全球创新疗法系列(二):CAR-T等细胞免疫疗法技术进展

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全球创新疗法系列(二):CAR-T等细胞免疫疗法技术进展

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以CAR-T为代表的细胞免疫疗法吸引了从医疗学术界与产业界人士的广泛关注。全球第一款CAR-T细胞治疗药物是诺华研发的Kymriah,2017年8月获FDA批准上市,用于治疗罹患B细胞前体急性淋巴性白血病(ALL)且出现二次及以上复发的25岁以下患者。2021年2月,百时美施贵宝(BMS)宣布FDA正式批准了Breyanzi(Liso-cel),用于治疗复发性或难治性弥漫大B细胞淋巴瘤(DLBCL),Breyanzi也成为FDA批准的第四款CAR-T细胞产品,此外还有吉利德Yescarta和Tecartus的两款CAR-T细胞疗法此前也已获批上市。

表1. 全球四款已上市CAR-T疗法对比

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来源:无癌家园西南证券凯莱英整理

根据Clinical Trial.gov登记情况,全球共开展CAR-T相关研究1174项(2021年3月17日数据),其中美国465项,中国469项。

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图1. 全球CAR-T在研项目数量分布

(注:图中485包含中国、韩国、蒙古等国数据)

来源:ClinicalTrials.gov

据西南证券研究,中国已超越美国,成为全球开展CAR-T临床试验项目最多的国家。另据天风证券估计,中国CAR-T存量市场空间预计有28.5亿元,国内该行业正处于快速上升期。

表2. 国内代表性细胞免疫治疗在研药物举例

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来源:天风证券

CAR-T治疗属于过继细胞免疫疗法(adoptive celltransfer therapy,ACT疗法)之一,ACT疗法有TILs、 TCRs和CARs三类技术,其中CAR-T技术进展最快,主要用于治疗血液肿瘤,对于实体瘤的治疗仍有待突破。CAR-T治疗的过程是采集人体自身免疫细胞,经过体外基因工程改造与大量复制培养后,回输入病人体内。因为经基因改造的免疫细胞的靶向杀伤性功能增强,因此能杀灭血液及组织中的病原体、癌细胞、突变细胞等。与传统的T细胞免疫治疗相比,CAR-T 细胞免疫疗法具有如下优点:1)对肿瘤细胞有更强的杀伤力,且不依赖MHC 抗原呈递;2)CAR-T通过共刺激分子信号能增强 T 细胞免疫作用,可降低肿瘤细胞免疫逃逸;3)CAR-T细胞作为长期记忆细胞能在体内稳定保持几年,所以能识别并杀死复发的癌细胞。

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图2.CAR-T细胞治疗过程示意

来源:ONCOLOGY REPORTS

在构建CAR-T细胞的过程中,CAR通常由胞外抗原结合域、促进抗原受体和肿瘤抗原结合的铰链区、固定CAR的跨膜区域、T细胞激活结构域以及一个或多个胞内共刺激结构域。T细胞的激活和增殖需要共刺激分子的表达,而CAR-T胞外抗原结合域中的scFv,作为嵌合抗原受体的重要结构,则起到靶向识别癌细胞的作用。CAR首先识别肿瘤相关抗原,之后通过胞内信号传导结构域活化T细胞,刺激T细胞进行增殖并发挥免疫效应,释放细胞因子,最终溶解肿瘤细胞。

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图3. CAR-T治疗技术路线图

来源:西南证券

CD19是CAR-T研究的热门靶点。据弗若斯特沙利文报告,全球 CAR-T 临床研究靶点以 CD19 为主,其次是 BCMA、CD22、CD30、HER2、PD-1/PD-L1。绝大多数研究处于临床 1 期和 2 期。在国内的 CAR-T 临床实验中,CD19 也是最常见的研究靶点。

