让白血病患者“起死回生”的CAR-T
2022年2月2日，《自然》（Nature）杂志刊登了一篇研究论文，详细介绍了世界首位接受嵌合抗原受体T细胞免疫治疗（CAR-T）的患者的治疗结果。这位“第一个吃螃蟹的人”是来自美国新泽西州的退休狱警比尔 · 路德维希。他在被确诊患有慢性淋巴细胞白血病后的数十年间，尝试了手术、化疗等多种治疗方法，都未能有效治愈。过多的化疗还使他的白细胞计数飙升，导致他无法进行骨髓移植，治疗之路几乎走到绝境，似乎只有等死一途。
2010年8月，路德维希看到了一丝曙光，他参与了宾夕法尼亚大学卡尔 · 朱恩研究团队的CAR-T临床试验。研究人员从他的体内提取了T淋巴细胞（简称T细胞），进行基因工程改造，使之形成CAR-T细胞。经过2星期的体外培养，这些细胞增殖了700倍，研究人员将它们重新输入路德维希的血液中，让它们再次扩增并杀死癌细胞。在首次治疗的1星期后，路德维希出现了严重的不良反应，好在1个月后，他体内的癌细胞逐渐消失，奇迹般“起死回生”，恢复了健康，且在治疗后10多年的时间内一直未检测到白血病的症状。

CAR-T是什么
CAR-T这个能让人“起死回生”的神奇魔法到底是什么呢？CAR-T的英文全称是Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy，其中“T-Cell”即T细胞，是人体免疫系统中非常厉害的免疫细胞。在人体胚胎期和初生期，骨髓中的一部分多能干细胞或前T细胞迁移到胸腺内，在胸腺激素的诱导下分化成熟，成为具有免疫活性的T细胞。如果把人体的免疫系统比作机场、高铁站等场所的安检点，那么T细胞就是“安检员”，T细胞表面的蛋白受体就是“扫描仪”。蛋白受体与抗原（抗原是所有细胞膜表面的蛋白质片段）结合的过程就相当于“扫描仪”在检查细胞是否异常。当蛋白受体结合异常抗原时，“扫描仪”发出“警报”，T细胞就会被激活，开始分化增殖，释放有毒化学物质，杀伤异常细胞。
单靠T细胞“安检员”和普通蛋白受体“扫描仪”，其实很难检测出肿瘤细胞，因为肿瘤细胞会欺骗免疫系统。它们有时伪装成正常细胞，有时在肿瘤细胞膜的表面生成更多的抗原，使T细胞无法发动有效攻击。CAR-T中的“CAR”是一种由人工合成的能够识别肿瘤细胞并同时激活T细胞的嵌合抗原受体，发挥着类似“定位导航仪”的作用，由胞外抗原结合域、跨膜结构域与胞内信号域组成，三者环环相扣，缺一不可。胞外抗原结合域由识别并结合抗原的单克隆抗体的单链可变片段和起连接作用的铰链区组成；跨膜结构域负责促进“CAR”在T细胞表面的表达；胞内信号域由信号转导结构域和共刺激域构成，对T细胞的激活非常重要。将“CAR”通过基因工程转入T细胞，就得到有特异性结合肿瘤抗原特性和靶向杀伤肿瘤细胞活性的CAR-T细胞。

CAR-T疗法的诞生
1989年，以色列免疫学家齐利格·伊萨哈等学者提出对T细胞进行基因改造的想法：“赋予T细胞一个嵌合的抗原受体，将是未来人类对抗肿瘤的一种重要途径。”2008年，美国西雅图贺勤森癌症研究中心首次使用CAR-T细胞治疗B细胞淋巴瘤，此次临床试验的治疗效果与预期相差较大，但证明了CAR-T细胞以表达CD20（一种白细胞分化抗原）的B细胞作为靶点治疗的可行性。2年后，美国国家癌症研究所利用针对CD19的CAR-T细胞成功治疗了一例B细胞淋巴瘤患者，虽然在治疗过程中出现了患者体内正常B细胞被误除、血清免疫球蛋白大幅降低的惊险情况，但这次临床治疗的成功为CAR-T细胞能够治疗B细胞来源的淋巴瘤提供了现实依据。
2011年，朱恩团队开始在晚期白血病患者中使用CAR-T疗法，将特异性识别CD19的CAR-T细胞用于B细胞来源的慢性淋巴细胞白血病治疗。随后，他们针对复发难治性急性淋巴细胞白血病展开临床试验，也取得了良好的疗效。这一突破性进展以及其他免疫调控手段的发展，使《科学》（Science）杂志将肿瘤免疫治疗评为了2013年科技突破进展的第一名。之后，世界各国纷纷开展基于CAR-T细胞的科学研究和肿瘤治疗的临床试验，CAR-T疗法开始进入大众视野。2017年，全球首个CAR-T疗法正式获批，被用于治疗儿童和青年患者的急性淋巴细胞性白血病。患者接受治疗后，缓解率高达83%，这让大家看到了治愈癌症的希望。

