CAR-T治疗实体瘤的4大挑战及应对策略

文章来源：医药魔方Pro

作者：海默

目前，全球已有5款CAR-T产品经FDA批准上市，治疗多种不同类型的血液系统恶性肿瘤。CAR-T在血液肿瘤领域一路高歌猛进，而在占比超90%以上的实体瘤领域，CAR-T疗法则进展缓慢，困难重重。

针对CAR-T的实体瘤“困境”，本文总结了目前面临的4大关键挑战和近期最新的研究进展。

01 CAR-T的实体瘤“困境”

CAR-T进军实体瘤主要面临以下几大挑战：

1.1 缺乏有效靶点

与血液肿瘤的靶点大多单一且具有特异性不同，实体瘤中肿瘤特异性抗原（TSA）很少，目前发现的肿瘤高表达的抗原多为肿瘤相关抗原（TAA），在正常组织中也有表达。这就带来了很高的脱靶风险，安全性成为关键问题。

来源：Nature Reviews Drug Discovery

上图为Nature Reviews Drug Discovery总结的近年来T细胞疗法临床试验中因“on target, off-tumour” 产生的严重不良反应。同时，实体瘤存在高度异质性，即便有了安全的靶点，能否保证疗效也是一个不小的挑战。

1.2 CAR-T的转运和浸润

实体瘤具有干扰T细胞转运进行免疫逃逸的机制。一方面，与血液肿瘤细胞呈分散状不同，实体瘤往往形成坚实的团状物，加上丰富的肿瘤相关成纤维细胞（CAF）和血管，形成了一层天然的物理屏障。

另一方面，一些实体瘤会抑制某些趋化因子的分泌。趋化因子与其受体的相互作用会促进T细胞向肿瘤微环境的迁移。同时，CAR-T细胞表面也缺乏与实体瘤分泌的趋化因子相匹配的相关受体，造成CAR-T对肿瘤部位的归巢能力差。

1.3 肿瘤微环境的免疫抑制

研究发现，肿瘤微环境（TME）中低pH、低氧、高渗透，同时存在免疫抑制机制，极不利于T细胞的存活和发挥免疫效力。

限制CAR-T发挥抗肿瘤作用的外部环境（来源：Nature Reviews Drug Discovery）

TME中存在免疫抑制细胞，如调节性T细胞（Treg）、骨髓源异质性细胞（MDSC）和M2型巨噬细胞。这些免疫抑制细胞在实体瘤内会释放转化生长因子β（TGFβ）和白细胞介素-10（IL-10）等细胞因子，降低回输后CAR-T的抗肿瘤效果。

1.4 内源性T细胞抑制信号

T细胞的免疫活性存在内源性调节机制，当T细胞过度活跃时，PD-1和CTLA4等分子发挥作用，维持免疫平衡。在CAR-T细胞被抗原激活后，PD-1和CTLA4与相关配体相结合，抑制T细胞的增殖和相关细胞因子的分泌。因此，内源性T细胞抑制信号也会降低CAR-T的抗肿瘤活性。

02 CAR-T对抗实体瘤新策略

在对抗实体瘤的道路上CAR-T面临多重困境，下面针对上述机制总结了目前CAR-T在实体瘤中的一些新突破。

CAR-T应对实体瘤的新策略（来源：Cancers）

2.1 提高CAR-T对抗原的识别

实体瘤中常见的TAA靶点包括CEA、HER2、GPC3、EpCAM等，TSA靶点较少，严重限制了CAR-T在实体瘤中的应用。除了继续寻找和开发针对TSA靶点的CAR-T疗法，还可以对CAR-T细胞进行改造，提高对肿瘤抗原的识别能力。

