CAR-T，即嵌合抗原受体T细胞，是利用基因工程技术改造T细胞来治病：患者的T细胞从血液里被分离出来，一段编码嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor, CAR）蛋白的基因序列被引入这些T细胞中。其过程一般是：从病人血样中分离出免疫细胞→冷冻细胞→将它们运输到CAR-T工厂（实验室）→解冻→用病毒载体对其进行基因工程改造，使T细胞可以表达CAR→再冷冻送回医院→再解冻→最后将其回输给病人。一旦T细胞开始表达CAR蛋白，就会被驱使着捕杀癌细胞。这些CAR T细胞就像是“连环杀手”，一个CAR T细胞能消灭数千个癌细胞。目前，已有2种CAR T疗法获美国FDA批准用于治疗白血病和淋巴瘤。尽管CAR T疗法对血液系统恶性肿瘤的有效性高达80%～90%，但在内行人看来，CAR T疗法也存在着很多有待改进之处，比如其面临的最大挑战之一就是：约25%接受CAR T疗法的患者会发生严重的、甚至危及生命的不良事件。如何在保证疗效的前提下改善其安全性，是研究人员所关心的问题。下一代T细胞疗法将瞄准实体瘤，但这注定是个比血液系统恶性肿瘤更艰难的战场。

2017年下半年，美国食品药品管理局（the US Food and Drug Administration，FDA）批准了2种基因疗法，用于难治性儿童急性淋巴细胞白血病（acute lymphoblastic leukemia, ALL）和成人复发性/难治性弥漫性大B细胞淋巴瘤，这堪称基因治疗史上的里程碑。

8月，FDA批准了tisagenlecleucel，这是一种嵌合抗原受体T细胞（chimeric antigen receptor T-cell，CAR-T）疗法，用于治疗25岁以下罹患难治性B细胞ALL的患者，所谓难治，也就是说患者用其他疗法治疗过，但都没有成功。在美国，每年约有3100人会不幸罹患这种疾病，其中15%~20%对传统治疗没有反应或者在治疗后出现复发。FDA顾问委员会中的一位委员赞誉道：这种疗法是他此生见过的最令人激动的东西。
10月，另一种CAR-T治疗axicabtagene ciloleucel成了FDA批准的第二个基因疗法产品，用于成人复发性/难治性弥漫性大B细胞淋巴瘤。该药由美国Kite制药研发，而Kite后被吉利德科学收购。

它们的获批标志着基因治疗领域的一个转折点。

利用基因改造的T细胞来治病，这个想法可以追溯到二十多年前。但一开始，临床试验并没有成功。随后，科学家们做了3重努力，来推动这一新领域的前进：①他们给基因工程T细胞加入了免疫刺激基因；②他们发现了B细胞特有的抗原CD19，在B细胞恶性肿瘤中，这是一个理想的靶点，因为在人体的众多细胞中，只有B细胞才表达CD19。这种抗原既表达于正常B也表达于癌变B细胞，因此在CAR-T治疗后，患者的正常B细胞会减少，而这是可耐受的，也可以通过治疗来恢复；③开发出可以更快生产CAR-T的技术。

Tisagenlecleucel的获批是基于一项单臂多中心试验：63名ALL年轻患者对之前所接受的治疗都没反应，而用tisagenlecleucel治疗后，3个月时，其中52人（83%）达到了持续缓解。

这种药物由宾夕法尼亚大学的Carl June实验室研发，由诺华公司推至临床试验。患者的T细胞从血液里被分离出来，一段编码嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor, CAR）蛋白的基因序列被引入这些T细胞中。一旦T细胞开始表达CAR蛋白，就会被驱使着捕杀癌细胞。这些CAR-T细胞就像是“连环杀手”，一个CAR-T细胞能消灭数千个癌细胞。

