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CAR-T细胞临床药理学:从细胞药理学到药代动力学及抗肿瘤效益

作者:admin 来源:本站 发布时间: 2016-05-08 16:50  浏览次数:
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摘要:具有肿瘤细胞反应性的嵌合抗原受体(CARs)修饰的过继T细胞移植是一个肿瘤学新兴的领域,在初步的临床试验中已经显示出惊人的抗肿瘤疗效,但仍然有一系列与 CAR-T细胞有关的开放问题,比如从其确切的作用机制(药效学),到它们在体内持久性(药代动力学)的相关问题,最后,如何再根据两者确定其抗肿瘤作用和毒副作用。由于其前所未有的潜在疗效和其在接下来几年内可以预测到的用途,作者在这篇综述中,总结了目前与CARs相关的临床药理学的一些知识。

 

1.介绍


从上世纪40年代中期起,到上世纪90年代,癌症的治疗完全基于传统的细胞毒性药物。这些药物由已知的结构构成,有定义良好的药代动力学(PK)和药效学(PD),并且两者之间有明显的相关性。从本世纪初期开始,由于对癌症的生物学更好的理解和新的先进技术的出现,例如组织微阵列技术和蛋白质组学,允许对癌症特异性分子进行详细的鉴定,使得开始出现了癌症的靶向治疗技术。这些靶向的目标通常包括信号分子,细胞周期蛋白,调节细胞凋亡和促血管生成因子。这些分子靶标的“药物能力”依靠的是小分子药物的合理设计:A吸收好,D分布广,M一段时间后被代谢 ,E成功的排泄,这也是所谓的ADME 标准。然而,为了有更好的疗效,候选小分子的ADME 标准在药理活性浓度下必须有一个可以接受的毒性范围。虽然没有被列为靶向治疗,单克隆抗体(mAb)属于同一个概念,取决于它们是否“裸露”,增强能力的或者与强化学药物、放射性同位素共轭等。

 

将免疫系统中的细胞进行体外加工,输入癌症患者体内进行治疗的想法,也就是所谓的过继细胞治疗(ACT),这个想法可以追溯到上世纪80年代中期,在首例靶向治疗即史提夫罗森伯格首创的淋巴因子激活的杀伤细胞对抗转移性黑色素瘤出现前10年就有了。在三十年内,过继细胞治疗(ACT)的概念急剧变化,现在包括了与细胞因子诱导的杀伤细胞(CIK)完全不同的免疫效应器,如肿瘤浸润淋巴细胞或者TILs(从肿瘤组织中分离T细胞,扩增并且回输到病人体内),而且最近,出现了转基因表达克隆的T细胞受体(TCR)或T细胞嵌合抗原受体(CAR-T)。最初的设想是由以色列免疫学家Zelig Eshhar发起的,CARs是通常由靶向肿瘤抗原的可变单链片段(scFv),个跨膜结构域和一个或多个含有免疫受体酪氨酸活化基序(ITAMs)的细胞内信号分子构成。至于CAR的改装,原先使用的是病毒载体,但是最近也有使用非病毒载体系统。ACT靶向治疗和单抗依赖效应T细胞的性质,CAR-T被赋予了无与伦比的效力,能够广泛的分布和持续性的存在,且可以独立于HLA的存在而识别肿瘤抗原,可有效避免因肿瘤细胞下调MHC分子引起的肿瘤逃逸。

 

考虑到过继细胞治疗(ACT)的复杂性,利用传统的书本中的药理学相关的ADME, PK 和PD概念,已经不能用于描述这种新的“有生命”的药物的相关情况。然而,自从健康专业人员、病人和相关的工业受益相关者开始逐渐增加对这种技术的关注,它独特的药理学评价已经备受瞩目。这篇文章的目的是简要的展开对ACT技术的PK和PD方面的研究,尤其是CAR-T细胞的研究,集中相关信息来关注它运作的机制,特别是在抗肿瘤过程中的作用。

 

