嵌合抗原受體T細胞

经过基因改造使T细胞可以表达针对患者癌细胞抗原的嵌合抗原受体，并能在被输入患者体内后杀死癌细胞[29]。该疗法因为T细胞能被设计成针对几乎任何肿瘤的多用性而被视为一种有前景的抗癌治疗方法[30][31]。

早期嵌合抗原受体T细胞的研究主要集中在血液癌上。首次获批的治疗方法使用了针对CD19（一种存在于如急性淋巴细胞性白血病，弥漫大B细胞淋巴瘤等B细胞癌症的抗原）的受体[32][33] 。目前各项研究正在尝试使嵌合抗原受体针对其他血液癌抗原，包括霍奇金淋巴瘤中的CD30、急性髓系白血病中的CD33、CD123和FLT3，以及多发性骨髓瘤中的BCMA[34]。

相对非实体肿瘤，实体肿瘤是一个更难攻击的目标[35] 。首先，找到好的实体肿瘤抗原较为困难，因为这些抗原必须在大多数癌细胞上高度表达，并几乎不存在于正常组织中[36][37][38][31]。而嵌合抗原受体T细胞也无法有效地进入实体肿瘤的中心，并会被其微环境抑制活性[34]。

虽然大多数自身免疫性疾病T细胞研究致力于创造可以消灭特定细胞群体的T细胞，但该技术还有其他潜在用途。用于嵌合抗原受体的调节T细胞具有特定抗原的耐受性，并在器官移植或像红斑狼疮这样的风湿性疾病中起到作用[39][40]。

该症状是嵌合抗原受体T细胞疗法最常见的问题，其由免疫系统被激活并释放大量炎症细胞因子所导致。这种综合症的临床表现形似于败血症，发高烧、疲劳、 肌痛、恶心、毛细血管渗漏、心动过速，以及其他心脏功能障碍、肝功能衰竭与肾功能受损等症状[41]。虽然几乎所有接受嵌合抗原受体T细胞治疗的患者都会出现该症状，但其的存在恰恰表明了嵌合抗原受体T细胞正在按照预期杀死癌细胞[7] 。此外，该症状的严重程度与治疗反应并无关系，而是与疾病负担有关[7]。严重的细胞因子释放综合症也可以通过使用如皮质类固醇，托珠单抗和抗白细胞介素-6等免疫抑制剂和来降低该症状的频率并不影响疗效[42][43][44]。

该症状也常存在于嵌合抗原受体T细胞疗法中，并可能与细胞因子释放综合症相关，但其潜在机制尚不清楚[45]。其临床表现包括谵妄、表达性失语、警觉迟钝和癫痫。在一些临床试验中，这些神经毒素可导致患者死亡[7]。在Juno Therapeutics公司进行的一项研究中，有五名患者因神经毒性引发的脑水肿而死亡，其中两名患者仅使用环磷酰胺进行治疗，其余三名患者使用环磷酰胺和氟达拉滨的组合治疗[46]。另外在福瑞德哈金森肿瘤研究中心赞助的另一项临床试验中也有一例患者在接受抗原受体T细胞疗法122天后发生不可逆转且致命的神经毒性的病例[47]。

抗原识别结构域位于受体的外区部分并其暴露在细胞外部。该结构会与潜在的标靶分子接触，并负责将嵌合抗原受体T细胞定向于匹配标靶分子的细胞。

抗原识别结构域通常来源于单克隆抗体的可变区域，并由其连接成一个单链可变片段[49] 。单链可变片段是一个由免疫球蛋白的轻链和重链组成的嵌合蛋白，并通过一个连接肽连接[50]。再制造嵌合抗原受体时，具体轻链和重链会通过其要结合的抗原（如CD19）而选定。两链之间的连接肽包含了亲水残基。其中包含了甘氨酸和丝氨酸以增加其灵活性，以及谷氨酸和赖氨酸以增加其溶解性[51] 。 此外，单域抗体（如VH、VHH、VNAR）因其在T细胞中的高转导效率已被改造并作为嵌合抗原受体结构中的抗原识别结构域开发[52][36][53][54][55]。

