在20世纪80年代后期，科家学们开始尝试用嵌合抗原受体（Chimeric Antigen Receptor, CAR）T细胞进行实验，当时三名研究人员通过基因工程改造T细胞使其表达识别半抗原的抗体并重定向其特异性^1-2。

 2011年，Carl June和他的团队报道了一例使用自体抗CD19 CAR-T细胞（CAR-T19）成功治愈的一名慢性淋巴细胞白血病（CLL）病患³。2017年，首款CAR-T疗法—诺华制药“Kymriah”的获批，堪称为“免疫疗法的里程碑”，成功宣告CAR-T技术在商业化临床的使用。迄今为止，已有众多CAR-T细胞的相关文献发表，描述从CAR-T细胞的设计、开发到临床应用。在这一期的微信中，我们回顾了最近在CAR-T细胞研究领域里的一系列重要进展，并探讨了从实验室到临床采用T细胞疗法的深远意义。

设计更好的T细胞

细胞治疗的第一步，是需要从患者身上分离T细胞，并进行激活、扩增和遗传修饰，以表达体外识别所选抗原的CAR。在这个阶段，有许多因素需要加以考虑，其中包括靶点选择和遗传修饰的方法。

  1. 靶点选择

CARs是合成的跨膜受体，其含有赋予抗原特异性抗体的胞外scFv结构域，和一种细胞内组分，这种细胞内组分通常包括CD3ζ和协同刺激（比如CD28、4-1BB、OX-40）信号域，以模拟T细胞信号（图1）^4-5。在抗原识别后，CAR-T细胞被激活并启动它们的效应子功能，比如细胞因子的产生和细胞毒性，其最终导致任何表达靶点抗原细胞的消除。由于肿瘤抗原通常也在非恶性细胞上表达，因此，靶点选择在CAR-T细胞设计中是一项挑战。

图1. 嵌合抗原受体（CAR）的结构

摘选自CAR-T细胞制备的挂图，通过Nature Protocols制作并由STEMCELL Technologies提供支持。以下研究表明可以通过特异性靶点的选择，来减少CAR-T细胞疗法副作用：

• Targeting AFP-MHC complex with CAR T cell therapy for liver cancer⁶

  Clinical Cancer Research, 2017

  利用靶向AFP-MHC复合物的CAR-T细胞治疗肝癌。

• Precision tumor recognition by T cells with combinatorial antigen-sensing circuits⁷

  Cell, 2016

  使用组合抗原感应环路使T细胞更精确地识别肿瘤。

• Systemic immunity is required for effective cancer immunotherapy⁸

  Cell, 2017

  触发广泛的系统免疫对有效的癌症免疫疗法是必需的。

 2、遗传修饰

通过对T细胞遗传修饰表达CAR，其被重新定向至一特定的靶点。目前，最常用的遗传修饰T细胞的方法是使用病毒（比如γ-逆转录病毒或慢病毒）的载体，这些工程化载体可以携带CAR构建体⁹。简言之，T细胞被激活，然后用可将其携带的物质释放进细胞的病毒颗粒进行转导，从而导致CAR构建体插入转导的T细胞基因组里（图2）。最近，Li等人发表了关于使用EasySep^TM分离的T细胞的γ-逆转录病毒的产生和T细胞转导的完整方案¹⁰。 

    图2. 通过逆转录病毒转导T细胞

摘选自CAR-T细胞制备的挂图，通过Nature Protocol制作，并由STEMCELL Technologies提供支持。以下研究阐述了通过对T细胞进行遗传修饰来定向特定的靶点：

• Genome-wide profiling reveals remarkable parallels between insertion site selection properties of the MLV retrovirus and the piggyBac transposon in primary human CD4+ T cells¹¹

  Molecular Therapy, 2016

  全基因组分析揭示在人原代CD4+T细胞里MLV逆转录病毒插入位点的选择特性和piggyBac转座子之间有着显著的相似性。

• Evaluation of TCR gene editing achieved by TALENs, CRISPR/Cas9, and megaTAL nucleases¹²

  Molecular Therapy, 2016

  通过TALENs、CRISPR/Cas9和mega TAL核酸酶实现的TCR基因编辑的评估。

• In situ programming of leukaemia-specific T cells using synthetic DNA nanocarriers¹³

  Nature Nanotechnology, 2017

  使用合成的DNA纳米载体原位编程白血病特异性T细胞。

3、新概念

实验室里的前沿研究在CAR-T细胞设计中不断提出了各种新的、令人兴奋的概念。以下研究介绍了一些关于T细胞传送的新概念：

• Biopolymer implants enhance the efficacy of adoptive T-cell therapy¹⁴

  Nature Biotechnology, 2015

  生物聚合物植入体增强了过继性T细胞疗法的功效。

• Engineering T cells with customized therapeutic response programs using synthetic Notch receptors¹⁵

  Cell, 2016

  使用人工合成的Notch受体制备具有定制治疗反应程序的工程化T细胞。

    想了解CAR-T细胞的最新研究进展包括以上文献的具体内容，请点击这里。

参考文献

1. Gill S et al. (2016) Chimeric antigen receptor T cell therapy: 25 years in the making. Blood Rev 30 (3): 157-67.

2. Gross G et al. (1989) Expression of immunoglobulin-T-cell receptor chimeric molecules as functional receptors with antibody-type specificity. Proc Natl Acad Sci U S A 86 (24): 10024-8.

3. Porter DL et al. (2011) Chimeric antigen receptor-modified T cells in chronic lymphoid leukemia. N Engl J Med 365: 725-33.

4. Srivastava S et al. (2015) Engineering CAR-T cells: design concepts. Trends Immunol 36(8):494-502.

5. Fesnak AD et al. (2016) Engineered T cells: the promise and challenges of cancer immunotherapy. Nat Rev Cancer 16: 566-81.

6. Liu H et al. (2017) Targeting alpha-fetoprotein(AFP)-MHC complex with CAR T-cell therapy for liver cancer. Clin Cancer Res 23(2): 478-88.

7. Roybal KT et al. (2016). Precision tumor recognition by T cells with combinatorial antigen-sensing circuits. Cell 164(4): 770-9.

8. Spitzer MH et al. (2017). Systemic immunity is required for effective cancer immunotherapy. Cell 168(3): 487-502.

9. Dai H et al. (2016) Chimeric antigen receptors modified T-cells for cancer therapy. J Natl Cancer Inst 108(7).

10. Li G et al. (2017) Gammaretroviral production and T cell transduction to genetically retarget primary T cells against cancer. Methods Mol Biol 1514: 111-118.

11. Gogol-Döring A et al. (2016) Genome-wide profiling reveals remarkable parallels between insertion site selection properties of the MLV retrovirus and the piggyBac transposon in primary human CD4+ T cells. Mol Ther 24(3): 592-606.

12. Osborn MJ et al. (2016) Evaluation of TCR gene editing achieved by TALENs, CRISPR/Cas9, and megaTAL nucleases. Mol Ther 24(3): 570-581.

13. Smith TT et al. (2017) In situ programming of leukaemia-specific T cells using synthetic DNA nanocarriers. Nat Nanotechnol 12(8): 813-20.

14. Stephan SB et al. (2015) Biopolymer implants enhance the efficacy of adoptive T-cell therapy. Nat Biotechnol 33(1): 97-101.

15. Roybal KT et al. (2016) Engineering T cells with customized therapeutic response programs using synthetic Notch receptors. Cell 167(2): 419-32.

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