2.CAR-T的药效学研究


2.1细胞内信号域的作用


目前所采用的最广泛的用于CAR介导识别的ITAM包含分子是TCR复合物的CD3zeta链。虽然CARs的细胞内信号scFv序列通过磷脂双分子层的机制还没有被阐明,但结构上的线索暗示了其信号途径明显区别于其它内源性的TCR。我们也知道在CAR介导的识别中, TCR引导的下游生理信号也有发生,包含酪氨酸磷酸化CD3 zeta 链、ZAP-70、MAPK的启动和NFAT的活化过程。

 

基于相关模型已经证实 TCR 是一种不同于MHC限制的抗原识别,经历构象变化,允许与CD3复合物产生非公价健相互作用。相反,最近提出一种理论,在CARs中,内源性CD3的磷酸化是由于嵌合分子的抗原介导的聚集,src激酶的多分子聚集。(Fig. 1). 有效的CARs介导的信号传递确实需要嵌合分子的物理的接触和内源性TCR复合物的相互接触。这一事实在CD3 zeta链条跨膜结构域的突变中可显著降低CAR同型多聚体和其他TCR复合物间的非离子共价键。尽管如此,ITAM缺陷的CARs在一定程度上能够传导信号,ITAMs的靶向缺失不会导致信号传递,说明CARs和内源性CD3之间形成的膜近端复合物,通过链间磷酸化,扮演了一个非常重要的角色。因此,跨膜 L9 残留物的选择性突变,对于细胞表面CAR的聚集至关重要,会严重消弱信号。最近的证据说明,在T细胞的培养过程中,CARs可能有一个内在的倾向来补充信号,会导致过早的耗尽。

 

虽然理论上能够从多种来源设计CARs(Fab片段,天然配体,肽,核酸适配体),但是大多数CARs的研究是来源于小鼠单克隆抗体单链抗体的scFV片段。小鼠单克隆抗体确实具有高亲和力,这是决定其抗肿瘤活性的主要因素之一。其他关键因素是靶向抗原具有足够高的表达以及抗原决定簇的暴露。CAR整体的亲和性、抗原表达水平和抗原决定簇的暴露之间的最佳组合决定每个独立靶标的独特性。例如在自然杀伤T细胞,TCR信号通过小规模的TCR/多肽-MHC复合物得以保证,产生了对它们的物理隔离以及对酪氨酸磷酸酶抑制作用的保护。表达在肿瘤细胞表面的分子数量以及用于CAR识别的分子,差异很大,而且它们比用于TCR结合的多肽-MHC分子更加多样化。因此,构建的CARs的ScFv片段的亲和性是它们抗肿瘤活性的主要决定因素之一,表现在异种移植小鼠模型的ROR1靶向抗原(Ig)样/卷曲区域。此外,CAR亲和性的仔细调节也已经在倡导中,这作为一种方式来减少在正常组织上低密度靶向抗原带来的潜在的毒性,例如表皮生长因子受体。

 

2.2. CAR设计扮演的角色


2.2.1 空间间隔的作用

 

CARs的细胞内部分直接或间接的连接到细胞内信号部分,这样有足够的灵活性来接触不容易接触的抗原决定簇。例如,膜远端的抗原决定簇:CEA上的MFE23,在细胞外间隔区存在的前提下,能够得以优化,而膜表面近端的抗原决定簇,例如NACM上的D29,一般需要更长的空间间隔。CARs空间间隔的例子包括了Igs的CH2CH3 Fc部分或者CD4/CD8的Igs样的细胞内部分。体内数据表明,携带IgG1衍生的CH2CH3 空间间隔的CAR-T细胞可能会与先天免疫系统的细胞(巨噬细胞、NK细胞)相互作用,无视他们的抗原特异性,最终造成不利影响。此外,相同的间隔已被证明有助于激活诱导的细胞死亡(AICD)和异种移植模型中CAR-T细胞过早的清除。虽然从人类进行的研究到目前为止,没有证据表明这些现象可能会导致降低CAR-T细胞的功能,或引起不良事件,但这种偶然性需要在将来的发展中放在思考中。

