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背景知识:嵌合抗原受体T细胞免疫疗法(CAR-T)的原理

 

CAR-T,全称是Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy,嵌合抗原受体T细胞免疫疗法。这是一个出现了很多年,但是近几年才被改良使用到临床上的新型细胞疗法。和其它免疫疗法类似,它的基本原理就是利用病人自身的免疫细胞来清除癌细胞,但是不同的是,这是一种细胞疗法,而不是一种药。


我们都知道,各种肿瘤疗法的主要区别在于对肿瘤杀伤的方式不同,有的是希望能直接杀伤肿瘤细胞(化疗放疗),有的是希望将肿瘤直接去除使其无法扩散(手术),有的是希望减少肿瘤的营养来源抑制其生长(各类抗微血管生长药物),有的是希望通过加强自身免疫力和特异性识别来达到杀伤肿瘤的效果,比如CAR T细胞。


一、作用机制
顾名思义,CAR T cell仍然是通过人体自身的特异性识别的T细胞来进行杀伤的。
首先我们要知道正常地T细胞是如何发挥作用的。对于肿瘤来说,我们自身免疫系统发挥杀伤作用的主要是T细胞。T细胞就像我们的军队一样,驻守在体内,随时准备出动。
那么体内几亿个细胞,就像我们的国家有十几亿人口一样。好了,现在我们知道其中有一部分练了车轮功,而且还呈洗脑之势疯狂蔓延,军队必须要出动干人了,请问,我们怎么知道哪些是李大师的信徒,哪些是无辜群众?
这个主要是靠抗原递呈细胞(APC),这就是负责日常检查每个人的公检法部门。它的表面有许多用于识别细胞表面抗原的MHC分子,就像平时潜伏在人民群众中的特务……啊不对,是深入人民群众的警察们,看到人就验指纹,通过核对嫌疑犯指纹库,来找寻自己片区是否有车轮功分子。
好,接到群众线报,就是你丫别跑!

等抓到人之后,由于这属于特殊人群,就要交给军队处理。军队也有专门负责与MHC警察们交接的人,我们称之为T细胞受体(TCR)。
但是问题来了,这帮当兵的大老粗只会砍人,交接过程中的各种文书工作简直要他们命,所以每次还得带上俩文员来与MHC警察们负责核对,这俩文员分别叫CD4和CD8。
然后,TCR大头兵们就会把犯人放在军队的传达室中暂留,验明正身、籍贯、家庭、练车轮功多少年、是不是处男、有没有痔疮和口腔溃疡等奇奇怪怪的问题之后,才会押入军营集中管理。
这个看守所,叫做CD3。
好了这就是一个车轮功分子如何被我党拿下的全过程

但是后来发现情况不对了,练车轮功的太多,CD4和CD8俩文员以及MHC警察累成狗了都交接不完,公检法方面和军队方面只好又排出许多这样的人来帮他们交接,增快效率,这些我们称为共刺激分子,比如最经典的B7/CD28家族。

经过一番折腾,终于把人全部弄进去了,到了军队里,一发现有新犯人来了,那家伙,瞬间通过各种不同的传达方式,增殖许多T细胞,涌向了车轮功分子,然后……哦呵呵呵呵满清十大酷刑神马的才没有呢哦呵呵呵呵呵

以上就是一个车轮功学员悲惨的一生,小朋友千万不要练车轮功哦!

但是肿瘤细胞比较丧心病狂,它把自己指纹给毁了,所以呆萌的MHC警察叔叔们也不会觉得它是坏人,于是可以安心搞破坏。

而CAR作为一种新型检测方式,屌就屌在,能感应到车轮功练习者散发出的王八之气……还能根据需要针对不同流派的车轮功分子进行定制,定点打击,十分带感。
最重要的是,它的检测部分ScFv(下面会讲),体积微小易于携带,全程傻瓜式操作,完全不需要经过公检法和TCR大兵,CD3里的传达室大爷(名叫ζ链)可以直接带着上路抓人。正所谓“简政放权”。

为了方便办各种收犯人的手续,传达室老大爷直接抓着CD4./CD8俩倒霉文员一起上路。但是这俩哥们没了好基友MHC和TCR总觉得心神恍惚,效率极低,这是第一代CAR
于是传达室老大爷们果断把他们踹掉,拉来了一起来帮忙办事的CD28,效果就好多了,这是第二代CAR
后来他们觉得还是慢,又找了些一起办事的比如CD137之类,每次带俩文员出门,效果拔群,这是第三代CAR

所以简单总结下,CAR的优点在于
1、CAR能非MHC依赖性识别肿瘤抗原,不需要经过APC。
能检测王八之气,不怕你毁指纹,传达室老大爷直接上街抓人,不需要经过公检法和大头兵。
2、肿瘤表面蛋白类和脂类抗原都可以作为靶点
无论是口臭腋臭脚臭还是打嗝放屁都能检测出车轮功的王八之气,全方位无死角。
3、有共刺激分子(如CD28),能有效增强T细胞增殖。
带着文员上路,抓人就是快,就是猛!

