Science:韩为东教授领衔 详谈中国CAR-T细胞疗法的崛

发布时间:2021-03-15 16:18:11
Science:韩为东教授领衔 详谈中国CAR-T细胞疗法的崛起

2018年2月2日,正值中国农历新年到来之际,权威学术期刊《Science》推出了最新一期名为《Precision medicine and cancer immunology in China》的增刊,封面将中国风与精准医学的完美融合,尽显东方美学底蕴。内容包括由国内众多知名专家牵头撰写的十多篇文章,全面阐述了中国精准医学和肿瘤免疫疗法的发展趋势。

其中关于2017年大热的CAR-T细胞疗法,解放军总医院分子免疫学研究所主任韩为东教授、魏建树教授以及郑州大学第一附属医院生物细胞治疗中心主任张毅教授联合撰写了一篇极具代表性的综述,对国内CAR-T疗法现在以及未来的进行了深刻剖析。

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控制或消除癌细胞的方法很多,包括肿瘤疫苗、化疗、放疗和酪氨酸激酶抑制剂等在内。虽然基础研究进展已经使恶性肿瘤的治疗得到了显著的改善。但不能手术的恶性肿瘤的完全和持久的缓解仍然很少见。因此,众多的研究人员都在为寻找更好的治疗肿瘤的新方法而努力。

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近年来,基于免疫检查点抑制剂和嵌合抗原受体修饰的T(CAR-T)细胞疗法在癌症治疗领域取得的显著成功,肿瘤免疫疗法已经走到了癌症治疗的前列。简而言之,免疫检查点抑制剂是通过激活患者体内能够识别和杀死肿瘤细胞的天然淋巴细胞来对抗肿瘤。CAR-T疗法是通过构建特异性嵌合抗原受体,经基因转导使T淋巴细胞表达这种嵌合抗原受体,特异性识别靶抗原从而杀伤靶细胞。

虽然过去30年来的研究一直在稳步进展,但免疫系统的复杂性是难以想象的,以至于到现在,科学家们都没有完全解释清楚肿瘤免疫学的机制。随着临床应用的发展,以T细胞为中心的癌症免疫疗法已经被证明是一种有效的抗肿瘤方案。

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2017年,美国FDA批准了首个CAR-T细胞药物Kymriah(tisagenlecleucel,曾用名CTL019,Novartis),这是肿瘤免疫治疗的一个里程碑,标志着全球CAR-T时代的正式开始。与此同时,在国内政府的大力支持下,中国的CAR-T细胞疗法也发展的非常迅速,近期注册的临床试验数量已经超过了美国。

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事实上,自1988年以来,Steven Rosenberg与他的同事发现体外培养的外周血淋巴细胞经IL-2激活扩增后能够有效杀灭未经培养的原代肿瘤细胞,他们把这些细胞称为LAK细胞(Lymphokine-activated killer cell, 淋巴因子激活的杀伤细胞)。这些细胞在回输至患者体内后能够广谱地杀伤肿瘤细胞。但Rosenberg发现单纯使用LAK细胞治疗晚期癌症的病人并不能产生很好的效果。

1991年,Schmidt-Wolf报道了细胞因子诱导的杀伤细胞(CIK)。相比较于LAK细胞,CIK细胞具有更强的细胞毒性,并表现出了更好的扩增效率。自那时以来,研究人员已经对CIK细胞进行了几次临床试验。在中国,有关该课题的第一篇研究论文发表于2002年。随后,CIK疗法因其安全性,相对简单技术和政府支持等多种原因被广泛应用。在此期间,其他使用自然杀伤(NK)细胞和树突状细胞活化的CIK细胞(DC-CIK)的治疗也在临床使用,为开发更新的CAR-T细胞疗法提供了坚实的基础。一般来说,先前使用的杀伤肿瘤细胞是天然淋巴细胞,由于没有经过修饰,因此杀伤效果很弱,很大程度上依赖于非特异性肿瘤细胞的识别机制,导致临床上获益的患者很少。