 

2.2.2共刺激域的作用

 

进入临床研究的第一个CARs,现在被称为第一代(1G)CAR,通过肿瘤活化小鼠的scFv片段链接到TCR CD3 zeta链上,这种设计,至少在体外,会有潜在的细胞毒性。然而在病人体内,1G CARs修饰的T细胞的抗肿瘤活性一般不完整,这很可能是由于它们在体内的持久性差。虽然小鼠的scFvs的免疫原性可能在这些实验中对CAR T细胞的清除作用扮演了重要的角色,很快人们意识到最主要的限制持久性的原因是1G设计提供的信号不好。在这个领域内,一个主要的进步就是研究者开始将CD28,4-1BB共刺激域加入嵌合分子中,来提高信号的强度。这就引发了一个广泛的争论:哪一种胞内信号最适合肿瘤杀伤能力。

与TCR介导的信号一起,T细胞的共刺激因子CD28和抗原提呈细胞(APCs)B7-1 (CD80) 、 B7-2 (CD86)的相互作用会积极影响T细胞的许多生物学方面,包括但不仅仅限于抗凋亡蛋白的诱导,T细胞的增殖和分化所必须的生长因子活性的转录/翻译。

 

2G CARs的CD28 内域通常包含了YMNM基本结构络氨酸170,这是已知的重要的Src同源2(SH2)结构域蛋白,例如PI3K和/或适配器Grb2,并通过两个富含脯氨酸的结构激活NFκB(图2)。此外,Y170本身通过mTOR诱导Bcl-xl,同时Y170和N172通过PKC-θ增加IL-2的转录。重要的是,IL-2的转录阶段,即y170和PI3K依赖的转录起始和PI3K独立稳定的IL-2转录,似乎是由2G CARs的CD28细胞内域支持的。这些也包含两个富含脯氨酸的基序结合其他SH2结构域的蛋白,如Lck,CD28信号连接的共受体CD4/CD8。与1G的CARs相比,CD28为基础的CARs具有增强的细胞因子产生和增殖潜能,在异种移植模型中得到了更好的抗肿瘤活性。

 

在初始TCR /肽–MHC和CD28的信号下,在T细胞和APC细胞上,一些额外的受体-配体对会分别上调。在与配体产生相互作用后,肿瘤坏死因子(TNF)受体家族的成员,如4-1BB,OX40和CD27,特别似乎对维持T细胞的活化络合物是至关重要的(Fig. 2)。在体外,4-1BB信号已被证明能促进Th1和Tc1极化,防止AICD独立于CD28,而在体内,众所周知的在原发性和继发性免疫反应中发挥非冗余的作用。肿瘤坏死因子受体家族的其他成员,除了4-1BB不具有内在的激酶活性,但需要结合TRAF2。因此,4-1BB信号重要的下游效应是NF-κB和MAPK p38和JNK。在异种移植模型的研究结果表明,至少在靶向CD19的CARs中,以1-BB为基础的CARs修饰的T细胞与CD28 为基础的CARs修饰的T细胞相比,可能具有更好的抗肿瘤活性。尽管如此,在一些存在很多变量的临床试验中(Tab1),至少是暂时的,4-1BBCARs的设计会轻易的以绝对优势超过CD28。

 

虽然尚未用于临床研究,其他共刺激分子以证明可以改善CAR介导的信号,包括那些来自OX40和ICOS CD27的共刺激信号分子。与4-1BB、OX40依赖于TRAF2进行活化一样,能有效独立激活NFkB。因此,3G的CARs结合了OX40和CD28内域,与其他CARs相比,展示了对NFkB的协同活化作用。此外,OX40介导的3G CARs的共同信号已经结合了一个CD28内域,已经被证明能够有效的抑制IL-10的分泌信号,不会干扰细胞毒性和促炎性细胞因子的产生。CD27是肿瘤坏死因子受体家族的另一成员,在促进T细胞存活和免疫记忆中扮演了重要的角色。在异种移植模型,以CD27为基础的CARs修饰的T细胞与4-1BB为基础的CARs修饰的T细胞相比,具有增强持久性和抗肿瘤活性,但是优于那些以CD28为基础的CARs修饰的T细胞。相反的,CD28为基础的CARs和以CD27为基础的CARs,似乎不能介导IL-2的产生,也可能会抑制潜在的免疫调节。最新的一个CAR共刺激结构家族的来自于ICOS。与4-1BB 和OX40不同,ICOS属于CD28家族,已经被证明对于人类Th17细胞的扩增和功能尤其重要。