表3. CAR-T主要靶点、适应症及代表性临床试验项目

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来源:ONCOLOGY REPORTS

CAR-T细胞构建主要通过设计CAR基因并导入患者T细胞中。DNA导入的常用途径有病毒载体和非病毒载体两大类,其中病毒载体包括γ-逆转录病毒、慢病毒、腺病毒载体等技术,非病毒载体主要有转座子转染、电穿孔、纳米颗粒等技术。具体而言,逆转录病毒转导涉及逆转录酶启动基因表达以及将改造后的基因整合进宿主基因组中等步骤,逆转录病毒编码序列会被一段目标基因序列所取代,由于逆转录病毒载体具有干扰基因组表达的功能,因此用于基因治疗中。慢病毒载体是以HIV-1(人类免疫缺陷I型病毒)为基础发展起来的基因治疗载体,区别一般的逆转录病毒载体,它对分裂细胞和非分裂细胞均具有感染能力。转座子转染中常用的两种重要载体是piggyBac(PB)和sleeping beauty(SB)。此外电穿孔技术刺激T细胞能瞬时表达CAR基因,是一种安全、经济、高效的方法,而纳米颗粒导入基因也是一种广被认可的技术,例如磁性纳米颗粒Fe3O4已成功应用于基因递送中。

经过十余载的发展,迄今CAR-T细胞已更新换代了四次。第一代CAR-T表面具有T细胞受体(TCRs)的关键信号传导结构——CD3ζ链。虽然第一代CAR-T药物对白血病、淋巴瘤、卵巢癌和神经母细胞瘤都有一定治疗效果,但临床试验发现T细胞持久性不佳,于是科研人员加入CD28或4-1BB等共刺激蛋白,形成第二代CAR-T,使得第一代TCR/CD3复合体的“信号”得以放大,具有更强的杀伤作用和细胞持久性。为了进一步增强抗肿瘤功效,第三代CAR-T被开发出来,包含两个共刺激分子以及CD3ζ链,例如CD3ζ‑CD28‑OX40和CD3ζ‑CD28‑4‑1BB,能明显激活信号,增加细胞因子的产生,提高有效功能。但第三代仍然有缺陷,例如会增加促炎细胞因子的分泌,引发多器官功能障碍、肺衰竭甚至死亡等。之后第四代CAR-T应运而生,通过转基因免疫调节剂的诱导释放来塑造肿瘤微环境,该技术除了用于癌症治疗外,还被探索应用于病毒感染、自体免疫疾病或代谢性疾病等治疗领域。

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图4. 第一代到第四代CAR-T细胞结构示意

来源:ONCOLOGY REPORTS

根据最新文献,目前科研人员在探索多个新型CAR-T细胞模型,如图5所示:(A)串联CAR——单个CAR结构通过一种特异的scFv能靶向识别两种肿瘤抗原;(B)双特异性CAR——同时表达两个scFv识别两种不同的肿瘤特异性抗原;(C)生理CAR——CAR结构包含一对配体和受体分子,替代传统的scFv表达,能成对识别肿瘤细胞;(D)通用CAR——胞外域表达抗生物素蛋白-生物素标记的单抗,而非scFv,该标记物可以识别几乎所有对应的靶抗原;(E)I-CAR——CTLA‑4 和PD‑1是两个抑制剂受体,能可逆地调节TCR信号转导并增强嵌合受体的功能。

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图5. 改良的CAR-T细胞模型

来源:ONCOLOGY REPORTS

目前看来,CAR-T细胞疗法在血液肿瘤中已表现出良好前景,但在实体瘤的治疗中还面临巨大挑战。未来的趋势之一是将CAR-T疗法和不同的免疫疗法相结合,以实现强强联合、优势互补的治疗效果。例如将CARs和特定的免疫检查点抑制剂联用,有望突破实体瘤的治疗瓶颈。此外,针对CAR-T疗法成本高昂的现状,一种设想是提前从健康人体内分离获取T细胞,能避免对每位患者再分别进行T细胞基因改造。同时,CAR-T细胞的生产、运输和存储等技术难题也需要克服,还要应对来自不同国家监管法规的挑战。

尽管CAR-T细胞疗法仍前路漫漫,但该创新技术已为众多患者带来了重获健康的希望,未来将在满足未满足的临床需求中绽放异彩。

全球创新疗法系列(二):CAR-T等细胞免疫疗法技术进展参考文献:

1、https://www.feiaibang.cn/news/1540.html

2、https://www.cn-healthcare.com/article/20201209/content-547369.html

3、https://www.biopharmadive.com/spons/cell-therapy-commercialization-how-to-achieve-positive-customer-experience/589684/

4、https://www.sohu.com/a/437387568_120461465

5、https://m.sohu.com/a/284892392_464404

6、https://www.sohu.com/a/292929565_464404

7、https://www.sohu.com/a/449220035_120088173

8、西南证券:浪潮之巅,中国创新药迎来黄金时期

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