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本文作者:山东大学 Dr.Zhao

本文审核专家:江苏大学附属医院 李晶教授

引言

日前,国际顶级期刊Cell综述总结了免疫细胞疗法在癌症、传染病和自身免疫疾病治疗中的现状。本文介绍目前正在开展的免疫细胞疗法的种类以及用途,帮助大家更加全面的了解免疫细胞在临床医学上的应用。

免疫细胞疗法是一种新兴的治疗方法,可以将人体的免疫细胞改造成“活的”药物来对抗癌症和其他疾病。这项治疗方法在某些B细胞恶性肿瘤中取得了非常好的效果,并且未来几年将在癌症和其他疾病治疗中扮演更重要的角色。相较于传统药物,这些“生命疗法”具有许多不同之处。

日前,发表在国际顶级期刊Cell上的一篇题为“ The Emerging Landscape of Immune Cell Therapies ”的文章[1],讨论了免疫细胞疗法在癌症、传染病和自身免疫疾病治疗中的现状,并展望了未来的发展方向。

图1.免疫细胞治疗人类疾病的疗法[1]

免疫细胞疗法分类

免疫细胞疗法可分为非工程化免疫细胞疗法和工程化免疫细胞疗法。非工程化免疫细胞疗法包括Treg细胞疗法、TIL细胞疗法和CTL细胞疗法。工程化免疫细胞疗法包含TCR-T细胞疗法、CAR-T细胞疗法、CAR-Treg和CAAR-T细胞疗法。

(1)非工程化免疫细胞疗法:未经修饰的免疫细胞,主要利用其固有的细胞毒性功能。

Treg:从患者身体中分离出来的外周Tregs细胞,体外扩增并重新注入患者体内,以治疗自身免疫性疾病、移植物抗宿主病或器官排斥反应。

TIL:肿瘤浸润性淋巴细胞(TIL)是从切除的肿瘤中分离出来的,体外扩增,然后重新注入患者体内。

CTL:将病毒特异性细胞毒性T淋巴细胞(CTL)复苏后扩增、并回输给与人类白细胞抗原相合的受者,用于治疗慢性感染。

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(2)工程化免疫细胞疗法:将免疫细胞加以改造,让它们就能够识别疾病状态并做出适当反应。

首先从患者身上抽取血液,分离T细胞,使用病毒或非病毒方法插入编码合成受体的转基因产生工程化T细胞,包括:

① 表达由肿瘤反应性受体(TCR)α和β亚基组成的工程TCR的T细胞;

② 表达嵌合抗原受体(CAR)的T细胞(CAR-T)或NK细胞(CAR-NKs),其包括与TCR信号转导相关的胞外抗原结合区域;

③ CAAR T细胞(CAAR-TS),其中嵌合受体由针对自身反应性B细胞的抗原结合区域组成;

④ CAR-Tregs,其中Tregs从外周血中分离出来,并经改造表达CAR,将其重定向至受自身免疫性疾病影响的组织。所有经过改造的T细胞在重新注入患者体内之前都会在体外进一步扩增。

治疗癌症

近年来,免疫细胞治疗癌症已经取得了很大的突破。在癌症领域使用的比较多的免疫细胞为T细胞,包括TILs、TCR-T及CAR-T疗法。

近期的研究显示,在20世纪80年代末到90年代初,针对转移性恶性黑色素瘤患者的实验中,大约25%至50%的患者在接受自体肿瘤浸润性T细胞(又称肿瘤浸润性淋巴细胞或TILs)的体外扩增和重组人白介素2(rhIL-2)治疗后,取得了长期完全缓解的效果[2]。

随着基因工程技术的进步,研究人员能够从对治疗产生反应的患者中提取免疫细胞,克隆肿瘤反应性受体(TCR),并将其表达在其他患者的免疫细胞中(图2)。这为治疗提供了潜在的无限细胞来源。已开发出预测高效TCR的方法,并且一些高亲和力的TCR显示出临床活性和安全性(图3)。研究人员也在积极改进技术,以增强转移后免疫细胞对癌症的效力。这些进展为临床试验提供了新的方向。

图2.免疫细胞疗法的连续性[1]

嵌合抗原受体(Chimeric Antigen Receptors,简称CARS)是一种免疫细胞疗法的关键技术,它可以通过改造人体免疫细胞,帮助它们更好地攻击癌细胞。CARs由胞外抗原靶向结构域(通常是单链可变区,ScFv)和细胞内信号域(通常来自T细胞受体,TCR)组成。自2010年开始,第二代CD19-CARS已成为迄今为止最有效的过继T细胞疗法之一。这种疗法被应用于成人高级别B细胞淋巴瘤患者,取得了有效且持久的反应。这项技术正在迅速发展,并为那些传统治疗无效的患者提供了新的希望。

图3.加强过继性T细胞治疗的工程策略[1]