Ezra Cohen，加利福尼亚大学圣地亚哥精准免疫治疗中心副主任，回忆起了当年坐在观众席听June讲试验结果的情景。那时，June的团队对儿童的T细胞进行了基因改造，使其能追踪一种蛋白-CD19，这是B细胞表面上特有的一种蛋白。“CD19是白血病的一个极好靶标，当然，它肯定不存在于实体瘤中，但我觉得实体恶性肿瘤中肯定也存在这样类似的靶点，那时我开始对此感兴趣。”Cohen说。

今天，学术界和产业界都在探索用CAR-T细胞平台治疗多种癌症的可能，为此已开展了数十个研究项目。

由于CAR-T用于治疗血液系统恶性肿瘤的空前成功，它势必会被延伸到实体瘤，但没人能保证这种跨越一定会成功。很多公司都在往这个领域投钱，试图占据一席之地，但用CAR-T疗法治疗实体瘤的早期尝试几乎都没有成功，无法让肿瘤缩小。

CAR-T疗法的风险

不是所有CAR-T临床试验都像Tisagenlecleucel一样顺利。2018年3月，美国朱诺医疗（Juno Therapeutics）的CAR-T疗法2期临床试验中，5名患者死于脑水肿，试验不得不终止。这样的重度脑水肿是困扰CAR-T疗法的一个主要问题，然而至今研究人员都不知道其确切原因。美国福瑞德·哈金森癌症研究中心的研究人员对CD19 CAR-T疗法进行的分析提示：出现严重神经毒性的患者，其血脑屏障的作用减弱，致使大量细胞因子进入大脑。

CAR-T疗法的副作用还不只如此。将高度活跃的免疫细胞输入体内会引发极端后果，因为这些细胞会释放炎症分子-细胞因子。在诺华2015年开展的试验中，几乎半数受试者都出现了一种严重的免疫反应-细胞因子释放综合征，也叫细胞因子风暴，现在我们已经知道这是CAR-T治疗常见的一种副作用。一项在中国开展的多发性骨髓瘤1期临床试验中，35名受试者，85%都发生了细胞因子风暴。肿瘤负荷越高的病人，越容易出现CAR-T治疗相关的细胞因子风暴。病人会出现一系列症状：发热、低血压、肺水肿。因此，癌症病人越早应用CAR-T，细胞因子风暴出现的可能性越小。

临床医生们发现，关节炎药物托珠单抗（IL-6受体拮抗剂）能够逆转CAR-T治疗中患者出现的细胞因子风暴，这类患者只需用一两次托珠单抗，69%都会完全从细胞因子风暴中恢复过来。FDA已批准托珠单抗与tisagenlecleucel联合应用。

另一方面，由于CAR-T疗法是近年才发展起来的新技术，其长期效果目前还无法得知。要想未雨绸缪，预防其危害，办法之一可能是给细胞装上“自杀开关”，由一种小分子化合物控制其开启，这样一来，医生在需要的时候就能及时摧毁CAR-T细胞，比如在发生脑水肿的时候。还有一种办法：把小分子作为开关，通过“打开”或“关闭”CAR蛋白来上调或下调T细胞的活性。这两种控制机制或许将在第二、三代CAR-T疗法中普及。

CAR-T用于实体瘤的挑战

CAR-T要想用于实体瘤，首当其冲要解决的问题或许是选择合适的靶抗原。如果选定的抗原太罕见，那就无法消灭所有癌细胞；如果抗原太普遍，那就会杀死正常细胞，有损患者健康。CAR-T疗法之所以对白血病和淋巴瘤治疗效果如此显著，正是由于其所靶向的抗原-CD19在所有白血病细胞、淋巴瘤细胞上都存在。然而，找到实体瘤的正确靶抗原要困难一些。

但这样的靶点不是不存在，一名50岁的脑肿瘤患者就是例证。这名男性患者罹患胶质母细胞瘤，已经扩散到了脊椎，对任何其他治疗都失去了反应，而在多次直接向中枢神经系统输注CAR-T治疗后，患者得以好转。在大多数胶质母细胞瘤病例中，肿瘤细胞都会过度表达IL-13受体蛋白，而这名患者所接受的CAR-T正可以靶向这种蛋白。该患者在结束治疗7个半月后，仍处于缓解状态。

