癌症治療的最新方法： CAR T細胞治療

CART細胞治療癌症

CAR（Chimericantigenreceptor）又稱為嵌合抗原受體，也稱為嵌合T細胞受體，它是通過基因工程方法產生的一種人工T細胞受體。T細胞被改造后在細胞表面表達CAR，這種T細胞稱為CART細胞。CAR使T細胞可以識別並結合腫瘤細胞表面特殊的蛋白質（抗原），然後殺死腫瘤細胞。CART細胞治療是癌症的免疫靶向治療，它在臨床試驗中獲得了很好的治療效果，將會是治療癌症的有效方法。

什麼是CART細胞？

很多癌症會產生一些新的蛋白質，而正常細胞不產生這些蛋白質；或過多地產生一種蛋白質，而正常細胞產生的很少。這種新的蛋白質/過多產生的蛋白質稱為腫瘤蛋白（癌症蛋白）。人體的免疫系統可以針對腫瘤蛋白上的抗原（抗原是可以被免疫細胞識別的分子結構，在這裡是指蛋白質中一段特殊的氨基酸序列）產生特異性的免疫反應，針對腫瘤蛋白的T細胞抗原產生腫瘤特異性的T細胞反應。針對腫瘤蛋白的B細胞抗原產生腫瘤抗原特異性的抗體。腫瘤特異性的T細胞通過抗原特異性的T細胞受體與腫瘤細胞表面蛋白上的相應抗原相結合，然後觸發T細胞釋放一些化學物質而殺死腫瘤細胞。腫瘤抗原特異性的抗體與腫瘤細胞表面蛋白上的相應抗原結合后可以觸發免疫系統的反應而殺死腫瘤細胞。

20世紀80年代，以色列魏茨曼科學研究所的ZeligEshhar教授和同事提出對T細胞進行基因改造的概念。1989年，Eshhar和他的同事們創造了第一個有功能的CART細胞。

CAR是把來自單克隆抗體的單鏈可變片段（單鏈抗體，又稱為scFv），與其它分子的跨膜和細胞膜內區域融合在一起形成一個分子（單克隆抗體是抗體中的一種類型。抗體的結構示意圖，見圖1.）。通過基因轉移的方法把CAR基因導入T細胞內就產生了CART細胞。當CART細胞上的scFv與它的靶分子（抗原）結合後會把信號傳輸到T細胞內，從而導致細胞的一系列變化，最終CART細胞會殺死腫瘤細胞。CART只是對細胞表面表達相應的腫瘤抗原的腫瘤細胞發揮作用。一種類型的CART只能特異性地結合其相應的腫瘤抗原，然後殺死該種類型的腫瘤。例如，針對惡性B細胞表面CD19分子的CART細胞可以識別細胞表面有CD19分子的惡性B細胞，並殺死它們（CART細胞的生成以及結合腫瘤細胞表面的腫瘤抗原示意圖，見圖2.）。

CAR的分子結構

CAR分子由幾個不同的成分組成，它們分別是信號肽，抗原識別區，抗原識別區內的鏈接區，間隔區，跨細胞膜區和細胞內區域。通過分子克隆的方法把這幾個區的基因序列融合成一個雜交基因，這個雜交基因在T細胞內表達后產生的蛋白受體可以出現在T細胞的表面。

CAR分子的結構可以分為兩個部分，分別是細胞外部分和細胞內部分。細胞外部分包括信號肽，抗原識別區，抗原識別區內的鏈接區，間隔區，跨細胞膜區。細胞內部分是傳遞信號的部位。（CART示意圖，見圖3.）

信號肽

信號肽位於CAR分子細胞外的末端，它的功能是引導新生的CAR蛋白質進入細胞的內質網，CAR蛋白質在內質網內被糖化，糖化的CAR就可以出現在T細胞膜上。任何動物細胞內的信號肽序列都可以用在CAR分子上。

抗原識別區域

抗原識別域通常是抗體的可變片段，包括抗體輕鏈的可變片段和重鏈的可變片段（一個抗體有兩條一樣的輕鏈和兩條一樣的重鏈），把這兩個片段組和在一起形成單鏈抗體（scFv）。在這種情況下，輕鏈的可變片段和重鏈的可變片段之間需要一個鏈接片段。

間隔區

間隔區域鏈接跨膜區域和抗原結合區域。它的分子特性是應該足夠靈活，允許抗原結合區域可以向不同的方向伸展，以便識別並結合腫瘤表面的抗原。最簡單的間隔區域分子是IgG1抗體的鉸鏈區域。

跨膜結構域

跨膜結構域可以形成疏水性的α螺旋結構並橫跨細胞膜。不同分子來源的跨膜域可以影響受體穩定性。CD28跨膜結構域是一個很好的穩定受體的分子區域，因此常被用於構建CAR分子。

