Sino Biological | CAR-T免疫療法 細胞因子好助手

CAR-T免疫療法是將患者或捐贈者體內分離的T細胞通過基因工程技術進行改造，使其表達嵌合抗原受體(Chimeric antigen receptor, CAR)，進而特異性辨別並殺傷腫瘤細胞。CAR-T是近年來癌症免疫治療領域的重大突破之一，在血液系統惡性腫瘤的治療中具有發展的潛力。

然而CAR-T療法也不是都是可行的，在實體腫瘤方面還需要投入更多的努力。而且不少患者在接受治療後，雖然病情得到控制，但可能會引發細胞因子風暴(cytokine storm)，甚至會危及生命。另外更讓人難以接受的是其昂貴的治療費用，限制其普及。

 

CAR結構及其改造

研究人員一直都在尋求解決各種方式，以提高CAR-T細胞的抗腫瘤活性，例如標靶多種抗原，提高T細胞的增殖或持久性，增強腫瘤部位的歸巢(homing)以及提高CAR-T細胞對腫瘤微環境(tumor microenvironment, TME)的適應性。

解決其活性的關鍵可能是對CAR結構進行全新設計或改造，CAR由三個部分組成，分別是位於細胞外的抗原辨識區和結合區、細胞內的訊號結構區以及將兩者連在一起的連接鏈和跨膜結構區(如下圖)。

參考文獻：Rafiq, et al.

 

細胞因子在CAR-T中的應用

細胞因子具有多效性，並且種類繁多，透過基因轉染表達的細胞因子或細胞因子受體來增強T細胞活化訊號已成為CAR-T重要策略之一。因為細胞因子不僅能提高CAR-T細胞的增殖和持久性，還能增強它們在免疫抑制性腫瘤微環境中的功能。

細胞因子包括Interleukin、Tumor necrosis factor、Interferon、chemokine、CSF、growth factor等，參與各種免疫細胞的活化、增殖、分化和存活。CAR-T細胞能夠調節免疫功能，將其與細胞因子聯合使用可達到協同作用，在癌症治療中具有潛力的應用前景。

 

接下來我們將會統整常見的細胞因子在CAR-T治療中的應用

1.  常見的γ chain細胞因子及其受體

γ chain共同受體家族包括IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21，它們在T細胞分化、增殖和內環境穩定中有著關鍵作用。這些細胞因子的受體包括共同的γ chain (γc）和一個各自單獨的受體，但IL-2和IL-15共享IL-2Rβ。它們的下游訊號是活化STAT家族的成員。本文我們主要討論這些細胞因子在CAR-T細胞體外和體內增殖、存活和持久性中的作用。

參考文獻：Bell and Gottschalk

 

IL-2常用於體外T細胞增殖，能促進細胞毒性T淋巴細胞的增殖和終端分化作用型T細胞(effector T cell)的發育。IL-2是FDA批准的唯一用臨床試驗的γc細胞因子，廣泛用於靜脈或皮下給藥的CAR-T療法聯合治療癌症研究，發現能夠促進體內過繼免疫細胞(Adoptive immunity cell)的增殖，並且適當減少IL-2劑量或間歇給藥可以平衡抗腫瘤作用和全身毒性。

 

其它γc家族的細胞因子也顯示出與T細胞的增殖、分化和持久性有關的重要獨特的功能。IL-7、IL-15和IL-21促進中樞記憶T細胞和幹細胞記憶T細胞等“較年輕的”記憶淋巴細胞的產生，這些淋巴細胞在體內持續時間更長，具有持久的抗腫瘤活性。

 

IL-7是非常重要的淋巴細胞存活因子，外源性IL-7可以選擇性地刺激CAR-T細胞增殖。與表達IL-2或IL-15的CAR-T細胞相比，IL-7的結構性表達提高了CD19-CAR-T細胞的抗腫瘤活性，這可能是持續的細胞殺傷和T細胞擴增的結果。IL-7同樣改善了CD20-和mesothelin-CAR T細胞，但與需要CCL19共同表達。目前已有多項研究進入臨床階段，以評估IL-7和CCL19表達的CAR-T細胞對淋巴瘤、多發性骨髓瘤和實體瘤的安全性和有效性。

 

IL-15介導的CAR-T細胞減少了mTORC1的活化，而mTORC1在腫瘤微環境中具有更多的生存優勢。活化的T細胞不能產生IL-15，因此研究人員通過產生IL-15的CAR-T細胞治療腫瘤。此類細胞可以降低PD-1的表達，增殖量提高3-15倍。

 

與其他γc細胞因子活化STAT5相比，IL-21更傾向於活化STAT3，同時也通過PI3K和MAPK路徑誘導增殖。與表達IL-2、IL-7或IL-15的CAR-T細胞相比，表達IL-21的CAR-T細胞的總存活率最高，然而IL-21所驅動的STAT3訊號在CAR-T細胞免疫治療中的療效仍在研究中。

