揭開(kāi)“120萬(wàn)一支”阿基侖賽的背后——CAR-T細(xì)胞治療藥物的神秘面紗

       2020年2月，WHO在一份癌癥報(bào)告中估計(jì)，全世界六分之一的死亡是由癌癥引起的。全球癌癥總死亡病例996萬(wàn)，中國(guó)有300萬(wàn)，占總死亡人數(shù)的30%。人人談癌色變，已經(jīng)成為當(dāng)代中國(guó)人對(duì)于癌癥的普遍看法。

       然而在21年6月時(shí)，阿基侖賽注射液（商品名：奕凱達(dá)）在中國(guó)獲批，一度為廣大癌癥患者帶去了希望。一時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)盛傳花費(fèi)120萬(wàn)打一針，就能讓癌細(xì)胞消失。究竟是不是這樣的？CAR-T治療為何會(huì)價(jià)格如此高昂？它是否真有此奇效？在解答這些問(wèn)題前，我們需要了解什么是CAR-T。

       01

       CAR-T源起

       下圖是T細(xì)胞識(shí)別癌細(xì)胞發(fā)揮作用的機(jī)制。它主要通過(guò)自身表面的受體，也就是TCR來(lái)識(shí)別癌細(xì)胞。而這個(gè)過(guò)程中依賴于腫瘤細(xì)胞表面MHC分子對(duì)抗原分子的呈遞。如果這個(gè)MHC分子出現(xiàn)問(wèn)題，比如腫瘤細(xì)胞為實(shí)現(xiàn)逃逸而下調(diào)了MHC分子的表達(dá)，就會(huì)導(dǎo)致T細(xì)胞無(wú)法高效地識(shí)別癌細(xì)胞。

       圖1. 左：殺傷性T細(xì)胞通過(guò)TCR識(shí)別癌細(xì)胞進(jìn)而發(fā)揮作用，右：殺傷性T細(xì)胞在腫瘤免疫反應(yīng)中的作用過(guò)程

       1989年，在研究T細(xì)胞受體（TCR）的過(guò)程中，以色列科學(xué)家Zelig Eshhar和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)B細(xì)胞產(chǎn)生的抗體和TCR結(jié)構(gòu)相似，具有恒定區(qū)和可變區(qū)。抗體能夠特異性識(shí)別抗原，TCR卻只能識(shí)別MHC遞呈的抗原片段。如果將抗體中的可變區(qū)移植到TCR的恒定區(qū)，就能夠改變T細(xì)胞受體的抗原特異性，介導(dǎo)細(xì)胞殺傷作用。Eshhar等人將表達(dá)特定抗體的基因序列賦予細(xì)胞**T細(xì)胞（CTL），這項(xiàng)特定抗體賦予了T細(xì)胞識(shí)別半抗原——2,4,6-三硝基苯基（TNP）的能力，使得T細(xì)胞實(shí)現(xiàn)了抗原特異性的、非MHC限制的活化及其效應(yīng)的增強(qiáng)。

       圖2. 初代CAR由BCR的可變區(qū)和TCR的恒定區(qū)組成

       接著，為將這項(xiàng)技術(shù)投入疾病治療，Eshhar與Rosenberg實(shí)驗(yàn)室合作，運(yùn)用來(lái)源于抗體的單鏈抗體片段scFv成功構(gòu)建了3個(gè)不同癌癥靶標(biāo)的嵌合抗原受體，第一代CAR-T由此誕生。

       02

       藥物機(jī)理

       嵌合抗原受體（Chimeric Antigen Receptor，CAR）主要由三個(gè)功能域構(gòu)成，分別是胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。胞外結(jié)構(gòu)域由負(fù)責(zé)識(shí)別并結(jié)合抗原的單克隆抗體的單鏈可變片段（scFv）及一段起連接作用的鉸鏈區(qū)（Hinge）構(gòu)成。胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域由共刺激結(jié)構(gòu)域和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成。

       圖3. 嵌合抗原受體結(jié)構(gòu)

       1 胞外結(jié)構(gòu)域

       (1)抗原識(shí)別結(jié)構(gòu)域

       結(jié)構(gòu)組成：主要結(jié)構(gòu)為scFv，由單克隆抗體的輕鏈（VL）和重鏈（VH）通過(guò)多肽連接而成。

       功能：scFv賦予了T細(xì)胞特異性識(shí)別并結(jié)合靶抗原的能力。CAR-T細(xì)胞通過(guò)scFv對(duì)靶抗原的識(shí)別結(jié)合不依賴MHC抗原呈遞，一方面避免了腫瘤細(xì)胞通過(guò)調(diào)節(jié)MHC分子發(fā)生逃逸，另一方面賦予了CAR-T細(xì)胞識(shí)別非肽抗原的能力。