 

2.3 不同于α-β T淋巴细胞的效应者


迄今为止,大多数研究CARs的研究都集中在对传统的α-β-T细胞的关注。然而,其他淋巴细胞亚群,如自然杀伤细胞(NK),iNKT细胞,γδT细胞和细胞因子诱导的杀伤细胞(CIK)细胞,可能会优于α-β T淋巴细胞。

 

虽然CAR可独立于HLA识别肿瘤细胞,因此也不需要病人和T细胞之间进行HLA配对,但有肯能导致由TCR引起的移植物抗宿主病。由于TCR阴性表达,NK细胞是一种有价值的可替代αβT细胞的细胞,因为他们可以从不同HLA的捐助者那里获得,将CARs输入患者不会引起同种异体的免疫反应。此外,与同种异体NK细胞过继转移的临床试验已经证明,这些细胞在体内能存活几个星期甚至个把月。重要的是,NK-92细胞和NK细胞研究表明,当整合了CARs,其表现比CD3 zeta更好。虽然NKT细胞非常稀少(循环T细胞的0.1%),但由于由于其低毒性(CD1d表达仅限于APCs)和其标记肿瘤趋向性,自然杀伤T细胞(NKT)是CARs研究另一个有前景的细胞类型。基于这些假设,iNKT细胞介导结合了CD28和4-1BB内域的3G CARs,已被证明是能够有效的抗肿瘤作用,并且在神经母细胞瘤的小鼠模型中不引起移植物抗宿主病。细胞因子诱导的杀伤细胞(CIK)细胞,可由抗CD3单抗和超生理浓度的IL-2刺激外周血单个核细胞后产生。与iNKT和γδT细胞一样,CIK细胞显示出抗肿瘤功能,但也显示了一些微不足道的同种异体反应性。有趣的是,已经发现,在3G CARs的过度刺激下,会减少CIK细胞的抗肿瘤活性,可能是由于加速了最后的分化。

 

3.CAR-T细胞的药代动力学


与传统药物不同,吸附、分配、代谢和排泄(ADME)的药理学概念,不能用于模型中的CAR-T细胞的药代动力学。由于这些细胞通常是静脉注射,吸附显然不是问题。相反,分布,代谢和排泄也适用,但需要彻底反思。类似于天然T细胞,我们假定CAR-T细胞广泛分布于组织中,发挥其抗肿瘤作用后,通过一个所知甚少的机制得以消除。从理论上讲,CAR-T细胞死亡是由于缺乏生存的因素或通过脾脏和肝脏中的网状内皮系统的循环得以清除。

 