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为了提高这些疗法的临床疗效,中国的科学家尝试了多种方法来增加识别特定肿瘤的T淋巴细胞的数量,其中CAR-T技术无疑是最具吸引力的。Gideon Gross于1989年报道了第一个CAR分子的产生,第一代CAR-T在I期临床试验中显示活性差。国内首例使用改良的第二代CAR-T的研究于2009年发表,是一种用于治疗乳腺癌的人表皮生长因子受体2(HER2)特异性CAR。2014年,中国人民解放军总医院—韩为东教授的实验室发表了第一篇关于中国CAR-T临床试验的文章。随着政府限制CIK的临床应用和类似的成功几率很低的免疫疗法,天然淋巴细胞的使用逐渐减少。而CAR-T细胞疗法则是中国进入精确免疫疗法的新时代。

在2015年初,中国在ClinicalTrials.gov网站上注册的CAR-T临床试验有12项。其中8项是由PLAGH(人民解放军总医院)指挥进行的,2项是由北京肿瘤医院指挥进行的,另外1项由仁济医院和307人民解放军医院合作进行的。截至2016年1月,试验总数已上升至26个。截至2017年9月,包括国内医院、学术机构和民营企业在内,已有121个CAR-T临床试验在册,中国已经成为了全球开展CAR-T临床试验最多的国家。

CAR-T治疗血液恶性肿瘤

▪白血病和淋巴瘤

在121项注册试验中,53项是以CD19为靶点的治疗白血病的CAR-T疗法,其中44项仍在进行中。CD19是在所有B细胞上发现并对B细胞活化和增殖至关重要的膜蛋白。一般来说,急性淋巴细胞性白血病(ALL)对以CD19为靶点的CAR-T治疗反应最为敏感。入选国内首次CART-19试验的9例患者中有5例在2至9个月内完全缓解(CR),大部分患者都观察到了细胞因子释放综合征(CRS)。

总的来说,完全缓解率比纪念斯隆凯特琳癌症中心(MSKCC)、宾夕法尼亚大学和诺华的结果略低。值得注意的是,随后几次国内CART-19试验的结果显示,整体的完全缓解率(CR)与美国相当。例如,浙江大学第一附属医院招募了15例复发或难治性(R/R)ALL患者,其中12例在CART-19输注1个月后表现为完全缓解。

而复发是希望获得完全缓解的患者的长期生存的主要障碍。对此,中国的研究人员正在探索避免复发的方法。

第一种选择是使用基于双靶点的双特异性CAR-T细胞:来自重庆西南医院的一个研究小组注册了一项试验,将CART-19和CART-20(靶向CD-20)细胞依次输注到弥漫大B细胞淋巴瘤(DLBCL)患者体内。PLAGH(人民解放军总医院)组进行了两项试验,分别是针对复发难治性(R/R )B细胞恶性肿瘤患者的CART-19/20和CART-19/22细胞疗法。

另一种常见的方法是在接受CAR-T治疗获得CR(完全缓解)应答后开始HSCT(造血干细胞移植)治疗:其中,北京陆道培医院的一个研究小组已经使用这种方案治疗了27例患者,也就是在接受CART-19输注后获得CR的27位患者,随后接受了HSCT(造血干细胞移植)。

23例无疾病持续至少45天(中位随访时间为206天,范围是45-427天)。该项临床数据表明进一步使用异基因造血干细胞移植可以有效降低复发风险。此外,西南医院的研究团队也注册了CART-19治疗B细胞恶性肿瘤后进行HSCT的试验。

和PLAGH(人民解放军总医院)共同合作,由艾辉胜主任领导的团队启动了世界上第一个半相合的供体来源的CART-19细胞和PBSCs(外周血干细胞)的联合输注治疗(干细胞被刺激从骨髓转移到血液中)。接受治疗的是一位71岁的女性难治复发性ALL患者。

治疗后检测不到任何残留的病灶,并治疗过程中所发生的CRS和GVHD都是可控的。这一结果表明同种异体CAR-T细胞和PBSCs(外周血干细胞)的混合输注或可在R/R ALL中诱导完全供体细胞植入,为CAR-T和HSCT的结合提供了新的选择。