 

IL-4和IL-9在過繼性細胞治療中的作用目前尚不清楚。IL-4雖然也有抗癌特性，但更多發揮的是免疫抑製作用；IL-9在改善CAR-T方面的文獻較少，並且在抗腫瘤反應中存在相互矛盾的研究結果，需要更多的研究來進行評估。

 

2. IL-12家族細胞因子及其受體

IL-12細胞因子家族包括IL-12、IL-23、IL-27和IL-35，它們在先天性和後天性免疫反應中具有不同的作用，其中IL-12和IL-23具有發炎作用，IL-27具有發炎和抗發炎作用，IL-35具有抗發炎作用。由於IL-27和IL-35主要是抗發炎作用，在過繼性細胞治療中，只有IL-12和IL-23有所研究。

參考文獻：Bell and Gottschalk

 

IL-12透過至少三種機制促進腫瘤消退，包括延長CAR-T細胞的存活和持久性，將抑制性或慢性發炎的腫瘤微環境轉化為適合免疫的急性發炎，增加並活化先天免疫細胞，進而引發第二波抗腫瘤反應。

 

IL-23與CAR-T聯合治療研究較少，近期研究表示IL-23可能是改善實體瘤中CAR-T細胞功能的一種選擇。IL-23誘導STAT3活化，與慢性淋巴細胞白血病患者的反應相關。目前STAT3訊號的調節已用於改善其他臨床前模型中的CAR-T細胞。

 

3. IL-1家族細胞因子

IL-1家族細胞因子包括IL-1α、IL-1β、IL-33、IL-1Ra、IL-18、IL-37、IL-36Ra、IL-36α、IL-36β、IL-36γ和IL-38，在先天性和後天性免疫中有著重要作用。但在臨床前和臨床試驗中，這些細胞因子中只有一部分被認為能夠誘導抗腫瘤免疫反應。

參考文獻：Bell and Gottschalk

 

IL-18屬於發炎細胞因子，具有許多與IL-12相近的功能。結合IL-18的CAR-T療法可以減少低含量IFN-γ和TNF-α所造成的水腫毒性，並透過減少巨噬細胞聚集增加腫瘤浸潤淋巴細胞(Tumor infiltrating lymphocyte, TIL)，進而產生更安全、更高的抗腫瘤活性。將人類和小鼠的CAR-T細胞中表達IL-18，可以改善CAR/TCR介導的增殖、細胞因子的產生和抗腫瘤活性。

 

IL-36在臨床前研究中顯示出強大的抗腫瘤活性，IL-36包括IL-36α、IL-36β和IL-36γ，共享由IL-36R和IL-1RAcP組成的受體，通過MyD88和NF-kB活化下游訊號。研究證實改造後的CAR-T細胞表達IL-36γ與未修飾的CAR-T細胞相比，提高增殖和持久性，進而提高抗腫瘤活性。

 

4. 趨化因子和趨化因子受體

免疫細胞定位到腫瘤部位能發揮更好的細胞毒性作用，並且高密度的腫瘤浸潤淋巴細胞與大多數腫瘤的預後具有密切關係。在腫瘤微環境TME中，腫瘤分泌的趨化因子與T細胞表達的內源性趨化因子受體“沒辦法配對”，是造成腫瘤定位的主要障礙。因此在CAR-T細胞上共表達合適的趨化因子受體並調節腫瘤分泌的趨化因子，可促進過繼免疫細胞向腫瘤床的運輸和滲透，進而增強抗腫瘤作用。

參考文獻：Jin Jin, et al.

 

不同的惡性腫瘤具有明顯不同的趨化因子，帶有CXCR1或CXCR2的改造CAR-T細胞明顯增強腫瘤浸潤，在肝癌中產生更強的抗腫瘤反應。加入CCR4的CD30 CAR-T細胞可以增強向Hodgkin’s lymphoma細胞的遷移，發揮強大的抗腫瘤作用。在Neuroblastoma和Mesothelioma中，加入CCR2b的CAR-T細胞也使腫瘤浸潤淋巴細胞TIL明顯增加12.5倍，細胞毒性活性增強。CXCL10、CXCL11是調節內源性淋巴細胞遷移的重要趨化因子對，增加CXCL11的分泌，能改善內源性淋巴細胞和CAR-T細胞的浸潤，增強肺癌患者的抗腫瘤反應。

 

結論

細胞因子不僅能增強CAR-T細胞的抗腫瘤活性，而且能調節腫瘤微環境TME內的其他細胞，並能誘導或增加內源性腫瘤特異性免疫反應。然而增強CAR-T細胞功能的繼發性基因修飾可能加重細胞激素釋放症候群（cytokine release syndrome, CRS），因此改善CAR-T細胞擴增的方法必須與劑量限制性毒性的風險取得一個平衡點，識別合適的細胞因子仍然是一個挑戰。