郑彪点评 | Science突破：新型CAR-T有效杀伤实体瘤，不伤正常细胞

CAR-T细胞疗法治疗血癌已经取得了一定的成功，但在实体瘤上的应用还存在很多局限性。过表达的肿瘤相关抗原（如EGFR和HER2）是治疗性T细胞有吸引力的靶点，但CAR-T细胞可能与表达低水平靶抗原的正常组织发生毒性交叉反应，这种脱靶副作用是阻碍CAR-T发展的一大障碍。

近期，美国加州大学旧金山分校与芬兰赫尔辛基大学的研究人员合作，设计了一个两步正反馈电路，即给CAR-T细胞加了一个开关，可让其根据S型曲线抗原密度阈值来区分靶标，从而避免CAR-T细胞对表达低水平肿瘤抗原的正常细胞误杀，也为攻克实体瘤提供了一个关键性工具。相关成果发表在Science上。

图1来源：Science

在该电路设计中，研究人员利用一种名为synNotch的受体来检测HER2抗原表达。低亲和力synNotch受体作为一个过滤器，限制转录诱导只发生于T细胞遇到高抗原表达靶细胞时。而一旦通过这个初始过滤器，诱导的高亲和力CAR就能进行强效的T细胞增殖和杀伤。

图2 | 超灵敏抗原密度感应T细胞的设计。（A）理想的治疗性T细胞将区分表达高抗原密度的肿瘤细胞和表达低抗原量的正常细胞。具有标准线性响应曲线的CAR-T细胞在高密度和低密度细胞之间的区别效果很差。有效的区别需要一条S型超灵敏剂量-反应曲线。（B）两步识别电路的设计。TF = 转录因子。（来源：Science）

具体来说，考虑到T细胞电路的应答可以通过改变电路内的受体亲和力来调节，研究人员通过连接低亲和力和高亲和力识别，形成两步级联反应来产生稳健的超灵敏响应。低亲和力synNotch受体遇到低密度HER2抗原时，在T细胞表面表达很少量CAR（图3下左）。相反，当该受体遇到高密度HER2抗原时，它们被更好地激活从而表达更高稳态量的CAR（图3下右）。因此，高密度靶抗原既增加了CAR的表达水平，又激活了T细胞的增殖和杀伤活性。相比之下，对于组成型表达（constitutively expressed。与诱导性表达相对，组成型表达不需要其他因子的诱导即可稳定的表达）CAR的T细胞，即使是CAR表达降低，或CAR亲和力降低，也会触发T细胞对低抗原密度细胞的杀伤。

图3 | 在高亲和力CAR上表达低亲和力synNotch（synNotch低亲和力→ CAR高亲和力）的两步电路机理。（来源：Science）

研究人员解释道：“即便使用相同的抗原结合域，CAR和synNotch受体显示出不同的敏感性。CAR更敏感，以相对低的抗原密度触发杀伤活性，而synNotch介导的基因表达需要更高的抗原密度。因此，低亲和力 synNotch受体不能诱导足够量的CAR表达来触发低密度靶点的杀伤反应，而仅引发高密度靶点的强效杀伤。”

研究人员还评估了T细胞电路的设计是否可以实现HER2抗原的密度依赖性识别。结果显示，一些synNotch低亲和力→ CAR高亲和力电路T细胞显示HER2抗原密度超敏感（图4右）。相比之下，组成型表达高亲和力或低亲和力CAR的T细胞显示出很小的密度区分（图4左）。

图4来源：Science

接下来，研究进一步检测了HER2抗原密度感应电路针对多种不同 HER2低表达和高表达的人癌细胞系的效果。

体外杀伤实验显示，对于低密度HER2表达的细胞，未转化的T细胞和电路T细胞在72小时内均未显示细胞毒性（图5）。

图5来源：Science

体内研究显示，在小鼠肿瘤模型中，电路T细胞显示出很强的密度分辨力（图6）：高密度HER2表达肿瘤被迅速清除，但低密度HER2表达肿瘤的生长速度与接受未转化T细胞处理的相似。

图6 | synNotch低亲和力→ CAR高亲和力电路T细胞在小鼠模型中的抗原密度鉴别。（来源：Science）

对于这些实验结果，研究团队表示非常兴奋，进一步的研究已经开始起步。文章作者之一、赫尔辛基大学的Anna M?kel?博士说：“我们正在进一步开发该技术，以将其应用于治疗卵巢癌等实体肿瘤。随着研究的进展，我们的目标是开发靶向更多抗原的CAR结构，再结合该技术，从而应用于更多的实体肿瘤。这就像‘多弹头导弹’一样，癌细胞将难以抵抗。”

虽然，CAR-T实现真正攻克实体瘤，还需要克服其他几个挑战，包括肿瘤异质性、抑制性肿瘤微环境，以及改善T细胞向肿瘤的输送等，但是这项研究实现了CAR-T超灵敏区分肿瘤抗原密度的能力，为扩大CAR-T对实体瘤的治疗范围（找到低门槛而广泛的靶点）提供了关键性工具。