除了以上提到的CD19靶点以外,CD20和CD22也具有类似的表达模式,其在除了B祖细胞之外的所有B淋巴细胞中表达,使得这些蛋白成为管理B细胞恶性肿瘤的潜在靶点。目前,在中国有五个CD20和六个CD22 CAR-T试验登记在册。其中,PLAGH(人民解放军总医院)的研究人员于2014年发表了关于CD20 CAR-T试验的第一篇文章,首次报告了CART-20治疗DLBCL的临床结果:在7例接受CART-20细胞治疗的DLBCL患者中,6例可评价的患者中有5例获得客观缓解反应(ORR)。

就目前的临床进展来说,ALL和B细胞淋巴瘤是对CAR-T疗法最敏感的血液癌症,因此它们是国内外进一步研究的主要候选适应症。但中国的研究小组也在其他类型的血液恶性肿瘤方面做了开创性的工作。

▪ 多发性骨髓瘤(MM)

多发性骨髓瘤(MM)是一种致命性浆细胞癌,是第二大常见的恶性血液病。但通常情况下,在MM中不能检测到CD19,CD20以及CD22。临床结果表明,CD138是一种在某些造血系统癌症和癌症中发现的跨膜蛋白聚糖,可能是难治性和进行性MM的有效靶点。

2015年,PLAGH(人民解放军总医院)的研究人员报告了CART-138治疗MM的首个临床结果。截止到目前为止,已有5例患者接受了治疗,4例患者病情稳定3个月以上,另外1例进展期MM患者外周血中骨髓瘤细胞明显减少,从10.5%降至3%以下。这项研究表明CART-138可能是治疗MM的一种潜在方案。目前,在中国有三个CART-138临床试验登记在册。

此外,B细胞成熟抗原(BCMA)是一种在B细胞(包括MM细胞)中表达的蛋白质,也是MM治疗的一个潜在靶点。在2017美国临床肿瘤学会(ASCO)年会上,南京传奇生物宣布其以BCMA为靶点的CAR-T疗法LCAR-B38M的客观缓解率达100%!来自中国的传奇迅速成为焦点,惊艳ASCO。

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在一项有35名复发性或耐药性多发性骨髓瘤患者参与的临床试验中,该疗法的客观缓解率达到了100%。在最早接受治疗的19名患者里,14名达到了严格的完全缓解(sCR),剩下5名出现部分缓解,其中4名的状况非常良好。值得一提的是,该试验中5名经治超过1年的患者依旧处于sCR期。目前,已有四个CART-BCMA临床试验在中国注册。

▪ 急性髓性白血病(AML)

急性髓性白血病(AML)是影响成人的最常见的急性白血病,其中CD33抗原在超过90%的AML患者的白血病细胞中表达。2015年,PLAGH(人民解放军总医院)进行了一项临床试验,以评估靶向CD33的CART-33-CAR-T疗法治疗R/R AML的可行性和有效性。过程中研究人员观察到CAR-T细胞输注2周后,骨髓中的骨髓样细胞明显减少,但是在9周后出现了疾病进展。值得注意的是,这是首次证明CART-33治疗AML的潜力。目前,在中国有5项CART-33治疗AML的临床试验登记在册。

▪ 霍奇金淋巴瘤(HL)

在霍奇金淋巴瘤(HL)中,CD30蛋白是一个潜在的有效靶点。今年,PLAGH(人民解放军总医院)的研究人员公开报告了以CD30为靶点的CART-30-CAR-T治疗HL的I期临床试验结果。入组的18名进展性R/R HL患者,数据显示治疗耐受性良好,没有严重的毒性。其中7名患者达到了部分缓解,6名患者病情稳定。目前,在中国有四项CART-30临床试验。

CAR-T细胞治疗实体瘤

与治疗血液恶性肿瘤的优秀表现相比,CAR-T治疗实体瘤的临床现状就显得相当薄弱了。但中国的研究人员追求这一可能性的热情却并未减退,并且作出了很多的开创性贡献。目前,已有44个CAR-T细胞治疗实体肿瘤的临床试验在中国注册,覆盖了14个不同的靶点。

其中,磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(GPC-3)吸引了最多的兴趣,目前有9项试验正在开展。GPC3通常在包括肺癌和肝细胞癌(HCC)等多种实体瘤中过表达。其中以仁济医院李宗海团队为首的一批临床前研究已经证实了CART-GPC3治疗肺癌和HCC的可行性。

