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Car-T专栏上篇 | 而立之年的Car-T,在适应症拓展方面的进展

以下内容整合自财通证券于2020年3月26日发布的“Car-T细胞治疗行业报告”。


从近代医学的宏观角度来看,免疫疗法的发展彻底改变了传统癌症治疗的手段,扩展了医生们的治疗手段。癌症免疫疗法多种多样,包括单克隆抗体、淋巴细胞活化细胞因子、过继性 T 细胞疗法等,这些治疗手段都是癌症治疗领域发展的热点,并且拥有极大提升患者愈后甚至痊愈的可能性。近年来,随着癌症治疗检测技术不断提升,新靶点、新机理不断发现,各类免疫治疗快速发展,Car-T疗法更可谓其中佼佼者。

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由于 T 细胞受体(TCR)一般在主要组织相容性复合体 MHC 出现的情况下才能被激活,而肿瘤细胞有调低 MHC classI 分子表达的能力从而避免被免系统识别,肿瘤细胞也能逃过 TCR 的识别。为了克服 TCR 的这一限制,嵌合抗原受体(Car)就这样应运而生。嵌合抗原受体(Car)是Car-T的核心部件。Car的基本结构包括一个肿瘤相关抗原(tumor-associatedantigen,TAA)结合区,一个胞外铰链区,一个跨膜和一个胞内免疫受体酪氨酸活化基序
TAA大量在于肿瘤细胞膜表面,较少正常组织中表达。不同TAA可以作为Car-T细胞的靶抗原,对Car-T起定向作用。靶抗原的选择对于Car的特异性、有效性以及基因改造T细胞自身的安全性等都是关键的决定因素。因此,选择合适的靶点蛋白,是Car-T细胞免疫治疗在肿瘤临床研究应用中的一个重要挑战。CD分子表达作为表面标志物可用于细胞类型鉴定,目前Car-T细胞治疗的临床试验主要集中在CD19(最热门),CD20,CD22,GPC3(Glypican-3),BCMA 和其他有希望的靶点。

已过而立之年
Car-T的五代发展历程


Car-T疗法最早由Gross等于上世纪80年末提出,至今已有30余年的发展历程,是目前过继性 T 细胞治疗中发展最为成熟的技术之一,FDA 在 2017 年批准了首个 CAR-T 细胞治疗产品,更是正式宣告了 Car-T 技术的产业化成熟。

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而从技术发展的角度来说,Car技术不断革新。目前Car技术已经发展到了第五代(我们所熟悉的诺华与吉利德均为二代)。Car基因包含表达识别特异性抗原的单克隆抗体的重链和轻链的单链可变片段(ScFv)的序列。ScFv中的可变重链和轻链通过短肽连在一起。除 ScFv 外,CAR还包含一个铰链,旨在支持 ScFvs,跨膜结构域和信号传导内结构域,这些结构域可启动细胞内信号级联反应而进行抗原识别。

第一代CARs不包含共刺激分子包括第一代、第二代和第三代 CARs 在内的所有CARs 都装有将 scFv 与细胞内信号结构域连接的铰链。铰链通常来自 CD8α糖蛋白或 IgG 恒定域。CD8α铰链可以通过其疏水性跨膜结构域透过细胞膜。跨膜结构域的一部分可能包含共刺激分子的序列。最后,跨膜结构域与融合内分裂素融合蛋白进行融合。融合内分裂素融合蛋白是由共刺激分子组成并融合 FcεRIγ链或 CD3ε或 CD3ζ信号域。共刺激分子通常包含融合有源自 CD3ε序列胞内信号传导域的 CD28 或 4-IBB 或 OX-40。除 scFv 之外,第三代 CAR 还包含融合有单链单载体上(例如逆转录病毒载体)或双链单载体上(例如逆转录病毒、慢病毒载体)CD3ζ内结构域的两个共刺激分子。裂解后的双链单载体表达两条链,其中一条链含有融合有共刺激分子和 CD3ζ内域的 scFv,而另一条链可能会产生融合有共刺激分子,但没有 CD3ζ内域的 scFv。

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第一代CAR的组织结构(A)编码 ScFv 片段的第一代 CAR 的嵌合基因序列、可识别肿瘤相关抗原的抗原结合区、铰链、跨膜结构域(TM)和信号域,例如 CD3ζ。第一代CAR没有共刺激分子,但包含细胞内信号域。(B)第一代嵌合 CAR在 T 细胞中的表达。使用各种基因转染方法在 T 细胞中表达嵌合基因序列。T 细胞中的嵌合基因序列通过蛋白质翻译后表达不干扰内源性 T 细胞受体的功能齐全的 CAR。(C)在 T 细胞中表达时,第一代 CAR 可变区的放大视图。1993 年,第一代基于 CD3-ζ链的 CAR-T 细胞被发展出来。该 CAR-T 细胞虽然具有激活 T 细胞的特点,但是只含有激活受体 CD3-ζ,其抗肿瘤效果比较弱,在体内的持续扩增有限,不具备大规模杀灭肿瘤细胞的能力。