3.1体内的生物分布


CAR-T细胞的抗肿瘤活性的先决条件是它们的特异性的迁移能力和在肿瘤部位保持全部的效应功能。广泛的认为,肿瘤细胞尤其是上皮起源的肿瘤细胞,会强烈的改变肿瘤部位的微环境,对进入的T细胞保持敌意。因此,到目前为止,最好的临床试验结果都是在血液肿瘤中获得,这是因为与其他实体肿瘤相比,血液肿瘤有更能接触到T细胞,具有更少的免疫抑制的微环境。虽然早期的1G CARs不能证明CAR-T细胞在肿瘤部位有明显的聚集,但是最近2G CAR-T的试验,已经能够在血液肿瘤和非血液肿瘤消减的肿瘤部位发现有CAR-T细胞的聚集,这就说明有效的迁移是抗肿瘤的一个关键性因素。事实上,CAR-T细胞富集至肿瘤部位涉及一系列复杂的过程:开始是T细胞的粘附,接下来是内皮细胞通过趋化因子的渗透进入到抗原丰富的区域。在这个过程中,T细胞积极的降解内皮下基底膜的主要成分和细胞外基质(ECM)。最近证明CAR-T细胞对于实体肿瘤的渗透性差,这可能,至少部分是由于ECM降解酶的下调。因此,转染了乙酰肝素酶编码基因的CAR-T细胞大幅增加了对实体肿瘤的渗透,在异种移植小鼠模型中的活性很好。此外,CAR-T细胞在肿瘤中的积累会暂时的升高衰竭的标记物,可逆的失去它们的功能,如最近的一个小鼠间皮瘤的模型中已发现类似的现象。由于TGF-β是一个在实体肿瘤的微环境中发现的主要的免疫抑制因子,研究者已经提出通过敲出T细胞TGF-β受体,使它们对这种细胞因子的影响不再敏感。

 

3.2 内在因素的作用


3.2.1记忆分化表型的作用

 

一般认为决定过继T细胞移植的持续性的关键因素是它们培养结束后,输入患者前的记忆分化状态。根据最近修订的记忆T细胞分化的线性模式,可以确定的是增加抗原刺激水平,能够使得自然T细胞变成干细胞记忆T细胞(TSCM), 然后变成中央记忆T细胞(TCM),并且最后变成效应记忆T细胞(TEM)细胞。然而在体外,在效应功能方面,效应记忆T细胞(TEM)细胞优于中央记忆T细胞(TCM),在小鼠模型内,TCM细胞展现出了更好的治疗效果,可能是由于它与TEM 细胞相比,具有更好的持久性。TCM来源的抗原特异性T细胞的持续性存在,可能是哺乳动物的共同特征,这在非灵长类动物中得到确认。在近几年临床使用过程中出现的T细胞的体外操作,已经被证明是会逐渐分化为TEM型,并导致功能上的变化,使它们更少的“适合”抗肿瘤反应。临床试验的结果进行了回顾性的分析确实表明体内CAR-T细胞长期持久性(高达192周)与TCM细胞和 TSCM细胞在注入产品中的比例密切相关。另一个试验中,靶向CD19 CAR-T细胞在体内的持续性存在(长达6个月),这与它们TCM表型以及CCR7和CD127的表达以及CD27和PD-1的缺失有关。这些数据支持一种假设,即体外操作,专门为保护一个早期分化表型的设计可能会增强抗肿瘤效果。

 

3.2.2 共刺激内域的作用

 

虽然认为最新一代的CAR-T设计的引入是最新临床试验成功的主要决定因素。我们尚不清楚是否有其他特别的共刺激域能够增加CAR-T细胞的持久性。值得注意的是,4-1BB与CD28相比,在体外展现了更好的持久性,在小鼠模型内,靶向CD19 CAR-T细胞具有更好的持久性。在临床试验中,整合了CD28内域的靶向CD19 CAR-T细胞在体内的存活时间限制在大约30天之内。这些试验,由于疾病种类、肿瘤负担、调节方案、病毒载体类型和细胞剂量的变化,对于结果的分析也是一个非常大的挑战。(Table 1)

 

3.2.3 提高在体内的持续时间

 

为了成功利用ACT,第一个需要满足的是足够的临床级别数量的效应细胞。这个目标的实现随着活化信号、培养条件和用于转染的病毒种类的变化而明显变化。第一个用于癌症治疗的细胞毒性T细胞的扩增方案由史提夫罗森伯格集团描述的,依靠靶向CD-3单克隆抗体(OKT3)活化,并且在饲养层细胞和高浓度的IL-2中进行培养的方案。

 

