▎药明康德/报道

在癌症免疫疗法范畴，免疫搜检点按捺剂和CAR-T疗法无疑是改变癌症治疗模式的两大冲破。然而，免疫搜检点按捺剂已经能够用于治疗多种癌症类型，而CAR-T疗法的适应症却屈指可数。CAR-T疗法固然在治疗B细胞血液癌症方面示意出卓越的疗效，然而治疗另外类型癌症的CAR-T疗法还迟迟未能降生。 [转载出处：www.ii77.com]

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究其根源，CAR-T疗法的设计和斥地需要战胜三大挑战：贫乏幻想的肿瘤抗原作为靶点，肿瘤介导的免疫按捺，和CAR-T疗法的严重毒副感化。那么，用什么方式能够战胜这三大挑战，提高CAR-T疗法的结果并拓宽其应用局限呢？

日前，麻省理工学院（MIT）有名跨界学者卢冠达（Timothy Lu）博士在《Nature Reviews Cancer》上揭橥文章，介绍了使用合成生物学构建新一代“智能”CAR-T疗法的最新进展。80后的卢冠达博士是MIT电子工程、较量机科学和生物工程系传授，也是Senti Biosciences、Tango Therapeutics和Synlogic等多家生物手艺公司的创始人。今天，药明康德微信团队将和读者一路分享这篇文章中的出色内容。

使用基因回路让两种抗原掌握CAR-T细胞的激活

CAR-T细胞疗法首先从患者体内收集T细胞，然后经由基因工程在T细胞外观表达嵌合抗原受体（CAR）。这是一种融合卵白，它的细胞外卵白域是一个识别肿瘤外观抗原的单链可变区片段（scFv），而细胞内卵白域包含了T细胞受体（TCR）和相关共刺激受体的细胞内卵白域。这些CAR-T细胞然后被输回患者体内，它们能够识别和覆灭表达指定抗原的肿瘤细胞。

今朝，已有两种CAR-T疗法获得FDA核准，它们在治疗B细胞血癌方面疗效凸起。然而，今朝获批的CAR-T疗法都只能识别一种抗原。发现一个可以特异性标记肿瘤细胞的肿瘤外观抗原是一个伟大的挑战，这也是限制CAR-T疗法普遍应用的原因之一。

例如，靶向CD19的CAR-T细胞可以有效治疗B细胞血癌，然而因为CD19也表达在正常B细胞外观，这类疗法也会覆灭正常B细胞，从而导致B细胞发育不全。固然靶向CD19的CAR-T疗法的这一副感化平日不会致命，并且能够经由静脉输入免疫球卵白来进行治疗，然而，在靶向另外抗原时，患者或者无法耐受CAR-T细胞对正常细胞的杀伤。

合成化学力争使用工程学的理论来革新活细胞，经由在细胞中到场基因电路（gene circuits），让它们可以感知外来旌旗而且作出简洁的逻辑决议。好比，在设计新一代CAR-T细胞方面，依靠多种抗本来区分肿瘤细胞和正常细胞，将能够让CAR-T更为正确靶向肿瘤，而且更具有适应性。

▲传统CAR设计（a）和基于synNotch的CAR-T细胞设计（b），synNotch受体让CAR-T细胞需要同时与抗原A和B连系才能被激活 (图片起原：参考资料[1]）

例如，合成生物学能够设计出一种T细胞，它必需识别肿瘤外观表达的两种抗原才会被激活。这一设计能够经由人工合成的Notch受体（synNotch）来实现。synNotch受体在与肿瘤外观的特定抗原A连系后，经由释放转录因子，可以激发CAR-T细胞表达靶向第二个抗原B的CAR。在这种情形下，CAR-T细胞只有在接触到抗原A，再接触到抗原B的时候才会被激活。

这一synNotch手艺最初由加州大学旧金山分校的Wendell Lim博士率领的团队斥地，而且在动物实验中获得验证。Lim博士配合建立了名为Cell Design Labs的公司来转化这一手艺。在2017年12月，吉利德科学旗下的Kite Pharmaceuticals公司以可高达5.67亿美元的数额收购了Cell Design Labs，将这一手艺纳入该公司的CAR-T斥地..。