第二代CAR的组织结构(A)第二代 CAR 的嵌合基因序列。第二代 CAR 融合有一个共刺激分子、CD28/4I-BB。但是,还融合了其他几种共刺激分子,例如 OX40和 ICOS。(B)第二代嵌合 CAR 在 T 细胞中的表达。采用各种基因转染的方法表达编码嵌合基因序列的质粒。T 细胞中的嵌合基因序列通过蛋白质翻译后表达含有胞外区、跨膜区和内源性共刺激信号区的功能齐全的 CAR。内源性 T 细胞受体保持不受干扰。(C)在 T 细胞中表达时,第二代 CAR 部分区域的放大视图。

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第三代 CAR:尽管在小鼠抗肿瘤模型上 CD28 和 4-1BB 具有类似的活性,但是CD28CAR-T 表现出了更多的增殖,而 4-1BBCAR-T 显示有更持久的活性。第三代CARs 在胞内信号结构域加上了第二个共刺激分子。因此,scFv 结合 TAA 后激活了 CD3ε第一信号和以两个共刺激分子信号为通路的第二信号。CD28 结合 4-1BB或CD28 结合 OX40 作为共刺激分子在第三代的 CAR-T 中最为常见。截至目前,少许第三代 CAR-T 已经进入临床试验,其相对于 2 代 CAR-T 的优越性还需要进一步评估。理论上,只要 TAA 在癌细胞表面表达,CAR-T 就可以识别。然而由于实体瘤表型的异质性,一些癌细胞不能被 CAR-T 识别,这就大大降低了 CAR-T 治疗的几率。

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第四代 CAR-T 细胞,被称为宇宙级的细胞因子介导杀手,是被设计成将在 CAR 与靶向抗原结合时能够释放改造基因的产品到肿瘤组织中免疫调节分子如促炎症、细胞因子和酶的局部转移,使得 T 细胞浆免疫抑制肿瘤微环境转化为免疫耐受性肿瘤微环境。一种经常在 CAR-T 细胞中被过度表达的细胞因子是 IL-12,它是一个非常有效的分子可以增强 T 细胞分泌 IFNy、granzymeB 和穿孔素 perforin;并雇佣 NK 细胞去消除 CAR 不能识别的肿瘤细胞。与传统的 CAR 相比,IL-12 过表达的 CAR-T 细胞在临床前的模型中表现出增强的抗肿瘤和扩增效果,尤其是在实体瘤模型中。
最近,一种新颖的 CAR 被设计和开发出来,它沿用了第二代 CAR 的主干链增加了在 CD3 和 CD28 信号区域之间的 IL-2 受体域,同时在 C 末端的 CD3 处结合 YXXQ序列。第五代的 CAR 的设计旨在同时激活 TCR,共激域 CD28,和细胞因子三重信号;因为这是 T 细胞结合抗原时被激活的前提条件研究人员证实了在血液肿瘤和实体瘤模型中,与第二代 CAR 相比,第五代 CAR 通过基因改造增强了 T 小的增值、存活已经抗肿瘤效果。
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雄关漫道真如铁
Car-T 在适应症拓展方面的进展


尽管Car-T 已经获批了以 B 细胞上 CD19 为靶点的 DLBCL、PMBCL 以及 ALL 在内三个适应症,同时,2019 年 12 月 13 日 Kite 向 FDA 递交其 KTE-X19 的生物制剂许可申请(BLA)(用于治疗复发或难治套细胞淋巴瘤 MCL),但市场上对 Car-T 主要的担忧在于其靶点较少(多集中于 CD19、BCMA)、适应症仍较少。下文将分享Car-T 在 CD19 以外的血液瘤靶点以及实体瘤方面的进展。

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目前,Car-T 在血液瘤的研究相对更为成熟,全球开展了大量临床试验探索 CD19外的新靶点。目前有应用价值的针对恶性 B 细胞肿瘤的临床前和临床靶标还包括CD22、CD20,ROR1,CD37 和 kappa 轻链,CD138、BCMA,SLAMF7,CD38、整合素β7。

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与血液瘤对应的,在实体肿瘤中, Car-T细胞必须跨越多个障碍才能到达肿瘤部位。趋化因子受体错配可以阻止移行淋巴细胞遵循趋化梯度;内皮细胞上的选择素等表面标记物与循环淋巴细胞结合,并诱导信号级联,以便随后向炎症部位外渗是必要的;T 细胞上的相应受体也是必要的。此外,肿瘤相关成纤维细胞(CAFS)和肿瘤部位血管异常等物理屏障可以阻止 T 细胞进入。

正是由于实体瘤肿瘤微环境强烈的免疫抑制环境作用和细胞膜表面缺乏特异性肿瘤抗原,将 CAR-T 疗法应用在实体瘤的治疗并没有得到很好的临床获益。幸运的是,为克服这些挑战,业界在开发新的策略,应用高度创新并且安全的技术,例如:与免疫抑制剂结合使用;识别组合抗原策略;为 CAR-T细胞装备免疫调节因子;多靶CAR设计体而言,对 PD-1/CTLA4 抑制轴的识别是关键肿瘤微环境介导的免疫抑制因子,这一研究推动了非传统的研究策略,包括基因沉默技术、抑制性截短受体和使用单克隆抗体检查抑制剂破坏抑制机制的联合疗法。此外,为 CAR-T 细胞装备免疫调节因子,例如细胞因子、Ab 衍生的检查点抑制剂、或者表达第五代 CARs,这些策略都将进一步增强调节肿瘤微环境的可行性,将免疫抑制环境转化为免疫允许环境。

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实体瘤约占了所有人恶性肿瘤的 90%,征服实体瘤才能为更多患者<

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