除了抗体片段外，以非抗体为基础的方法也会通过利用通常会相互结合的配体/受体来形成嵌合抗原受体的特异性[48]。细胞因子、先天免疫受体、TNF受体、生长因子和结构蛋白都有被制成抗原识别结构域的先例[48]。

细胞外链接域位于抗原识别结构域与细胞膜之间，并有一个铰链组成。该铰链能增强单链可变片受体头部的灵活性，并以此减少嵌合抗原受体与其目标抗原之间的空间限制[56]。此外，铰链的基因序列通常基于其他包括IgG、CD8和CD28等免疫分子的膜近区域[48][57][53][54]。

跨膜结构域由一个穿过细胞膜的疏水性α螺旋构成，并由此将嵌合抗原受体锚定在细胞膜上。该结构连接着细胞外的铰链及其连接的抗原识别结构域与细胞内的信号传导区域，并对整个受体的稳定性至关重要[48]。其通常由离细胞膜最近的细胞内域部分的跨膜区域组成，不同的跨膜区域也会导致不同的受体稳定性。已知CD28跨膜区域能产生高表达且稳定的受体[54]。相反，使用CD3-ζ的跨膜区域可能导致人工T细胞受体被整合进天然受体中[58]。

该结构域位于T细胞内部[48]。 当抗原与外部抗原识别域结合后，嵌合抗原受体会聚集在一起，并由受体位于内部的细胞质端将信号在T细胞内部传播[50]。

正常的T细胞激活依赖于CD3-ζ的细胞质域中免疫受体酪氨酸活化基序（ITAMs）的磷酸化。为了模仿这一过程，嵌合抗原受体内部区域通常由CD3-ζ的细胞质域构成。虽然其他含ITAM的域也被尝试过，但其效果不如CD3-ζ[49]。

T细胞在CD3信号激活后还需要共刺激分子以维持活性。因此，受体的内部区域通常还包括一个或多个来自共刺激蛋白的嵌合域[59]。其中，CD28、CD27、CD134（OX40）和CD137（4-1BB）等共刺激分子信号域都已经成功通过了测试[48]。

该结构域的具体种类构造同样定义了嵌合抗原受体T细胞的代。第一代受体只包括CD3-ζ的细胞质域[3]。第二代受体在此之上增加了一个如CD28或4-1BB的共刺激域。而这些细胞内信号域可改善T细胞的增殖、细胞因子分泌、抗凋亡能力以及体内存活时间[3]。第三代受体结合了多个这种共刺激域，如CD28-41BB或CD28-OX40，以增强T细胞活性。临床前数据显示，与第二代受体相比，第三代受体拥有更好的效应功能与更长的体内存活时间[3]。

虽然嵌合抗原受体T细胞疗法的初始临床缓解率高达90%，但长期生存率要低得多[60]。该原因通常是抗原逃逸，即患者体内出现了不表达CD19从而逃避原定T细胞靶向的白血病细胞[34]。对此，新的预临床研究在研发同时靶向CD19和CD22或CD19和CD20的嵌合抗原受体T细胞上已经取得了一些进展，并同时进行着研究具有双特异性靶向以绕过CD19下调的试验[34]。

2018年，研究开发了一种被称为SUPRA CAR（分裂型、通用型和可编程型）的嵌合抗原受体种类[61]。SUPRA CAR能够使用多种机制精确调控其活性，从而限制其过度激活。对比传统嵌合抗原受体，SUPRA CAR能够在无需对个体的免疫细胞作进一步基因修饰的情况下同时靶向多个抗原[62]。

除了该变种受体，实验性的SMDC（小分子药物偶联物）平台也能使设计一个通用嵌合抗原受体T细胞成为可能。该细胞能够与一种被指定为异硫氰酸荧光素（FITC）的良性分子具有极高的亲和力结合，并与双特异性SMDC适配分子一起作用于治疗各种癌症。这些独特的双特异性适配分子由FITC分子和肿瘤靶向分子构建而成，并用于精确连接通用嵌合抗原受体与癌细胞从而激活局部T细胞。在实验鼠体内，通用嵌合抗原受体T细胞只有和正确的特异性适配分子同时存在时才能诱导抗肿瘤活性。此外，实验人员还可以通过调整适配分子的给药剂量来控制抗肿瘤活性与毒性，并通过同时给予不同所需特异性适配分子从而更好地对抗原异质性肿瘤[63][64]。