細胞內區域

細胞內區域是CAR分子中發揮功能的部分。CAR的受體結合抗原后受體聚集在一起，然後把信號傳送到細胞內。最常用的細胞內區域部分來自於CD3-ζ，它包含3個ITAMs（一種信號傳導的分子結構）。CD3-ζ不能提供完全激活細胞的信號，因此還需要額外的共刺激信號。例如，融合CD28或OX40與CD3-ζ可以傳輸細胞增殖/生存的信號，有時可以同時使用這三個分子。

CAR分子結構設計的發展

第一代CAR分子的細胞內區域通常來自CD3ζ鏈的細胞內部分。第二代CAR分子的細胞內區域添加了不同共刺激蛋白受體的細胞內信號區域（如CD28、41BB，ICOS），這樣可以為激活T細胞提供額外的信號。第三代CAR分子的細胞內區域整合了多個信號轉導區域，如CD3z-CD28-41BB或CD3z-CD28-OX40，以進一步增強T細胞殺死腫瘤細胞的效力=。

CART細胞的治療過程

在應用CART細胞治療患者時，首先需要獲得患者的血液，並從中分離出T細胞。T細胞在體外被活化后，通過病毒載體（Lentivirus）把CAR基因導入T細胞。CAR基因在T細胞內生成蛋白質，並出現在T細胞表面，這樣就獲得了CART。然後在實驗室大量擴增CART細胞，當達到一定的量以後，把擴增后的CART細胞回輸給患者。一般情況下，患者只需要接受一次CART細胞治療就足夠產生理想的治療效果。

CART細胞治療的效果

2014年12月份，來自美國JunoTherapeutics的科學家在美國血液病學會年會上，報告了CART細胞治療急性淋巴細胞白血病(ALL)一期臨床試驗的結果。接受治療的對象為難治性急性淋巴細胞白血病患者，經過治療27位患者中的24位的癌症得到緩解，有6位患者在治療1年多以後仍處於痊癒狀態。難治性急性淋巴細胞白血病是非常難以治療的，並且進展迅速，大多數患者在幾個月內死亡。CART細胞治療這種癌症的效果是非常令人鼓舞的。

2015年4月份，西雅圖兒科研究所的科學家在美國癌症學會年會上報告了CART細胞治療兒童複發和難治性急性淋巴細胞白血病(ALL)一期臨床試驗的結果。91%（20/22）的患者在治療后獲得完全緩解。目前，他們正在組織開展更大規模的臨床試驗。

另外，其它CART細胞治療急性淋巴細胞白血病的臨床試驗也獲得了與以上臨床試驗相似的結果。

除了CART細胞治療急性淋巴細胞白血病成功以外，目前有一些治療實體癌症的臨床試驗正在進行中。

CART細胞治療的副作用

與化療相比，CART細胞治療的副作用要小很多。CART細胞治療白血病的主要副作用包括：B細胞缺乏、細胞因子釋放綜合征(CRS)和腫瘤溶解綜合征。

B細胞缺乏發生在針對CD19抗原的CART細胞治療后，因為正常的B細胞表面也表達一定水平的CD19抗原，因此CART細胞在殺死癌症細胞的同時也殺死正常的B細胞。由於B細胞不屬於維持生命的細胞類型，因此這方面的副作用並不是很嚴重，而且在治療結束一段時間后B細胞數量會得到恢復。

CART細胞在體內擴增和激活引起細胞因子釋放綜合征(CRS)。CRS的表現包括發熱、低血壓、低氧和神經功能改變，還可能出現其它的臨床和生化變化，如散發性血管內凝血和/或轉氨酶升高相關的鐵蛋白和C-反應蛋白升高。在臨床上，可以採取一些措施來有效地控制CRS。

腫瘤溶解綜合征在化療治療白血病時也常發生。腫瘤溶解綜合征是由大量的腫瘤細胞裂解釋放的大量的鉀、磷和核酸進入全身血液循環造成的。如果發生這種情況，需要採取一系列的措施處理。

CART細胞治療的前景

CART細胞治療在治療急性白血病的早期臨床試驗中顯示出了很好的治療效果。目前有一項大型的CART細胞治療急性白血病的臨床試驗正在多個國家進行，北京301醫院也是其中的試驗中心之一。另外，CART細胞治療一些實體腫瘤的臨床試驗也正在進行中。可以樂觀地認為，在不久的將來CART細胞治療將會廣泛地應用在癌症患者身上。

CART只能用於治療細胞表面有腫瘤特異性抗原的腫瘤，這種抗原必須滿足以下幾個條件：不能出現在正常細胞的表面，或在細胞表面非常少，或在對人體來說不是很重要的正常細胞表面，不然的話，CART在殺死腫瘤細胞的同時也會殺死正常的細胞，如果這種正常細胞對人體很重要，那麼CART細胞治療將會產生非常嚴重的副作用。不是所有的腫瘤細胞都會有滿足以上條件的腫瘤抗原，因此CART細胞並不能治療所有的癌症。