表皮生长因子受体(EGFR)在许多上皮恶性肿瘤中过表达的糖蛋白。包括非小细胞肺癌(NSCLC)和多种消化道癌症。2013年,CART-EGFR的临床前研究在四川大学的魏于全教授实验室进行,为进一步的临床研究提供了实验基础。2016年,PLAGH(人民解放军总医院)的研究人员发表了首个CART-EGFR临床结果。EGFR阳性(> 50%表达)R/R NSCLC的患者接受高剂量的CART-EGFR,在11例可评估的患者中,2例获得了部分缓解,5例处于疾病稳定状态持续2至8个月。重要的是,在CAR-T输注后的肿瘤活组织检查中观察到EGFR阳性肿瘤细胞的消除,提供了支持该治疗的有效性的最直接证据。然而,这一结果也强调,实体瘤的异质性可能是CAR-T治疗的一个巨大障碍。截至到目前,赚钱,已有六个CART-EGFR试验在中国注册。

此外,国内其他CAR-T治疗实体瘤的临床试验也已经有相关数据发表。2016年,以杨林博士为首的研究小组发表了以MUC1为靶点的CAR-T治疗MUC1阳性转移性精囊癌患者的病例报告,结果观察到了显著的肿瘤坏死。2017年,PLAGH(人民解放军总医院)的一个小组发表了以HER2为靶点的CAR-T细胞治疗晚期胆道癌和胰腺癌患者的I期临床试验的结果。钱程研究组发表了一项靶向癌胚抗原(CEA)治疗CEA阳性转移性结直肠癌患者的CAR-T细胞的I期临床试验结果。以上所有的研究数据均表明了CAR-T治疗多种癌症的安全性和可行性。

CAR-T治疗后

如何为患者提供更大的临床益处

CAR-T治疗后,如何为患者提供更大的临床益处?为了回答这个问题,中国的研究小组做了一些开创性的工作。例如,肿瘤干细胞(CSCs)被认为在肿瘤生长和转移中起重要作用。理论上,靶向肿瘤干细胞(CSCs)的CAR-T疗法可能有效地抑制肿瘤转移。其中CD133抗原被认为是肿瘤干细胞(CSCs)的特异性标记物,并且还在包括胆管癌(CCA)在内的各种癌症中表达。2017年的一篇文章报道了一名52岁的晚期胆管癌(CCA)患者,在接受CART-EGFR治疗后获得部分缓解后接受了CART-133治疗,观察到进一步的4.5个月的部分缓解。尽管CART-133对肿瘤干细胞(CSCs)的杀伤作用并未有确凿的研究证据,但是CAR-T鸡尾酒疗法的新型连续使用表明了其有趣的可能性。另外,上皮细胞粘附分子(EpCAM)是一种涉及上皮细胞粘附的跨膜糖蛋白,是另一种肿瘤干细胞(CSC)标志物,在中国已经发表了几项关于CART-EpCAM细胞的临床前研究。目前,国内有四项CART-EpCAM试验正在开展中。

综上,中国的CAR-T研究近年来发展非常的迅速。但与此同时,我们也不能忽视国内研究与国际研究相比的差距。

CAR-T细胞疗法的优化

例如,尽管CAR-T治疗血液恶性肿瘤是有效的,但美国的研究人员仍然在不断改进优化。其中,华盛顿州西雅图的Fred Hutchinson癌症研究中心的一个小组一直致力于优化CAR-T的组成。临床数据表明,优化所使用的T细胞类型(例如,包括较高百分比的初始或中央记忆T细胞)或使用确定的CD4阳性与CD8阳性T细胞的比例,可以获得更好的临床结果。

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按照这些原则,重庆新桥医院已经注册了CART-19临床试验,其中这些CAR-T细胞中将使用更高百分比的记忆T细胞。此外,宾夕法尼亚大学Carl June小组的一个病例报告证实了用CART-19细胞治疗MM(多发性骨髓瘤)的可能性,而在此之前,研究人员普遍认为以这是不可能的。相比较来说,中国在颠覆传统观念的创新尝试要少一点。

对于CAR-T细胞制备,国内的绝大多数临床试验使用的是病毒转染。相比之下,德克萨斯州大学MD安德森癌症中心一直在推广使用所谓的“睡美人”系统,这是一种合成的DNA转座子载体,用于在电穿孔后将DNA序列导入染色体。他们相信这个系统可以更好地满足未来对低成本和更高基因编辑能力的需求。