4月28日，美国加州大学旧金山分校（UCSF）的一项针对实体瘤CAR-T疗法的研究刊登在了Science Translational Medicine的封面上。WendellLim教授团队在CAR-T细胞中植入了synNotch系统，在synNotch的调控下，识别相关TAA的CAR只会在迁移到肿瘤中的T细胞上表达，而不会攻击正常组织中的细胞，大大提高了CAR-T识别抗原的特异性。（Science Translational Medicine, 2021, 13, 7378）

T细胞中的多抗原启动和杀伤（prime-and-kill）回路提供了一种克服抗原异质性的通用策略，同时仍保持较高的肿瘤特异性（来源：Science Translational Medicine）

近期，CAR-T疗法教父Carl H. June团队和Perelman医学院的放射肿瘤学教授Andy J. Minn团队也发现了一种提高CAR-T对肿瘤细胞识别的新方法—递送一种天然存在的RNARN7SL1和外来抗原到肿瘤细胞中，给CAR-T配备了多种新“武器”，使得CAR-T不再“孤军作战”。多装甲CAR-T可提高对肿瘤细胞的浸润和识别，且在抗原丢失的情况下，还能启动内源性CAR-T来清除肿瘤。（Cell,2021, 184, 19, 4981-4995）

“多装甲”CAR-T可显著提高抗癌效果（来源：Cell）

此外，除了对CAR-T细胞本身进行改造，科学家还利用外界条件提高CAR-T对肿瘤细胞的特异性识别。8月12日，美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员在 Nature Biomedical Engineering上发表了一篇研究进展，将超声波与CAR-T细胞疗法相结合，可以在保护正常组织的同时摧毁肿瘤组织，大大提高了CAR-T疗法的安全性。（Nature Biomedical Engineering,doi.org/10.1038/s41551-021-00779-w）

2.2 多靶点联用

目前针对两个靶点的双特异性CAR-T已在血液肿瘤领域得到应用，可以提高CAR-T对抗原的识别能力，增加疗效和安全性，降低肿瘤逃逸的风险。靶向两种或者多种不同TAA的 CAR-T疗法也是治疗实体瘤的重要方向。

9月23日，Nature Cancer上发表了一篇针对神经母细胞瘤（NB）模型的双靶点CAR-T研究进展。该研究靶向GD2和B7-H3两种NB相关抗原，并提供CD28和4-1BB共刺激，在小鼠中实现了快速和持续的抗肿瘤作用，并能防止因抗原密度较低而产生的肿瘤免疫逃逸。（Nature Cancer. 2021, 2, 904–918）

该实验策略能防止因抗原丢失而产生的肿瘤逃逸（来源：Nature Cancer）

2.3 改善T细胞的浸润和转运

治疗血液肿瘤时CAR-T通常采用静脉回输，在实体瘤中，为改善CAR-T的浸润和转运难题，可采用瘤内给药的方式。瘤内给药方式在胸膜恶性间皮瘤、头颈癌和恶性胶质瘤的研究中都得到了较好的效果。

趋化因子是影响T细胞浸润的重要分子，近年来针对趋化因子的研究给CAR-T攻克实体瘤带来了新希望。9月22日，广州百暨基因研发团队首次将趋化因子受体CXCR5修饰到靶向EGFR的CAR-T细胞表面，用于治疗非小细胞肺癌（NSCLC）。体内CAR-T示踪实验结果显示，经过CXCR5修饰的CAR-T细胞可以定向迁移和渗透至肿瘤病灶处，并显著清除了肿瘤，同时极大减轻了潜在的肿瘤外毒性。（Molecular Therapy-Oncolytics , 2021, 22,507-517）

CAR-T细胞的体内抗肿瘤活性（来源：Molecular Therapy-Oncolytics）

此外，也有一些研究靶向肿瘤基质细胞中表达的成纤维细胞活化蛋白（FAP），可阻断基质的形成，增强CAR-T对实体瘤的浸润。

2.4 解除免疫抑制

TME产生免疫抑制作用的主要原因是免疫抑制细胞因子、免疫抑制细胞的存在和免疫激活因子的缺乏。TME中的免疫抑制作用是影响CAR-T在实体瘤中发挥效力的关键因素之一。

