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背景知識:嵌合抗原受體T細胞免疫療法(CAR-T)的原理

 

CAR-T,全稱是Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy,嵌合抗原受體T細胞免疫療法。這是一個出現了很多年,但是近幾年才被改良使用到臨床上的新型細胞療法。和其它免疫療法類似,它的基本原理就是利用病人自身的免疫細胞來清除癌細胞,但是不同的是,這是一種細胞療法,而不是一種藥。


我們都知道,各種腫瘤療法的主要區別在于對腫瘤殺傷的方式不同,有的是希望能直接殺傷腫瘤細胞(化療放療),有的是希望將腫瘤直接去除使其無法擴散(手術),有的是希望減少腫瘤的營養來源抑制其生長(各類抗微血管生長藥物),有的是希望通過加強自身免疫力和特異性識別來達到殺傷腫瘤的效果,比如CAR T細胞。


一、作用機制
顧名思義,CAR T cell仍然是通過人體自身的特異性識別的T細胞來進行殺傷的。
首先我們要知道正常地T細胞是如何發揮作用的。對于腫瘤來說,我們自身免疫系統發揮殺傷作用的主要是T細胞。T細胞就像我們的軍隊一樣,駐守在體內,隨時準備出動。
那么體內幾億個細胞,就像我們的國家有十幾億人口一樣。好了,現在我們知道其中有一部分練了車輪功,而且還呈洗腦之勢瘋狂蔓延,軍隊必須要出動干人了,請問,我們怎么知道哪些是李大師的信徒,哪些是無辜群眾?
這個主要是靠抗原遞呈細胞(APC),這就是負責日常檢查每個人的公檢法部門。它的表面有許多用于識別細胞表面抗原的MHC分子,就像平時潛伏在人民群眾中的特務……啊不對,是深入人民群眾的警察們,看到人就驗指紋,通過核對嫌疑犯指紋庫,來找尋自己片區是否有車輪功分子。
好,接到群眾線報,就是你丫別跑!

等抓到人之后,由于這屬于特殊人群,就要交給軍隊處理。軍隊也有專門負責與MHC警察們交接的人,我們稱之為T細胞受體(TCR)。
但是問題來了,這幫當兵的大老粗只會砍人,交接過程中的各種文書工作簡直要他們命,所以每次還得帶上倆文員來與MHC警察們負責核對,這倆文員分別叫CD4和CD8。
然后,TCR大頭兵們就會把犯人放在軍隊的傳達室中暫留,驗明正身、籍貫、家庭、練車輪功多少年、是不是處男、有沒有痔瘡和口腔潰瘍等奇奇怪怪的問題之后,才會押入軍營集中管理。
這個看守所,叫做CD3。
好了這就是一個車輪功分子如何被我黨拿下的全過程

但是后來發現情況不對了,練車輪功的太多,CD4和CD8倆文員以及MHC警察累成狗了都交接不完,公檢法方面和軍隊方面只好又排出許多這樣的人來幫他們交接,增快效率,這些我們稱為共刺激分子,比如最經典的B7/CD28家族。

經過一番折騰,終于把人全部弄進去了,到了軍隊里,一發現有新犯人來了,那家伙,瞬間通過各種不同的傳達方式,增殖許多T細胞,涌向了車輪功分子,然后……哦呵呵呵呵滿清十大酷刑神馬的才沒有呢哦呵呵呵呵呵

以上就是一個車輪功學員悲慘的一生,小朋友千萬不要練車輪功哦!

但是腫瘤細胞比較喪心病狂,它把自己指紋給毀了,所以呆萌的MHC警察叔叔們也不會覺得它是壞人,于是可以安心搞破壞。

而CAR作為一種新型檢測方式,屌就屌在,能感應到車輪功練習者散發出的王八之氣……還能根據需要針對不同流派的車輪功分子進行定制,定點打擊,十分帶感。
最重要的是,它的檢測部分ScFv(下面會講),體積微小易于攜帶,全程傻瓜式操作,完全不需要經過公檢法和TCR大兵,CD3里的傳達室大爺(名叫ζ鏈)可以直接帶著上路抓人。正所謂“簡政放權”。

為了方便辦各種收犯人的手續,傳達室老大爺直接抓著CD4./CD8倆倒霉文員一起上路。但是這倆哥們沒了好基友MHC和TCR總覺得心神恍惚,效率極低,這是第一代CAR
于是傳達室老大爺們果斷把他們踹掉,拉來了一起來幫忙辦事的CD28,效果就好多了,這是第二代CAR
后來他們覺得還是慢,又找了些一起辦事的比如CD137之類,每次帶倆文員出門,效果拔群,這是第三代CAR

所以簡單總結下,CAR的優點在于
1、CAR能非MHC依賴性識別腫瘤抗原,不需要經過APC。
能檢測王八之氣,不怕你毀指紋,傳達室老大爺直接上街抓人,不需要經過公檢法和大頭兵。
2、腫瘤表面蛋白類和脂類抗原都可以作為靶點
無論是口臭腋臭腳臭還是打嗝放屁都能檢測出車輪功的王八之氣,全方位無死角。
3、有共刺激分子(如CD28),能有效增強T細胞增殖。
帶著文員上路,抓人就是快,就是猛!