CAR-T细胞的发展
CAR-T细胞目前已经发展到了第五代，每一代都是在对“CAR”这个“定位导航仪”进行改造升级，让它的识别功能更加强大。第一代“CAR”含有一个胞内信号组分，能够识别靶抗原并激活T细胞，因为没有共刺激分子这个“传感器”去转导增殖信号和诱导细胞因子产生，所以T细胞无法增殖，杀伤肿瘤细胞的威力不强；第二代“CAR”在结构上增加了共刺激结构域，加装了“传感器”，胞外的抗原识别区与靶抗原结合后，T细胞可以同时获得抗体刺激信号和共刺激信号，在没有外源性共刺激分子的情况下，T细胞也可以持续增殖；第三代“CAR”包含了两个共刺激分子，T细胞的杀伤力进一步增强；第四代“CAR”加入了可以表达功能性转基因蛋白的分子原件，不仅提高了杀伤力还可以调控细胞的作用发挥，提高了CAR-T疗法的安全性及可控性；第五代“CAR”被称为通用型“CAR”，之前的“CAR”都是根据患者个体定制的，昂贵且费时，通用型“CAR”在抗原靶向结构域和T细胞信号域间加了“第三方”系统，仿佛一个“万能转接头”，使CAR-T细胞可以识别多种抗原，具有更好的安全性和适用性。
CAR-T疗法的治疗过程
那么，CAR-T细胞是如何实现治疗的呢？首先，我们需要确定目标肿瘤细胞的一个表面抗原标记。因为不同肿瘤细胞的表面标记有不同，如存在于血液肿瘤细胞中的靶点CD19就是一种特异性靶点。将肿瘤标记受体添加到T细胞表面，就如同给T细胞装上“定位导航仪”，使T细胞在体内可以精准找到携带特异性抗原的肿瘤细胞并发动攻击。
然后，从患者的血液中提取T细胞，再使用一种被改造的病毒作为载体，将基因信息导入细胞。T细胞被重新编辑后，产生被称为嵌合抗原受体的特殊受体，这些经过编辑的细胞就被称为CAR-T细胞，会在实验室中被大量培养增殖。
被提取出的T细胞经过这一系列改造，一方面增加了数量，另一方面增加了特异性和杀伤性功能，就像细胞武器加装了“扩容槽”“瞄准镜”“穿甲弹”等配件。当它们被重新注射到患者体内，就能在精准识别患者肿瘤细胞上的特定抗原后发挥强大的战斗力，高效地杀灭肿瘤细胞，达到治愈癌症的目的。

CAR-T疗法的应用
CAR-T疗法最初主要用于治疗最常见的急性淋巴细胞白血病。目前，这种免疫疗法的临床试验不仅涉及儿童和成年人的血液癌，如白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤等，针对包括肺癌、胃癌、肝癌、胰腺癌、卵巢癌、结直肠癌在内的多种常见实体肿瘤的临床试验也在开展。然而，某些肿瘤相关抗原也会在正常组织中表达，它们就像是混入正常组织的“高级间谍”，会使免疫细胞“误判”，把它们当成“自己人”。这种现象会造成免疫治疗“脱靶”现象，是CAR-T免疫治疗中的“拦路虎”。为了解决这个难题，国内外学者开展了新一轮研究。
2022年3月21日，朱恩团队在《自然 · 医学》（Nature Medicine）上发表文章，声称在前列腺癌治疗的Ⅰ期临床研究中证实了TGF-β抗性CAR-T的临床应用，这一治疗耐药性前列腺癌实体瘤的方法具有安全性和可行性。他们在《自然·癌症》（Nature Cancer）上发表的文章介绍了关于蛋白CDH17的实验，他们发现CDH17 CAR-T细胞对神经内分泌肿瘤和胃肠道肿瘤能够有效抑制，且对正常组织无毒性。基于此发现，CDH17代表了一类先前未被识别的肿瘤相关抗原，其在健康组织中被CAR-T细胞的攻击“掩盖”，能够用来开发更安全的癌症免疫治疗。6月8日，朱恩团队再次在《自然》上发表文章，他们通过使用嵌合正交细胞因子受体重新调整IL-9R信号的用途，使T细胞获得新的功能，从而提高了其对于难以治疗的实体肿瘤的抗肿瘤活性。
目前，关于CAR-T的最新研究结果表明，肿瘤免疫环境是大B细胞淋巴瘤对抗以CD19为靶点的CAR-T疗法的决定因素。在血液系统恶性肿瘤领域，一系列医学成果不断被发现，如发现CAR-T细胞治疗血液系统恶性肿瘤时应答率和免疫相关不良反应在患者之间存在差异的原因等。在世界各国学者的共同努力下，未来的CAR-T疗法将不断优化升级，被应用到更多种类的癌症治疗上，治愈更多的复杂疾病。

李澳美，中国科学技术大学研究生。
刘欢，中国科学技术大学副教授，代表著作有《剑与盾之歌：人类对抗病毒的精彩瞬间》等。