一些研究通过修饰CAR-T细胞，使其过度表达促进炎症的细胞因子（如IL-12、 IL-15和IL-18），这样的CAR-T细胞被称为“装甲”CAR-T细胞（armoured CAR-T cells），可以调节局部微环境。研究证实，在卵巢癌中，IL-12可以提高T细胞的增殖和存活能力，抵抗凋亡和PD-1诱导的功能抑制。此外，对分泌IL-18的CAR T细胞的相关研究表明，这些细胞增殖和浸润能力提高，并能募集内源性免疫细胞以调节TME。

降低TME中的免疫抑制（来源：American Journal of Cancer Research）

同时，由于TGFβ是一种重要的免疫抑制途径，阻断TGFβ信号也可提高CAR-T的抗肿瘤效果。

除了TME中的免疫抑制作用，T细胞还存在内源性免疫抑制机制。目前，主要使用基因沉默、PD-1开关受体和与PD-1抑制剂联用等手段来避免内源性抑制信号。

解除内源性T细胞抑制信号（来源：American Journal of Cancer Research）

03 联用是未来方向

尽管CAR-T治疗血液系统恶性肿瘤后的缓解率很高，但达到持续缓解仍是不小的挑战，患者往往会出现疾病复发的现象。CAR-T对抗肿瘤的疗效受到T细胞在体内的激活和扩增、杀伤效果和持久性等多种因素的影响，也与肿瘤类型和患者个体差异息息相关。面对高度复杂的实体瘤，想要通过单一的CAR-T疗法来平衡这些因素显得举步维艰。

除了强化CAR-T本身对肿瘤细胞的杀伤作用，还应努力探索应对CAR-T扩增和持久性等难题的策略。CAR-T联合传统的放化疗、免疫检查点抑制剂、疫苗和溶瘤病毒等手段显示出广阔的应用前景，有望通过直接增强T细胞功能、招募内源性免疫细胞和重塑TME等途径实现治疗实体瘤的效果。

参考资料：

[1] Andrew J. Hou et al. Navigating CAR-T cells through thesolid-tumour microenvironment. Nature Reviews Drug Discovery. (2021)

[2] Yuna Jo. Innovative CAR-T Cell Therapy for Solid Tumor; CurrentDuel between CAR-T Spear and Tumor Shield. Cancers. (2021)

[3] 郑彪点评 | Science突破：新型CAR-T有效杀伤实体瘤，不伤正常细胞（来源：医药魔方Pro）

[4] Koichi Hirabayashi et al. Dual-targeting CAR-T cells with optimalco-stimulation and metabolic fitness enhance antitumor activity and preventescape in solid tumors. Nature Cancer. (2021)

[5] Guangchao Li et al. CXCR5 guides migration and tumor eradication ofanti-EGFR chimeric antigen receptor T cells. Molecular Therapy-Oncolytics.(2021)

[6] Meijuan Huang et al. Innovative strategies to advance CAR T celltherapy for solid tumors. American Journal of Cancer Research.（2021）

[7] Joseph H. Choe et al. SynNotch-CAR T cells overcome challenges ofspecificity, heterogeneity, and persistence in treating glioblastoma. (2021)

[8] Lexus R. Johnson et al. The immunostimulatory RNA RN7SL1 enablesCAR-T cells to enhance autonomous and endogenous immune function. Cell (2021).

[9] Yiqian Wu et al. Control of the activity of CAR-T cells withintumours via focused ultrasound. Nature Biomedical Engineering. (2021)

[10] 姚铮等，CAR-T细胞免疫治疗实体瘤的研究进展. 中国药科大学学报（2021）

[11] 田永贵等，“下一代冶CAR T 细胞在实体瘤治疗中的研究进展. 中国免疫学杂志（2020）