二、分子结构
这种识别功能源自于免疫球蛋白。
学过免疫的都知道,免疫球蛋白是“Y”字型结构,Y的两臂顶端是可变区,其他是恒定区,可变区是识别抗原的部位所在。
因此,CAR的理念就在于,直接把可变区扒下来制作探测器,其他乱七八糟的全部丢掉,轻装上阵!
这种只有可变区的部位,我们叫做单链抗体ScFv,是目前能获得的最小的具有特异性识别功能的分子,大小为28KD

这玩意加上文员CD28,再加上传达室老大爷ζ链,共同组成了CAR。
可以直接抓人,然后扔进军队,然后#¥……#%¥&#¥%@#%@#¥@#¥@!



三 临床应用
首次临床应用的报道是2008年,在Nature medicine上报道了使用CART细胞治疗11例儿童成纤维神经瘤,6例好转的报道。
目前的临床应用,主要集中在白血病上,针对的是CD19、CD20、CD22三个靶向位点。
现在使用的方法,主要是将患者的外周血PBMC抽出,加入CAR培养,达到目标浓度后回输,发挥效应。但问题在于,将CAR转染的这一步效率是否能达到目标浓度(1*10^9以上,各中心可能有差别)。
细胞常用的转录方法有4种,分别是:
慢病毒法
反转录病毒法
电穿孔法
转座子法

转座子法大概是因为效率太低,没什么人用。
反转录病毒就是HIV减毒后的病毒载体,考虑到安全性问题,大家也都不倾向于使用。
那么目前来看,大概就是主要就集中在慢病毒与电穿孔法的优劣之争上。前者是病毒载体,后者则是物理手段。
优劣大致如下:

在临床实践中,电穿孔法效率较低的缺点是非常严重的。
在某个针对白血病患者使用靶向CD20的CART治疗实验中,发现有大约1/4的患者在体外培养五个月后仍然无法达到治疗浓度。而即使达到治疗浓度的部分,也需要花费两个月至三个半月不等的时间,时间成本非常高昂。


与之相反,慢病毒转染则是成为了CAR临床应用最出名的案例,其开拓者就是费城儿童医院(CHOP)的June教授所带领的小组。
在2011和2013年,他先后在NEJM上发表了个案报道,描述了运用CAR-T细胞治疗慢性和急性白血病的病例,效果都十分不错。
而就在今年的10月19日,他又发布了最新数据,30例儿童白血病患者有27位得到了充分缓解。(未在图中列出)

但是CART也并不是那么完美。尽管受限于目前病例数量,我们无法得出一个系统的结论,但是各种临床常见的肿瘤治疗副反应它都有,更关键的是,它容易出现误伤现象,识别失误导致攻击正常细胞,称为“脱靶效应”。
在2010年,先后有两例报道,分别报道了结肠癌远处转移患者于白血病患者均因为脱靶效应而造成死亡,也直接促使美国重组DNA委员会(RDAC)召开会议针对性研究,要求减少剂量,推动第二代与第三代CAR的运用。

总结下,CAR临床运用的障碍就是:
1、早期杀伤力与特异性不强
2、转录方式的选择问题
3、副作用仍不能忽视
4、还有个文中没写的,价格十分昂贵,市场化后保守估计也得30-50万美元。

近年来突飞猛进的原因,大致就是上述几点不断改进,以及各大药厂开始砸钱进入。

四、其他
CAR的运用潜能非常巨大,现在也成为了各大药厂争夺的对象。
由于其ScFv独特的设计,可以成为许多不同的运用,比如在纳米微球上绑定ScFv,可以成为Pet-CT扫描的显影剂,甚至成为超声的显影剂。
同样,在各种已知的靶向治疗药物上绑定ScFv,可以提高特异性。
而靶向的选择也非常有意思,针对肿瘤特异性的问题,有的人甚至特别提出了使用肿瘤标志物作为识别抗原。肿瘤标志物残留在肿瘤细胞上的部分作为攻击靶点,目前已经有动物实验,比如CA125。

同为免疫过继治疗,之前很火的DC-CIK在CAR-T出现之后逐渐沉寂,二者方式几乎一样,但是CAR-T无需抗原递呈细胞的特性决定了它不可撼动的优势。



五、总结


但是想像天花那样彻底消灭肿瘤,或者像结核那样彻底治愈肿瘤,很遗憾,我个人预计50年内是没啥太大希望的。

完。

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