▲珍爱正常细胞不受CAR-T冲击的CAR-T设计策略，正常细胞外观表达的抗原B会激活iCAR，从而按捺CAR-T细胞的激活（图片起原：参考资料[1]）

而在位于纽约的纪念斯隆-凯特琳癌症中心（MSKCC），Michel Sadelain博士向导的团队设计出了同样依靠两种分歧抗原的另一类CAR-T疗法。这一设计行使在正常细胞外观表达的抗原，按捺CAR-T细胞的功能。在这种设计中，CAR-T细胞外观表达着两种分歧的CAR，一种是激活性CAR，它与肿瘤外观表达的特定抗原A的连系可以激活T细胞。而另一种是按捺性CAR（iCAR），它将靶向正常细胞外观表达的抗原B的抗体与免疫搜检点卵白CTLA-4或PD-1受体的细胞内域融合在一路。这种iCAR在与抗原连系后可以按捺T细胞的激活。当表达两种CAR的T细胞同时接触到两种抗原时，按捺性CAR会按捺激活性CAR的感化。所以，这种CAR-T细胞只有在接触到肿瘤特异性抗原A，然则不接触到正常细胞中表达的自体抗原B时才会被激活。

▲双特异性CAR-T细胞设计，两种分歧的scFv片段能够识别肿瘤外观两种分歧的抗原，任何一种都能够激活CAR-T细胞（图片起原：参考资料[1]）

接管CAR-T疗法治疗的肿瘤会经由降低靶向抗原的表达来逃避CAR-T细胞的冲击。例如，很大一部门接管抗CD19 CAR-T细胞疗法的患者显现癌症复发的原因是肿瘤细胞丢失了CD19抗原的表达。是以，设计可以识别在肿瘤细胞上表达的多种抗原的CAR-T系统或者让CAR-T细胞的功能更为周全，防止因为抗原丢失导致的癌症复发。

经由注入两种靶向分歧肿瘤抗原的CAR-T疗法，或许在统一T细胞上表达两种分歧CAR，能够实现同时识别肿瘤上的两种抗原。而最新的研究偏向是在一个CAR的细胞外卵白域中纳入两个靶向分歧抗原的scFvs，生成一个双特异性CAR。例如，靶向CD19和CD20的双特异性CAR已经在动物试验中防止CD19阴性的肿瘤复发。而靶向CD19和CD22的双特异性CAR-T疗法也示意出精巧的临床前活性。

使用药物正确调控CAR-T细胞的活性

今朝，在将CAR-T细胞输回患者体内后，若何调控免疫回响的强度是一个难题。例如，与CAR-T疗法相关的严重副感化包罗细胞因子释放综合征和神经毒性。这些毒副感化发生的原因是，将CAR-T细胞输回患者体内后，我们缺乏有效的手段来掌握CAR-T细胞的增殖、活性和在体内的分布。

▲行使小分子药物激活胱天卵白酶9，导致CAR-T细胞凋亡的”平安开关“（图片起原：Bellicum Pharmaceuticals公司官网）

为了更精准地掌握CAR-T细胞的数量和活性，研究人员已经斥地出可以促发CAR-T细胞“自杀”的平安开关。以Bellicum Pharmaceuticals公司斥地的CaspaCIDe手艺为例，研究人员在CAR-T细胞中到场了一个可以被名为rimiducid的小分子药物激活的胱天卵白酶9（Caspase 9）融合卵白。激活胱天卵白酶9可以导致CAR-T细胞发生细胞凋亡，从而完结过度的CAR-T细胞活性。这一平安系统已经被纳入该公司的主打通用型T细胞产物rivogenlecleucel中。在人体试验中，它可以在注入药物30分钟之内就启动细胞凋亡。