       (2)鉸鏈區(qū)（Hinge）

       結(jié)構(gòu)組成：鉸鏈區(qū)連接scFv和跨膜結(jié)構(gòu)域，大多數(shù)CAR的鉸鏈區(qū)由IgG的鉸鏈或CD8α/CD28胞外區(qū)衍變而來(lái)。

       功能：多項(xiàng)研究表明，CAR-T細(xì)胞活化與鉸鏈區(qū)長(zhǎng)度有關(guān)。調(diào)整鉸鏈區(qū)的長(zhǎng)度可以使CAR-T細(xì)胞和靶細(xì)胞處于最 佳距離，使scFv克服空間位阻，有效結(jié)合抗原。

       2 跨膜結(jié)構(gòu)域

       結(jié)構(gòu)組成：常用的跨膜結(jié)構(gòu)域來(lái)源于CD4，CD8α，CD28和CD3ζ。

       功能：跨膜結(jié)構(gòu)域?qū)AR的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域連接，并將受體錨定到T細(xì)胞膜上。

       3 胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域

       (1)共刺激域

       結(jié)構(gòu)組成：通常來(lái)自CD28受體家族(CD28，ICOS)或腫瘤壞死因子受體家族(4-1BB、OX40、CD27)。

       功能：可實(shí)現(xiàn)協(xié)同刺激分子和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的雙重活化，使T細(xì)胞持續(xù)增殖并釋放細(xì)胞因子，提高T細(xì)胞的抗腫瘤能力。

       (2)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)域

       結(jié)構(gòu)組成：通常為T細(xì)胞受體TCR/CD3ζ鏈或免疫球蛋白Fc受體FcεＲIγ鏈。

       功能：含有免疫受體酪氨酸活化基序（ITAMs），發(fā)揮著T細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。

       一旦scFv部分識(shí)別和結(jié)合抗原，共刺激域和CD3ζ鏈就發(fā)出信號(hào)。CD3ζ鏈包含三個(gè)免疫受體酪氨酸活化基序（ITAMs），在磷酸化（P）后，通過(guò)ζ相關(guān)蛋白（ZAP70）發(fā)出信號(hào)。下行信號(hào)傳導(dǎo)導(dǎo)致T細(xì)胞效應(yīng)功能，包括穿孔素和顆粒酶的釋放，導(dǎo)致靶腫瘤細(xì)胞死亡。

       圖4. 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用圖示

       而CAR-T療法運(yùn)用于臨床的具體步驟如下圖所示：

       圖5. CAR-T臨床具體步驟

       標(biāo)準(zhǔn)的CAR-T治療流程主要分為以下七個(gè)步驟進(jìn)行：

       1.評(píng)估病人是否符合CAR-T治療的適應(yīng)癥。

       2.分離T細(xì)胞：通過(guò)外周血血細(xì)胞分離機(jī)從腫瘤病人血液中分離出單個(gè)核細(xì)胞，進(jìn)一步磁珠純化T細(xì)胞。

       3.改造T細(xì)胞：用基因工程技術(shù)，把一個(gè)含有能識(shí)別腫瘤細(xì)胞且激活T細(xì)胞的嵌合抗原受體的病毒載體轉(zhuǎn)入T細(xì)胞，即把T細(xì)胞改造成CAR-T細(xì)胞。

       4.擴(kuò)增CAR-T細(xì)胞：在體外培養(yǎng)以大量擴(kuò)增CAR-T細(xì)胞。一般一個(gè)病人需要幾千萬(wàn)，乃至幾億個(gè)CAR-T細(xì)胞，體重越大，需要細(xì)胞越多。

       5.CAR-T細(xì)胞回輸入人體：把擴(kuò)增好的CAR-T細(xì)胞通過(guò)靜脈回輸?shù)讲∪梭w內(nèi)，開(kāi)始進(jìn)行腫瘤細(xì)胞免疫治療。

       6.監(jiān)控反應(yīng)：嚴(yán)密監(jiān)護(hù)病人身體反應(yīng)，尤其是細(xì)胞輸入體內(nèi)后一至兩周內(nèi)可能發(fā)生劇烈不良反應(yīng)。

       7.評(píng)估治療效果：多在回輸CAR-T細(xì)胞后第15天和第30天評(píng)估對(duì)原發(fā)病的治療效果。

       隨著時(shí)代和科技不斷發(fā)展進(jìn)步，CAR也在不斷更新迭代。目前研究人員已開(kāi)發(fā)出了五代CAR-T。

       圖6. 五代CAR-T的對(duì)比

       03

       CAR-T的應(yīng)用

       適用范圍：Kymriah主要的適用人群是復(fù)發(fā)/難治性急性淋巴細(xì)胞白血病的兒童患者和年輕成年患者。以及復(fù)發(fā)或難治性彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤成人患者。此外它在在治療復(fù)發(fā)或難治性濾泡性淋巴瘤方面也已經(jīng)獲得了積極的結(jié)果。