在此同时,用ACT治疗病毒性疾病的研究被建议用靶向CD28单抗共刺激来培养细胞。CD28单抗处理能够获得大量的淋巴细胞,同时保持较高的TCR-beta,这可能是因为在细胞循环中有强烈的信号聚集TNA。随后,伴有抗CD3和CD28单抗的磁珠(CD3/CD28珠)作为有效的工具来体外扩增病人来源的T细胞,在异基因移植之后增加抗肿瘤活性。相同的方法也用于基因修饰的T细胞,保护TCM表型和在临床前模型中保持持久性。另一个活跃的研究领域是在体外培养的过程中涉及到细胞因子的需求,能够保护早期的记忆分化表型。有一些研究发现,尽管IL-2是一种种有效的T细胞生长因子,但也存在这不良影响,如促进终末端分化、AICD等。此外,IL-2也与CD4+/CD25+/FoxP3+自然调节性T细胞的生产和功能活化有关联。

 

我们已经发现IL-7和IL-15对于人同种异基因修饰的T细胞扩增是必须的,并且在小鼠体内会导致GVHD和移植物抗白血病(GVL)。异种移植小鼠模型体内试验发现,确实需要相同的细胞因子来保证早期分化细胞的表型的CAR-T细胞的生产,能够展现最优的抗肿瘤作用。TSCM选择性扩增的替代方法也在评估之中。Wnt/β-连环蛋白信号通路的操作是一个可能的方向,尽管事实上,β-连环蛋白积累会导致减少的T细胞增殖和阻滞分化。

 

3.3.1 宿主条件扮演的角色

 

淋巴细胞减少的状态能够增强过继移植T细胞的抗肿瘤活性的概念已经确定了超过35年了,早在1980年,就发现只有当患者之前接受过胸腺切除术和放疗后,肿瘤致敏的T细胞的过继移植是有效的。在黑色素瘤的一个临床试验中,通过氟达拉滨和环磷酰胺处理的免疫抑制环境,再接受TILs细胞的过继移植,会产生50%的有效率和较好的持久性。实验结果有归结出了后来的淋巴细胞缺失提高了肿瘤特异性T淋巴细胞抗肿瘤活性的机理。因此,去除T细胞的同种异体移植后,淋巴细胞减少的状态已被证明可以提供大量的IL-7和IL-15,这又反过来促进了TCM和TSCM的扩增。

 

有实验数据显示,记忆T细胞可以缺乏抗原刺激的情况下,能够依靠IL-7存活。在黑色素瘤患者的ACT试验中,虽然在注射前TIL上的IL-7 表达很低,但在体内能够观察到大规模的上调,这说明了IL-7信号和长期持久性之间的因果关系。通过类推,在异种移植小鼠模型,同种异体自杀基因修饰的T细胞的自我更新潜能与IL-7的表达是密切相关的。在大多数的CAR-T细胞试验中,淋巴细胞清除是一个标准的操作来确保基因修饰T细胞功能的增强,至少在自体移植中(Table 1)

 

3.3.2 抗转基因免疫应答的作用

 

大多数临床研究使用的CARs是鼠源性单抗的scFv为基础,需要考虑宿主免疫系统的排斥反应,包括体液免疫和细胞免疫。此外,由于CARs是生物制品,不同蛋白质之间区域很可能会产生新的免疫原性肽。在一个早期的临床研究中, 恶性淋巴肿瘤患者输入的CAR-T细胞表达了在体外筛选所需的抗性基因,以至于CAR-T细胞在体内检测到的时间非常短(24h-7d),而且能够检测到输入产品的细胞内免疫反应。更详细的分析表明,这些反应是针对抗性基因,而不是对CARs的结构。在非人类灵长类动物模型中,能够检测到对抗啮齿动物scFv CAR成份的细胞免疫反应。这说明存在着使用非人类scFv的异种免疫障碍。因此,在最近的临床试验中,对抗自体的靶向CD19 CAR-T细胞的T细胞增殖反应在一些病人中发现,但是似乎不会影响抗白血病的能力。

 