其他实体瘤靶点也陆续被投入试验。2013年，南澳大学的Michael Brown开始用靶向GD2的CAR-T开展临床试验，GD2是转移性黑色素瘤细胞表面上的一种蛋白。迄今已有6名患者接受了这种治疗，从目前的结果来看，安全性尚可，但效果存疑。CAR-T在患者体内存活艰难、增殖缓慢，6例患者中只有1人体内的CAR-T细胞存活超过4个月。

加利福尼亚大学的Cohen团队则将注意力放在了一种名为ROR1的受体蛋白上，很多侵袭性、难治性癌症中都表达这种蛋白。该团队在临床前实验中发现，以ROR1为靶点的CAR-T能够消灭多种表达ROR1的癌细胞，包括头颈癌、胰腺癌，以及三阴乳腺癌。朱诺医疗公司已经开始对抗-ROR1的CAR-T开展1期临床试验。

美国纪念斯隆凯特林癌症中心的科学家们正在靶向另一种蛋白-间皮素。这种蛋白在肺癌、卵巢癌、乳腺癌和胰腺癌中都过度表达，与ROR1一样，间皮素也与不良预后以及肿瘤转移呈正相关。斯隆凯特林中心的胸外科医生Prasad Adusumilli与免疫学家Michel Sadelain开展于2014年的一项研究发现：靶向间皮素的CAR-T细胞被直接注入小鼠胸腔后，成功增殖并一举摧毁了肿瘤。目前，该团队有2项关于这种T细胞的1期临床试验：其中1项有9名患者接受了治疗，分别罹患间皮瘤、肺癌、乳腺癌；另一项是专门的三阴乳腺癌试验，有5名患者被输注了CAR-T。

这种经基因工程改造的T细胞要想打败实体瘤，有4个步骤：①到达肿瘤；②进入肿瘤；③对抗免疫抑制环境；④杀死肿瘤细胞。其中，第一步和最后一步是最容易的，第二步和第三步才是当前最困难的。

以宾夕法尼亚大学最近开展的一项胶质母细胞瘤试验为例：这项研究将靶向EGF受体III蛋白的CAR-T细胞注射到手部，发现这些细胞能够到达并进入脑肿瘤，杀死肿瘤细胞。但注射后仅两周，T细胞数量就会下降。令研究人员大感意外的，是患者体内适应性的免疫抑制环境之强大。

为了应对实体瘤强大的抑制周围免疫系统的能力，很多研究人员都在尝试用CAR-T联合免疫检查点抑制剂一起治疗。检查点抑制剂这种免疫调节药物能够消除肿瘤施展的“障眼法”，让免疫系统恢复战斗力。

所以，在对抗实体瘤的过程中，CAR-T很有必要与其他疗法联合使用。

下一代CAR-T

除了生物学上的重重障碍，CAR-T疗法还有2大尴尬：时间长、费用高。化疗之所以被广泛使用，不仅因为它能延缓或终止肿瘤生长，而且还因为化疗药能快速、大批量生产，容易运输及储存，价格也不贵。

CAR-T疗法则恰恰相反。CAR-T细胞的生产：需要从病人血样中分离出免疫细胞→冷冻细胞→将它们运输到CAR-T工厂→解冻→用病毒载体对其进行基因工程改造→再冷冻送回医院→再解冻→最后将其回输给病人。这个过程在诺华新获批的疗法中大概需要耗时22天。正是由于这种技术的复杂性，诺华对其抗-CD19疗法的标价高达47.5万美元/次，约是传统化疗的7倍！而且这笔高昂的花费还只是冰山一角，因为其中还不包括住院（比如ICU）、治疗细胞因子风暴、后续随访检查等费用。