       適用條件：使用CAR-T治療要求患者腫瘤標(biāo)志物或免疫組化檢測(cè)的某種或數(shù)種腫瘤相關(guān)抗原為陽(yáng)性、腫瘤組織的HLA-Ⅰ類抗原陽(yáng)性。停止化療或放療后，外周血細(xì)胞恢復(fù)至正常值或接近正常值（使用升白細(xì)胞藥物達(dá)到的正常值除外）。還要求患者無(wú)重度貧血、全身器官衰竭和惡病質(zhì)狀態(tài)；肝腎功能正常，生命體征基本正常；無(wú)嚴(yán)重過(guò)敏體質(zhì)。

       技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

       多靶向、打擊精準(zhǔn)：它既可以利用腫瘤蛋白質(zhì)抗原，又可利用糖脂類非蛋白質(zhì)抗原，擴(kuò)大了腫瘤抗原靶點(diǎn)范圍，作用過(guò)程不受MHC的限制。也因此CAR-T細(xì)胞能克服腫瘤細(xì)胞通過(guò)下調(diào)MHC分子表達(dá)以及降低抗原遞呈等免疫逃逸；

       范圍廣：針對(duì)某一種腫瘤抗原的CAR基因構(gòu)建一旦完成，便可以被廣泛利用；

       作用持久：現(xiàn)在新一代CAR-T結(jié)構(gòu)中加入了促進(jìn)T細(xì)胞增殖與活化的基因序列，能保證T細(xì)胞進(jìn)入體內(nèi)后還可以增殖，CAR-T細(xì)胞具有免疫記憶功能，可以長(zhǎng)期在體內(nèi)存活。

       不良反應(yīng)：主要是細(xì)胞因子釋放綜合征。此外還有低丙種球蛋白血癥、出血發(fā)作、心動(dòng)過(guò)速、腹瀉、嘔吐和譫妄等。細(xì)胞因子釋放綜合征的患者通常會(huì)經(jīng)歷不同程度的類似流感癥狀，有高燒、惡心、肌肉疼痛。不同的程度細(xì)胞因子釋放綜合征有不同的緩解治療方法，比較嚴(yán)重的情況使用托珠單抗一般就能得到比較好的緩解治療。

       04

       小結(jié)

       “120萬(wàn)一針”的CAR-T藥物在治療癌癥方面有著不俗的表現(xiàn)，引起人們關(guān)注的不僅僅因?yàn)槠?ldquo;天價(jià)”，更多是因?yàn)檫@樣的藥物為人類戰(zhàn)勝癌癥帶來(lái)了曙光，接下來(lái)能否開(kāi)發(fā)出療效更強(qiáng)、成本更低的藥物，讓我們拭目以待。

       致謝

       首先感謝尊敬的吳興新老師如此用心地安排課程以及學(xué)生匯報(bào)主題，帶領(lǐng)同學(xué)們進(jìn)入充滿神奇冒險(xiǎn)的藥學(xué)世界。同時(shí)感謝每一個(gè)小組呈現(xiàn)的精彩匯報(bào)，每一堂課我們都受益匪淺。

       在最后，我們還想感謝在嵌合抗原受體技術(shù)領(lǐng)域以及阿基侖賽藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家們，是他們的努力為眾多患者帶去了生存的希望。雖然阿基侖賽目前由于天價(jià)讓人聞之退卻，但我們可以預(yù)料到的是，在未來(lái)，成熟的技術(shù)、蓬勃的市場(chǎng)將使其逐漸平民化，造福更多百姓。

       關(guān)于筆者

       尋藥真理團(tuán)

       他們是南京大學(xué)新藥研發(fā)策略課程的學(xué)生，本篇為該課程中新藥8組學(xué)生成員共同完成。

       他們朝氣蓬勃、他們斗志昂揚(yáng)，他們腳踏實(shí)地學(xué)習(xí)新藥研發(fā)知識(shí)，他們堅(jiān)信吾愛(ài)吾師吾更愛(ài)真理。

       他們是新一代醫(yī)藥行業(yè)接班人，他們是新藥研發(fā)領(lǐng)域的未來(lái)之光！

       *本文僅為學(xué)術(shù)內(nèi)容交流，不構(gòu)成任何用藥建議！

       參考文獻(xiàn)：

       [1] Batlevi Connie Lee,Matsuki Eri,Brentjens Renier J,Younes Anas. Novel immunotherapies in lymphoid malignancies.[J]. Nature reviews. Clinical oncology,2016,13(1).

       [2] Teresa R. Abreu, Nuno A. Fonseca, Nélio Gon?alves, Jo?o Nuno Moreira,Current challenges and emerging opportunities of CAR-T cell therapies,Journal of Controlled Release,Volume 319,2020,Pages 246-261.

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       [4] Teresa R. Abreu, Nuno A. Fonseca, Nélio Gon?alves, Jo?o Nuno Moreira,Current challenges and emerging opportunities of CAR-T cell therapies,Journal of Controlled Release,Volume 319,2020,Pages 246-261.