第四代嵌合抗原受体T细胞（又称TRUCK或装甲T细胞）进一步添加了包括IL-2、IL-5、IL-12和共刺激配体等因子[65][66]。该升级可增强其细胞扩增、持久性以及抗肿瘤活性。

医生们可通过为嵌合抗原受体T细胞增添各种合成物质来实现对其持久性、活性以及毒性的控制。主要的控制手段包括根据患者情况以通过药物来触发T细胞死亡或限制T细胞激活[67]。

自杀基因：通常经过基因改造的T细胞会被植入一个或多个能在外部因子诱导下让细胞进行凋亡的基因。胸苷激酶（HSV-TK）和可诱导的胱天蛋白酶9（iCasp9）是两种已经整合到嵌合抗原受体T细胞中的自杀基因[67][68][69]。iCasp9系统中的自杀基因组有两个元素：一个对小分子rimiducid/AP1903具有高特异性的突变FK506结合蛋白，以及一个编码去除前区域的人类iCasp9基因。给患者用rimiducid即可激活自杀系统并导致改造的T细胞迅速凋亡。尽管HSV-TK和iCasp9系统在嵌合抗原受体T细胞疗法的临床试验中可起到类似安全开关的作用，但其的应用还是收到了一些缺陷限制。首先，HSV-TK由于其的病毒来源可能对人类具有免疫原性[67][70]。此外，目前实验人员也仍不清楚此系统能否在所有情况下足够快地启动以限制T细胞对非肺肿瘤细胞的毒性。

双重抗原受体：嵌合抗原受体T细胞可以被改造并使其表达两种与肿瘤相关的抗原受体，并以此减少其攻击非肿瘤细胞的概率。据报道，拥有双重抗原受体的T细胞的副作用较轻.[71]。此外，在一项体内研究中，拥有双重受体的嵌合抗原受体T细胞有效地根除了实验鼠的前列腺癌，并实现了其完全的长期生存[72]。

开关系统：在该系统中，嵌合抗原受体T细胞只能在肿瘤抗原与良性外源分子共同存在的情况下才能发挥其功能。为了实现这一点，嵌合抗原受体会被分成两个独立的蛋白质，而这两个蛋白质必须结合在一起才能使T细胞发挥功能。第一个受体蛋白质通常包含细胞外的抗原识别结构域，而第二个蛋白质包含其下面的信号传导域和共刺激分子。在存在外源分子（如雷帕霉素类似物）的情况下，这两种蛋白质会二聚化在一起，并使T细胞能够攻击肿瘤[73]。人类表皮生长因子受体截短形式（hEGFRt）与西妥昔单抗的组合已经被用作为嵌合抗原受体T细胞的开关[36][38][53]。

双特异性分子开关：双特异性分子会同时靶向肿瘤相关抗原和T细胞表面的CD3分子，并以此确保T细胞只有在与肿瘤细胞密切接触时才能被激活[74]。在一项实验中，抗CD20/CD3双特异性分子在实验鼠中对恶性B细胞和癌细胞显示出了高度特异性[75]。此外，异硫氰酸荧光素（FITC）也可作为双功能分子。其可以将具有FITC特异性的嵌合抗原受体T细胞定向至具有叶酸受体的肿瘤细胞[76]。

由于嵌合抗原受体T细胞治疗的高成本[77]，目前有一系列研究致力于改善该细胞的制造工艺并降低成本，包括在体内制造嵌合抗原受体T细胞[78][79]。此外，其它如将生物导向材料用于嵌合抗原受体T细胞生长，以及通过缩短或消除活化和扩增步骤以实现快速生成该细胞的研究也在进行中[80][81]。

根据最新研究，科学家也可通过使用病毒载体对仍然在体内的T细胞或B细胞进行现场修改[82]。