4.靶向CD-19 CAR-T细胞的临床结果


到目前为止,研究的最多的靶标是CD19,B细胞恶性淋巴瘤是第一种使用CAR-T治疗的癌症。早期的CD19 CAR-T的研究结果对于其他一些疾病的治疗也提供了证据上的帮助,例如慢性淋巴细胞白血病(CLL)和急性淋巴细胞白血病(ALL)。

 

4.1抗肿瘤效果

 

4.1.1慢性淋巴细胞白血病的治疗结果

 

在2011年,宾夕法尼亚大学的研究组报道了一个初步但却是惊人的一个临床结果,使用CD-19 CAR-T细胞治疗三位CLL患者中,有两位患者有完全的缓解。在这些初始的病人中,融合了4-1BB内域的靶向CD19 CAR-T细胞在体内能够快速的扩增,消除高肿瘤负担,坚持了三年没有丧失功能。从此,在肿瘤免疫治疗过程中,CAR-T细胞通常被称为“连环杀手”,因为通过换算,1个CAR-T细胞能够杀死多达1000个肿瘤细胞,或者被称为“大杀手”因为它可以消除大的肿瘤聚集。最近,在同一个研究组中的14个病人数据,巩固了这些令人激动的结果,4个持续的CRS和4个部分的部分缓解(PRS),总有效率达到了57%。于此同时,结合了CD28的靶向CD19 CAR-T细胞治疗在斯隆-凯特琳癌症中心(MSKCC)和国家癌症研究所(NCI)观察到了类似的结果。忽略这三个临床研究中CAR-T细胞的差异,值得强调的是每个病人的抗肿瘤效果是于CAR-T细胞持久性是有直接关联的,再一次强调了PK在决定抗肿瘤效果中的作用。

 

4.1.2 急性淋巴细胞白血病的疗效

 

同一个研究组进行更大规模的研究,结果比得到的CLL结果有更令人印象深刻。这组包括了30名患有复发性/难治性儿童和成人ALL患者。这个结果报道了90%的完全缓解率,CAR-T注射后进展的临床有效性能够长达4年。MSKCC的研究组研究了16位成人ALL患者,CR达88%。在另一个21个儿童的研究中,NCI的报道是70%。所有的研究中包含了前期使用异基因造血干细胞移植的患者,CAR-T细胞使用均没有引起GVHD。如果有人想对比CLL的治疗,很明显,ALL病人的通过CAR-T消除肿瘤的动力学更加迅速,可能是由于不同肿瘤负担免疫负担有关。虽然在这些试验中,两个月时测量的抗肿瘤能力相差不大,但是更久后的预后可能会非常不同。参与MSKCC和NCI实验的大部分CR患者随后都进行了造血干细胞的移植,而UPenn的患者在完全缓解后未接受进一步的治疗。导致这种差异的可能原因是研究机构因不同共刺进信号选择后导致的CAR-T细胞在体内存活时间差距导致,UPen选择的4-1BB共刺激信号分子可使CAR-T细胞在体内的存活期超过2年,远高于MSKCC使用CD28制备的CAR-T细胞。

 

4.2 CAR-T细胞的毒性


在明确任何治疗策略的有效性之前,一些监管问题需要认真解决,例如确定最小的释放标准、最大耐受剂量和探索潜在副作用等。ACT产品,有其特殊性。在目前临床CAR-T发展的阶段,对所有这些问题进行彻底的评估当然可能。尽管如此,也很显然的,CAR-T治疗会伴有明显的副作用。例如,在早期的临床研究中,使用CAR-T细胞靶向HER2,由于肺脏的毒性,一位病人在输入细胞后的5天死亡。这种严重的副反应是由于CAR-T细胞对肺上皮细胞底水品表达的HER-2识别造成的。然而,后来的研究表明,靶向HER2 CAR-T在肉瘤的治疗中是相对安全的,尤其是在使用早期设计的CAR-T细胞,并使用更谨慎的剂量递增回输的方式。鉴于抗CD19 CAR-T细胞发展到了较高级阶段,审核重点应该放在这种实验的毒性的描述方面。

 

4.2.1 B细胞发育不全

 