另外,与实体瘤治疗相关的挑战促使美国的研究人员正在开发新的策略和临床应用,并迅速将其转化到临床上去:

其中来自加利福尼亚的希望之城国家医学中心(City of Hope National Medical Center,CHNMC)的一个研究小组为了克服免疫抑制微环境,他们设计了PD-L1:CD28嵌合受体,通过交换PD-L1的跨膜和胞质蛋白结构域与CD28的结合蛋白结构域,将抑制性受体转换成共刺激受体。这种PD-L1:CD28嵌合体表现出增强的功能属性,并且为克服PD-L1介导的免疫抑制提供了新策略。

另一个来自MSKCC的研究小组为了避免CAR-T治疗过程中所产生的“脱靶毒性”,设计了抗原特异性抑制性CAR,当遇到特异性抗原时,其可以限制T细胞的活化。此外,为了降低脱靶毒性的风险,Carl June的研究小组也测试了能更精确区分肿瘤细胞和正常细胞的亲和性CAR。与美国不同,中国在这方面缺乏原创性的研究。但是,值得高兴的是,一些创新的临床试验也已经启动。例如,其中CAR-T细胞被修饰以表达可溶性PD-1或CTLA-4抗体以克服免疫抑制性微环境的六个试验已在中国注册。

确实如此,美国的临床试验比中国的更为多样化,中国的临床试验相对来说,比较简单,存在很大程度上的相似。但美国试验的多样性为我们如何设计有效的CAR-T疗法带来了宝贵的见解。例如,美国的最初研究已经阐明了使用氟达拉滨和环磷酰胺预处理方案改善CAR-T细胞的扩增和持久性的益处,并且已经展示了如何优化CAR-T制备方案和CAR分子的框架。

CAR-T细胞疗法的相关指导原则

与传统药物相比,CAR-T疗法为企业(特别是小型企业)提供了更多的机会,因为目标的多样性以及优化CAR分子结构和制备方法的许多可能的方法。当然,美国企业也为CAR-T疗法的产业化作出了突出的贡献。

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在正在进行的7个CAR-T试验中,有6个由三家公司(Kite Pharma,Juno Therapeutics和Novartis)进行。但是中国的大多数CAR-T试验都是由机构或医院主导的。业务参与主要是提供技术支持或病毒载体,因此鼓励国内企业参与CAR-T疗法产业化的最有效途径是值得进一步探讨的课题。

目前,在相关领域的专家的指导下,美国FDA已经发布了关于CAR-T疗法临床应用的明确指南和规定。令人高兴的是,2017年12月22日,CFDA发布《细胞治疗产品研究与评价技术指导原则》(试行)并对相关问题进行解读。对细胞治疗产品研发过程中涉及的药学研究、非临床研究和临床研究各个环节都做出详细规定,在确定按照药品申报原则的基础上,也对细胞治疗的独特性给予理解。正式为我国细胞治疗产品作为药品属性的规范化、产业化生产拉开序幕。

此外,政府也一直积极支持CAR-T疗法,去年宣布了14个重点研究项目,CAR-T疗法就是其中之一。

CAR-T疗法的未来

CAR-T细胞输注的副作用甚至可能会危及生命。如果没有适当的控制,严重的临床事故可能会造成重大的人员和经济损失。因此建立更多具有免疫治疗经验的临床队伍是非常重要的。而开展CAR-T疗法的企业与经验丰富的临床团队建立密切的合作关系是相当重要的,这样能最大限度的降低临床事故风险。

另外,CAR-T细胞的制备是复杂的,并且其中任何一个环节对患者的治疗都会造成很大影响。这无疑给制备技术带来了沉重的负担,这可能是一些希望进行CAR-T临床试验的公司的障碍。针对这个问题,国内的一些企业已经开始了自动化、标准化的CAR-T制备平台的开发。

总而言之,上述不足之处,为改善我国CAR-T研究现状提供了明确的途径。我们相信,在中国政府的积极支持和共同努力下,这种强大的癌症治疗形式将会得到迅速发展。

参考