二、分子結構
這種識別功能源自于免疫球蛋白。
學過免疫的都知道,免疫球蛋白是“Y”字型結構,Y的兩臂頂端是可變區,其他是恒定區,可變區是識別抗原的部位所在。
因此,CAR的理念就在于,直接把可變區扒下來制作探測器,其他亂七八糟的全部丟掉,輕裝上陣!
這種只有可變區的部位,我們叫做單鏈抗體ScFv,是目前能獲得的最小的具有特異性識別功能的分子,大小為28KD

這玩意加上文員CD28,再加上傳達室老大爺ζ鏈,共同組成了CAR。
可以直接抓人,然后扔進軍隊,然后#¥……#%¥&#¥%@#%@#¥@#¥@!



三 臨床應用
首次臨床應用的報道是2008年,在Nature medicine上報道了使用CART細胞治療11例兒童成纖維神經瘤,6例好轉的報道。
目前的臨床應用,主要集中在白血病上,針對的是CD19、CD20、CD22三個靶向位點。
現在使用的方法,主要是將患者的外周血PBMC抽出,加入CAR培養,達到目標濃度后回輸,發揮效應。但問題在于,將CAR轉染的這一步效率是否能達到目標濃度(1*10^9以上,各中心可能有差別)。
細胞常用的轉錄方法有4種,分別是:
慢病毒法
反轉錄病毒法
電穿孔法
轉座子法

轉座子法大概是因為效率太低,沒什么人用。
反轉錄病毒就是HIV減毒后的病毒載體,考慮到安全性問題,大家也都不傾向于使用。
那么目前來看,大概就是主要就集中在慢病毒與電穿孔法的優劣之爭上。前者是病毒載體,后者則是物理手段。
優劣大致如下:

在臨床實踐中,電穿孔法效率較低的缺點是非常嚴重的。
在某個針對白血病患者使用靶向CD20的CART治療實驗中,發現有大約1/4的患者在體外培養五個月后仍然無法達到治療濃度。而即使達到治療濃度的部分,也需要花費兩個月至三個半月不等的時間,時間成本非常高昂。


與之相反,慢病毒轉染則是成為了CAR臨床應用最出名的案例,其開拓者就是費城兒童醫院(CHOP)的June教授所帶領的小組。
在2011和2013年,他先后在NEJM上發表了個案報道,描述了運用CAR-T細胞治療慢性和急性白血病的病例,效果都十分不錯。
而就在今年的10月19日,他又發布了最新數據,30例兒童白血病患者有27位得到了充分緩解。(未在圖中列出)

但是CART也并不是那么完美。盡管受限于目前病例數量,我們無法得出一個系統的結論,但是各種臨床常見的腫瘤治療副反應它都有,更關鍵的是,它容易出現誤傷現象,識別失誤導致攻擊正常細胞,稱為“脫靶效應”。
在2010年,先后有兩例報道,分別報道了結腸癌遠處轉移患者于白血病患者均因為脫靶效應而造成死亡,也直接促使美國重組DNA委員會(RDAC)召開會議針對性研究,要求減少劑量,推動第二代與第三代CAR的運用。

總結下,CAR臨床運用的障礙就是:
1、早期殺傷力與特異性不強
2、轉錄方式的選擇問題
3、副作用仍不能忽視
4、還有個文中沒寫的,價格十分昂貴,市場化后保守估計也得30-50萬美元。

近年來突飛猛進的原因,大致就是上述幾點不斷改進,以及各大藥廠開始砸錢進入。

四、其他
CAR的運用潛能非常巨大,現在也成為了各大藥廠爭奪的對象。
由于其ScFv獨特的設計,可以成為許多不同的運用,比如在納米微球上綁定ScFv,可以成為Pet-CT掃描的顯影劑,甚至成為超聲的顯影劑。
同樣,在各種已知的靶向治療藥物上綁定ScFv,可以提高特異性。
而靶向的選擇也非常有意思,針對腫瘤特異性的問題,有的人甚至特別提出了使用腫瘤標志物作為識別抗原。腫瘤標志物殘留在腫瘤細胞上的部分作為攻擊靶點,目前已經有動物實驗,比如CA125。

同為免疫過繼治療,之前很火的DC-CIK在CAR-T出現之后逐漸沉寂,二者方式幾乎一樣,但是CAR-T無需抗原遞呈細胞的特性決定了它不可撼動的優勢。



五、總結


但是想像天花那樣徹底消滅腫瘤,或者像結核那樣徹底治愈腫瘤,很遺憾,我個人預計50年內是沒啥太大希望的。

完。

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