专 家 点 评

驯鹿医疗首席科学官

郑彪博士

突破与不足

由于在实体瘤中，肿瘤特异性抗原（TSA）很少，目前发现的肿瘤高表达的抗原更多的是肿瘤相关抗原（TAA），TAA抗原在正常组织中一般也有少量表达，用传统的CAR-T细胞治疗时就会产生较大的毒性，限制了CAR-T细胞的使用。该项研究通过synNotch-CAR low-high circuit设计可以让这种设计的CAR-T细胞只有在高抗原密度的肿瘤细胞部位才会表达CAR分子，进而杀伤肿瘤细胞，而对低抗原密度的健康细胞没有杀伤，降低了CAR-T细胞的毒副作用，因此可以选择更多的TAA作为CAR-T细胞治疗的靶点，拓展了CAR-T细胞治疗的应用范围。

然而，由于肿瘤细胞的异质性，目前CAR-T细胞治疗后发现存在由于抗原丢失导致的肿瘤复发现象，该项技术只对抗原高密度表达的肿瘤细胞才能诱导杀伤作用，对于肿瘤组织中由于异质性而存在的相对低表达靶抗原的肿瘤细胞不能杀伤，有可能导致低抗原表达的肿瘤细胞在压力筛选下生长出来。

此外，CAR-T细胞治疗实体瘤，首先是CAR-T细胞能够在病人体内被肿瘤抗原刺激，从而激活CAR-T细胞进行大量扩增，这是发挥CAR-T细胞消除肿瘤细胞的前提。如何克服实体瘤免疫抑制微环境对T细胞激活和杀伤功能的抑制，同时增强CAR-T细胞在肿瘤组织的浸润能力是需要解决的关键问题，当然找到更多的适合CAR-T细胞治疗的靶点也是CAR-T细胞广泛应用的关键，这篇文章就为CAR-T细胞治疗找到更多可用的靶点提供了很好的思路。

最新进展

CAR-T细胞治疗是这几年最火热的研究领域之一。有很多创新性的研究成果，例如：

（1）最近在Blood杂志上驯鹿医疗合作发表了一篇针对复发/难治的多发性骨髓瘤的BCMA-CAR-T细胞治疗的临床研究报道，共招募了18位患者，总缓解率达100%，其中4位患者是接受过一次BCMA-CAR-T细胞治疗复发的病人，再次接受驯鹿全人源BCMA-CAR-T细胞治疗依然显示出了良好的疗效，该项研究证明了使用全人源抗体序列开发的CAR-T细胞疗法要明显优于鼠源，或者人源化的抗体。

（2）Kosti et al. 在“Hypoxia-sensing CAR T cells provide safety and efficacy in treating solid tumors”文章中报道的双缺氧感应系统的HypoxiCAR，利用TME的固有特征“缺氧”来调控CAR分子的表达，从而提高靶向肿瘤TAA的CAR-T安全性，扩展了CAR-T疗法的靶点选择范围。

（3）Weber et al. 在“Transient rest restores functionality in exhausted CAR-T cells through epigenetic remodeling”文章中报道，使用药物dasatinib暂时抑制T细胞活性，有助于阻止CAR-T细胞衰竭并能够有效改善小鼠模型中的CAR-T细胞抗肿瘤活性。

未来方向

从自体CAR-T到异体通用型CAR-T，从治疗血液肿瘤到实体瘤，是CAR-T领域两大发展方向。未来3–5年，很有可能异体通用型CAR-T能够取得突破。此外，基于iPSC开发的CAR-T细胞疗法也将有所突破，尤其是Fate Therapeutics公司在这方面已经取得了较好的进展。

实体瘤方面，在靶点选择、克服TME抑制等方面都有大量研究，这些方面的进展也可能使CAR-T治疗实体瘤取得突破。实体瘤也一直是驯鹿医疗关注的领域，公司在这个领域也有研发管线布局。驯鹿医疗通过TCR mimic抗体技术，可以靶向肿瘤细胞的胞内靶点，有效的拓展CAR-T细胞可靶向的靶点，克服实体瘤的抗原特异性问题；对双靶点和多靶点CAR-T的布局也进一步去解决实体瘤的抗原异质性问题；此外，公司也通过对armour结构的筛选和应用，来解决CAR-T细胞受TME抑制、以及持久性等问题。

除了治疗肿瘤之外，CAR-T细胞疗法的也逐渐应用到了自身免疫性疾病，抗衰老等领域，未来的CAR-T细胞治疗的想象空间巨大。此外，在体内改造T细胞，形成CAR-T也是当前的一个有潜力的研究方向。

参考资料：

1# Rogelio A. Hernandez-Lopez et al. T cell circuits that sense antigen density with an ultrasensitive threshold. Science. （2021）

2# A leap forward in research on CAR T cell therapy（来源：Medical press）

3# Cellular Engineering Boosts CAR-T Therapy against Solid Tumors（来源：Genetic Engineering & Biotechnology News）