CAR-T疗法要想与化疗竞争一线治疗的位置，需要让操作变得更简单、生产细胞变得更容易，并且要像化疗一样可负担。

“异基因”CAR-T细胞或许可以满足这些需求。所谓“异基因”，就是T细胞并非来自患者本人，而是来自其他人。这种技术已在英国的“小”患者中得以开展。婴儿以及比较小的孩子往往因为太小而无法分离出足够的传统CAR-T所需的健康T细胞，于是，英国伦敦大学学院的免疫学家Waseem Qasim及其同事就从成年捐献者那获取T细胞。他们通过基因手段将这些T细胞表面上的2个分子去掉了，使得其无需组织配型就能应用于患者，成了“通用”的现成CAR-T。2名患有B细胞ALL的婴儿在输入了这种通用型T细胞后，白血病细胞被清除，患儿得以接受干细胞移植，并取得成功。

然而，异基因CAR-T也有与患者自体来源CAR-T相同的副作用。2017年8月，一项由法国基因编辑公司Cellectis发起的异基因CAR-T疗法试验不得不停止，因为一名患者在试验中死亡，死于细胞因子风暴。

在治疗费用方面，如果CAR-T疗法无需与检查点抑制剂药物联用，那患者负担将大大减轻。宾夕法尼亚大学June实验室，就是研发了tisagenlecleucel的那家实验室，对此进行了尝试。这个实验室的Yangbing Zhao团队对CAR-T细胞进行了基因改造，敲除了检查点蛋白PD-1，这样肿瘤细胞就无法利用PD-L1与PD-1的结合来“锁住”T细胞了。为了造出“通用型”T细胞，该团队同时敲除了4种基因，其中就包含负责检查点分子的基因，最后得到的T细胞，在不用检查点抑制剂的情况下也能耐受肿瘤微环境，不被清除。

2016年，斯隆凯特林中心的Adusumilli团队曾做了类似的尝试：他们通过基因工程给CAR-T细胞加上了PD-1抑制物，应用于肺癌小鼠模型后，看到了很强的抗肿瘤效果，小鼠预后改善、生存期延长。

在CAR-T细胞生产时间方面，美国西雅图福瑞德•哈金森癌症研究中心的免疫学家Matthias Stephan认为，可以通过精简操作步骤将生产CAR-T细胞的时间缩减到一个下午，比现在提速80倍！

 有一种技术可以实现步骤精简：不需要把T细胞从身体里提取出来，在体内对它们进行改造。通过生物学可降解的纳米颗粒，携带编码CAR蛋白的基因，将之注入体内。这些纳米颗粒像刺一样扎向T细胞，一旦被T细胞吞噬就将它们装载的基因释放到细胞核。2017年4月，一个团队发现：吞入纳米颗粒的T细胞像传统输注到体内的CAR-T细胞一样有效，用它治疗的白血病小鼠，生存期相比未治疗组平均延长了58天。

哈金森癌症研究中心的Stephan团队还做了另一种尝试：CAR-T补片，可以直接置于实体瘤内。研究人员用一种有粘性的、像海绵一样的生物聚合物作为细胞生长的“支架”，并在其中添加了多种生长因子蛋白，以便使T细胞在补片内生长、增殖。这种补片只需要相对较少的T细胞-大约400万个，要知道如果是注射方式的话，需要的T细胞将高达10亿！因此，补片不需要从患者体内提取那么多T细胞，也不需要花好几天在实验室增加细胞数量。将这种技术用于胰腺癌小鼠及黑色素瘤小鼠显示：CAR-T细胞从补片迁移到了肿瘤中，并且比经输注方式进入体内的CAR-T细胞更能有效杀灭肿瘤细胞！

CAR-T疗法对血液系统恶性肿瘤的有效性高达80%～90%，这让它成了肿瘤界一颗耀眼的明星，也许它无法成为实体瘤的一线疗法，但却可以给那些已经无药可治的病人一个新的选择。

(作者：白蕊）

参考文献：Nature 2017;552:S64-S66

Journal of the American Medical Association 2017;318:2167-2169