治疗传染病

20世纪90年代早期的临床研究发现,输注捐赠者的T细胞后,一些复发的白血病患者可能会得到缓解[3]。这为T细胞治疗控制病毒感染提供了证据。

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针对HIV感染,从1998年开始进行CAR-T细胞的临床试验。尽管这些试验并未证明CAR-T细胞有效控制艾滋病毒感染,但利用反转录病毒治疗药物,许多患者仍然能够长期生存。长期随访显示,CAR-T细胞持续存在并可持续十多年[4]。

目前,研究人员仍在探索治疗潜伏艾滋病毒库的方法。研究者通过表达特定蛋白,将CAR-T细胞定位到淋巴组织中的特定细胞,以进一步提高治疗效果。

治疗自身免疫性疾病和其他疾病

近年来,除了在癌症和病毒感染等领域,免疫细胞还被应用到自身免疫性疾病的治疗研究中,例如有研究将CAR-T和CAR-Treg细胞应用到自身免疫性疾病的临床研究中。

CAR-Treg疗法相对于效应CAR-T细胞疗法具有潜在优势,主要体现在以下几个方面:

1. 持久性免疫抑制:目标组织中Treg的持续扩张和持久性能够提供持续的免疫抑制,有助于治疗自身免疫疾病或减轻移植物抗宿主病(GVHD)等疾病。

2. 减少脱靶毒性:效应CAR-T细胞疗法可能导致严重的脱靶效应,给组织带来严重损害,而CAR-Tregs的脱靶效应相对较轻。

3. Treg的重要性:Treg在维持自身耐受性、免疫平衡和预防自身免疫疾病方面发挥重要作用,在非工程化Tregs的过继转移研究中已取得了显著的成果。

4. CAR表达提升疗效:CAR在Tregs中的表达可以提高Treg疗法的效力和特异性。在小鼠结肠炎模型中的一项里程碑性研究中,针对2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)设计的CAR Tregs表现出通过抗原特异性分泌抑制因子、增殖并改善疾病症状的特点。

总的来说,CAR-Treg疗法具有许多潜在优势,并为其在临床实验中的应用提供了坚实的依据。

此外,研究人员最近开发了嵌合自身抗体受体(CAAR)技术,利用效应CAR-T细胞治疗自身免疫性疾病。CAAR类似于CAR,但细胞外抗原结合域针对自体B细胞的受体(BCR)。通过在天疱疮小鼠模型中使用表达Desmoglein 3的CAAR-T细胞,能够特异性地攻击致病B细胞并实现治愈。这项研究证明了CAAR-T细胞在治疗自身免疫性疾病方面的潜力[5]。

小结

在过去的几十年中,研究人员开展了一系列的探索工作,通过基因工程等方法,将人体的免疫细胞改造成可以主动攻击肿瘤的“药物”。其中一种被FDA批准的疗法叫做CAR-T细胞疗法,已经成功地用于治疗某些B细胞恶性肿瘤。为了提高免疫细胞疗法的效果,科学家们正在进行更复杂的研究,通过基因工程等方法,尝试改变细胞的基因组,使其更好地攻击肿瘤。这些工作的目标是使下一代的免疫细胞疗法能够更好地替代传统疗法,为患者带来更好的治疗效果。

1. Weber, E.W., Maus, M.V., and Mackall, C.L. (2020). The Emerging Landscape of Immune Cell Therapies. Cell 181, 46–62. 10.1016/j.cell.2020.03.001.

2. Rosenberg, S.A., Packard, B.S., Aebersold, P.M., Solomon, D., Topalian, S.L., Toy, S.T., Simon, P., Lotze, M.T., Yang, J.C., and Seipp, C.A. (1988). Use of tumor-infiltrating lymphocytes and interleukin-2 in the immunotherapy of patients with metastatic melanoma. A preliminary report. N Engl J Med 319, 1676–1680. 10.1056/NEJM198812223192527.

3. Bonini, C., Ferrari, G., Verzeletti, S., Servida, P., Zappone, E., Ruggieri, L., Ponzoni, M., Rossini, S., Mavilio, F., Traversari, C., et al. (1997). HSV-TK gene transfer into donor lymphocytes for control of allogeneic graft-versus-leukemia. Science 276, 1719–1724. 10.1126/science.276.5319.1719.

4. Scholler, J., Brady, T.L., Binder-Scholl, G., Hwang, W.-T., Plesa, G., Hege, K.M., Vogel, A.N., Kalos, M., Riley, J.L., Deeks, S.G., et al. (2012). Decade-long safety and function of retroviral-modified chimeric antigen receptor T cells. Sci Transl Med 4, 132ra53. 10.1126/scitranslmed.3003761.

5. Ellebrecht, C.T., Bhoj, V.G., Nace, A., Choi, E.J., Mao, X., Cho, M.J., Di Zenzo, G., Lanzavecchia, A., Seykora, J.T., Cotsarelis, G., et al. (2016). Reengineering chimeric antigen receptor T cells for targeted therapy of autoimmune disease. Science 353, 179–184. 10.1126/science.aaf6756.

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