胞灌注,其中化疗的目的是为随后灌注的CAR-T细胞进入病人体内腾出空间。研究人员发现在一组11名病人先接受两种药物化疗再接受中等剂量CAR-T细胞灌注后,这些CAR-T细胞最为有效地摧毁癌症。这11名病人中的7人(64%)进入病情完全缓解。

论文通信作者、弗雷德-哈金森癌症研究中心免疫疗法研究员Cameron Turtle博士说,这些数据表明对这些治疗参数进行调整如何能够让这些细胞更加有效地抵抗患有这种特定癌症类型的病人体内的癌症。

研究人员发现,在淋巴细胞删除步骤中,相比于仅接受一种化疗药物治疗的病人而言,加入第二种化疗药物有助CAR-T细胞在这些病人体内更多地增殖和存活更长时间。在所有的接受这两种化疗药物治疗的20名病人当中,一半的人实现病情完全缓解,无论使用多大的T细胞剂量。(剩下的12名病人接受一种不同的淋巴细胞删除方案,仅有一人在接受CAR-T细胞灌注后实现病情完全缓解。)Turtle说,“对淋巴细胞删除方案进行修饰等策略与合适的CAR-T细胞剂量相结合能够对临床结果产生较大的影响。”(来源:生物谷)

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