【细胞科普】关于CAR-T细胞概述

从结构上看，CARs 主要由三部分功能区域组成，包括胞内结构域、跨膜结构域和 胞外结构域。

1. 胞内结构域由共刺激结构域（Costimulatory Domain）和信号转导结构域（Signaling Domain）组成。共刺激结构域主要包括 CD28 受体家族（CD28）或肿瘤坏死因子受体家族（4-1BB、OX40、CD27）。共刺激结构域的主要功能为协同刺激分子和活化细胞内信号，使T细胞持续增殖并释放细胞因子，提高T细胞的抗肿瘤能力。如4-1BB  共刺激域可促进线粒体生成，增强T细胞的呼吸作用和脂肪酸氧化，抗原刺激后，CAR-T会优先分化为中央记忆T细胞。信号传导结构域通常为T细胞受体 TCR/CD3ζ，可发挥 T细胞信号转导功能。

2. 跨膜结构域将CAR的细胞外结构域和细胞内结构域连接，并将受体锚定于T细胞膜上，常用的跨膜结构域来源于CD4、CD8α、CD28和CD3ζ。

3. 胞外结构域主要由抗原识别结构域和铰链区构成。抗原识别结构域可识别肿瘤相关抗原（TAA），主要采用 scFv。单链抗体scFv（Single Chain Variable Fragment）是由抗体重链可变区（VH）和轻链可变区（VL）通过10-25个氨基酸组成的柔性短肽（linker）连接而成，是较小的重组抗体形式（约27kDa），不但保留了原始免疫球蛋白对抗原的特异性，而且增强了肿瘤穿透力。但目前CAR-T细胞常用的scFv源于小鼠，可能增加排斥反应或抑制物抗宿主病的风险。铰链区连接scFv和跨膜结构域，研究表明CAR-T细胞活化与铰链区长度有关，例如当抗原表位不可接近时，使用更长的铰链区可以使scFv克服空间位阻，有效结合抗原。

CARs 根据其胞内共刺激结构域可分为五代，但上市的 CAR-T 细胞疗法普遍为二 代 CAR-T：

第一代仅由胞外结构域、跨膜结构域和胞内信号转导结构域组成，但由于缺少共刺激信号的刺激，无杀伤功能或杀伤功能较弱，体内存活时间短；

第二代CAR-T具有1个独特的4-1BB或CD28或OX40分子共刺激结构域，增强了来自TCR-CD3复合物的“信号一，”T 细胞增殖能力和杀伤毒性提升。但研究发现CD28作为共刺激分子时，T细胞杀伤作用强但持续时间短；而4-1BB作为共刺激分子时，持续时间长但杀伤能力有限。目前临床普遍使用第二代CAR-T细胞，并已显示出较好的临床疗效。

目前，以4-1BB作为共刺激分子的CAR-T产品渐渐成为主流。2016年，Juno公司的JCAR015Ⅱ期临床试验因5名白血病患者在接受该疗法后出现神经毒性症状死亡而被美国FDA叫停。JCAR015的失败主要源于CD28共刺激域，CD28尽管可以快速刺激CAR-T细胞在体内扩增，但同时使CAR-T细胞快速耗竭，而且大量的扩增迅速提升了药物的风险，最终大大增加了药物的使用风险。

第三代CAR-T包含两个或更多个共刺激结构域的分子，有望进一步提升基因工程T淋巴细胞的活性和效力。但一些研究发现，第三代 CAR-T细胞的临床表现并未优于第二代CAR-T细胞，甚至劣于第二代CAR-T细胞；

第四代CAR-T在第二代的基础上增加表达特定的细胞因子（IL-12、IL-2 等），也称为“TRUCK”细胞，可在激活时分泌相应的细胞因子。IL-12是在局部肿瘤病变中吸引先天免疫细胞（巨噬细胞和 NK 细胞）的重要策略，第四代CAR-T细胞通过CRISPR技术 分泌IL-12可吸引NK细胞和巨噬细胞浸润到肿瘤部位，进一步增CAR-T细胞的有效性。

第五代CAR-T细胞通过敲除内源性T细胞受体（TCR）和白细胞抗原Ⅰ类分子（HLA），既降低异体移植时的免疫排斥反应，也避免了异体T细胞对宿主器官的免疫攻击（GvHD）。

第一、二、三、四代CAR-T 细胞示意图

1、CAR-T细胞能够以非MHC限制性的方式识别和杀伤肿瘤细胞，不需要抗原 递呈，靶向性克服免疫逃逸，显著延长患者生存期；

2、CAR-T疗法注入的活细胞能够在患者体内增殖，与化学药物和生物制剂相比 ， CAR-T细胞可以在患者体内维持长达数周或数月，减少了患者的用药频次，有望减少因剂量和给药频次导致的副作用，更好提升患者的治疗耐受性。

3、CAR-T疗法可通过与专门设计的CAR结构融合，适应多种肿瘤相关靶点，  更加精准地消灭拥有特定TAAs的癌细胞，避免杀死其他健康细胞。

4、CAR-T疗法一般仅须单次给药，传统的化疗或单克隆抗体药物需要经过多个治疗周期（一般为六至八个周期）长达数月的治疗。

1、在CAR-T疗法中，由于T 细胞在短期内大量被活化，细胞因子的释放短时间内呈爆发式增长，导致细胞因子释放综合征（CRS）、巨噬细胞活化综合征等严重不良反应。此外，神经毒性是CAR-T疗法的另一严重毒副作用，临床症状包括幻视、谵妄、言语障碍症等，临床上常使用托珠单抗（IL-6 受体抑制剂）或糖皮质激素予以治疗。

2、目前获批上市的CAR-T疗法局限于血液肿瘤的治疗，靶向B淋巴细胞上的特异性抗原（如 CD19 和 BCMA）。CAR-T疗法尚未覆盖实体瘤的关键原因在于相关肿瘤 靶点（TAAs）除了在肿瘤细胞表面表达外，在健康细胞表面同样表达，而靶向B淋巴细胞的CAR-T疗法一个常见的副作用是健康B细胞的清除，但由于CD19在大多数正常组织中不存在，仅在正常细胞表面存在，即使被清除后患者也可以通过终生注射丙种球蛋白提升免疫力，因此安全性较高。