▲GoCAR-T手艺让CAR-T细胞只有在小分子药物存在时才会被激活（图片起原：Bellicum公司官网）

而另一种经由药物来对CAR-T细胞活性进行微调的设计体式是，让CAR的最初状况处于未激活状况，只有在抗原和另外调控药物存在的情形下才可以被激活。Bellicum公司的GoCAR-T手艺让CAR的共刺激受体部门受到rimiducid的调控，只有在CAR-T细胞与肿瘤抗原卵白接触，而且接管rimiducid治疗时，CAR-T细胞才可以被激活。该公司今朝将这一手艺用于治疗实体瘤的CAR-T产物BPX-601中，今朝它已经进入临床期斥地，在1/2期临床试验中接管磨练。

▲用小分子药物保持分成两半的CAR，激活CAR-T细胞（图片起原：参考资料[6]）

而上面提到过的UCSF的Wendell Lim博士的研究团队采用此外一种设计用药物激活CAR-T细胞活性。他们将传统的嵌合抗原受体分为两个部门，只有在这两个部门被药物保持起来后，CAR才可以激活粗俗旌旗通路，引起免疫回响。

战胜肿瘤免疫按捺微情况的障碍

CAR-T疗法治疗实体瘤需要战胜的一个主要挑战是肿瘤微情况介导的免疫按捺。它或者按捺T细胞的运输和激活，导致固然CAR-T细胞可以识别肿瘤抗原，然则仍然不克够有效行使它的免疫功能。解决这一挑战的策略之一是为CAR-T细胞武装上新的“兵器”，例如让它们表达免疫刺激因子IL-12，IL-15或许CD40L。

例如，MSKCC的Renier J. Brentjens博士率领的研究团队经由让CAR-T细胞持续表达IL-12，在动物试验中让这些“武装”起来的CAR-T细胞可以战胜肿瘤微情况的按捺感化。这一团队还设计出表达抗PD-1抗体的CAR-T细胞，消弭免疫搜检点卵白对CAR-T细胞的按捺。

▲synNotch掌握的表达系统可用来在肿瘤四周表达治疗性卵白（图片起原：参考资料[7]）

然而，让CAR-T细胞持续表达IL-12等促炎症细胞因子或者带来全身性的毒副感化，因为在全身血轮回中举止的CAR-T细胞能够络续释放IL-12。为了对IL-12的释放进行调控，UCSF的Wendell Lim博士设计出了使用synNotch掌握的治疗系统，经由synNotch来在肿瘤微情况中特异性释放IL-12等细胞因子，或许另外治疗性卵白。这些手段都能够纳入CAR-T细胞的设计中，进一步增加CAR-T细胞战胜肿瘤微情况的能力。

结语

合成生物学已经能够经由为CAR-T疗法增添基因回路，扩展疗法的可控性和适应能力。我们仍然需要更多的试验来证实这些新设计在临床情形下的结果和平安性。卢冠达博士在综述中同时指出，这些基因回路的复杂性意味着，将它们导入细胞而且整合入基因组将成为研发过程的瓶颈。我们需要更精简的基因回路设计和更有效的递送载体。

合成生物学在癌症治疗方面的应用仍然处于初级阶段，我们等候更多的根蒂科学、转化科学和临床研究让基于基因回路的细胞疗法在临床医药斥地方面显现它的威力。

参考资料：

[1] Wu et al., (2019). Engineering advanced cancer therapies with synthetic biology. Nature Reviews Cancer, https://doi.org/10.1038/s41568-019-0121-0

[2] A suicide switch for CAR-T? Retrieved April 15, 2019, from https://www.iqvia.com/blogs/2019/01/a-suicide-switch-for-car-t

[3] Bellicum Pharmaceuticals. Retrieved April 15, 2019, from http://www.bellicum.com/

[4] Cellectis. Retrieved April 15, 2019, from https://www.cellectis.com

[5] Controlling CAR-T: How scientists plan to make the engineered T cell therapy safer, and work for more cancers. Retrieved April 15, 2019, from https://cen.acs.org/pharmaceuticals/oncology/Controlling-CAR-T-scientists-plan/96/i19

[6] Wu et al., (2015). Remote control of therapeutic T cells through a small molecule-gated chimeric receptor. Science, doi: 10.1126/science.aab4077

[7] Roybal et al., (2016). Engineering T Cells with Customized Therapeutic Response Programs Using Synthetic Notch Receptors. Cell, https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.09.011

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