持久的B细胞发育不全,以及由此产生的低丙种球蛋白血症,是CAR-T细胞治疗的首要的和最明显的毒性。值得注意的是,B细胞耗竭的程度和它的动力学现在被认为是一个非常准确的药代动力学。理论上,持续性的B细胞发育不全会增加感染的风险,因为这个原因,靶向CD19 CAR-T细胞被注入患者后续预防性的静脉注射免疫球蛋白来避免感染的机会。当然,在理想的状态下,这将是必要的设计策略,达到理想的抗肿瘤作用后,抗CD19 CAR-T细胞可清除,允许正常的B细胞重建。例如,靶向 CD19 CAR-T细胞可以去除通过共表达自杀基因,这种方法已经在同种异基因造血干细胞移植后预防GVHD中进行了研究。

 

4.2.2 细胞因子释放综合征

 

另一种常见的和潜在的与CAR-T相关的严重毒性是细胞因子释放综合症(CRS),临床并发症有高发热和低血压,如果未处理好,会导致多器官功能不全。促炎性细胞因子的大量生产(IFN-γ、IL-6、TNFα)是CRS产生的关键原因。CRS发展的主要危险因素是在注射时的高肿瘤负荷,虽然也有小的肿瘤负荷者发生这种并发症。早期的尝试控制CRS包括抗TNF-α单克隆抗体和皮质激素。抗TNFα单克隆抗体的使用时调节过度活化造成的不利影响,而不是消减CAR-T细胞。而通过输注糖皮质激素会导致注入患者循环的CAR-T细胞过早消失。与肿瘤坏死因子-α阻断策略不同,干扰IL-6 利用抗IL-6受体抗体tocilizumab单抗成功地减轻CRS诱导途径,没有阻止CAR-T细胞的扩增和潜在的治疗作用。这些观察说明了CRS的病理过程包含三个不同步骤:1)CAR-T细胞对目标的肿瘤识别,与随之而来的IFN-γ释放。2) 单核细胞/巨噬细胞的活化,从而产生高水平的IL-6。3)IL-6对器官的系统性影响,如肝脏、脑和肾脏。

 

4.2.3 中枢神经系统

 

中枢神经系统毒性(CNS)经常在靶向CD19的免疫干预过程中报道,即靶向CD3/CD19双特异性单抗blinatumumab的使用中出现。同样的,CAR-T细胞输注后,急性的和可逆的神经毒性已经常观察到,通常会与CRS一起出现,也会在CRS出现后再出现。在最初的美国宾州大学的试验中,所有患者注射抗CD19 CAR-T细胞,相当一部分(13/30,43%),在CRS发生的同时,出现神经系统紊乱(混乱、癫痫发作、失语、幻觉、谵妄),这个比例在成人中出现的比例更高。然而,重要的是一部分人(6/30, 20%),经历了迟发神经毒性,这在后来的临床试验中也有报道。这些迟发神经毒性的病理学过程还是未知的,但是它们的动力学明显是与CRS有部分重叠。例如CAR-T细胞已经在患者脑脊液中发现的,但他们的存在并没有神经毒性相关性。此外,一些案例分析显示CAR-T细胞可渗透进入脑实质,出现弥漫性脑病。因为发现脑脊液中高浓度的细胞因子,一些人假设IL-6在大脑中扮演的角色,但是没有相对的拮抗药,因为单克隆抗体不能穿透血脑屏障。

 

5.结论


到目前为止, CAR-T细胞取得的成果,以及在侵袭性血液肿瘤的治疗显然表明,这种治疗方式的潜力,在接下来的几年内,会彻底改变肿瘤的治疗方式。不仅仅在血液肿瘤,也希望在实体肿瘤,可获得更为稳定的临床数据。很明确的是其他的CAR-T的基础研究是十分急迫的,同样的,对于这种激动人心的癌症治疗方式,也需要一个全兴的药理学新概念。

 

原文标题:Clinical pharmacology of CAR-T cells: Linking cellular pharmacodynamics to pharmacokinetics and antitumor effects

 

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