Science综述丨工程化免疫细胞疗法未来：安全高效双管齐下

2022-12-25 15:27:20, 亦

撰文、编译丨亦

被设计改造过的免疫细胞可识别和响应疾病状态，当其输入病人体内时，就可以作为一种“活的药物”。随着多种工程化T细胞疗法被允许用于恶性血液病的治疗，工程化免疫细胞成功走向临床。为将其应用至癌症、感染性疾病等更广范围，不同修饰免疫细胞命运和功能的策略正进行着大量的临床前和临床试验。为此，发表于Science的题为The future of engineered immune cell therapies的文章总结了目前免疫细胞疗法（immune cell therapy, ICT）治疗人类疾病取得的进展，免疫细胞工程化新兴出现的疗法以及这个领域面临的挑战，特别强调了努力最多的癌症治疗方向。

第一个细胞疗法出现在80年代末，从癌症病人中分离出的肿瘤浸润T细胞被用于治疗转移性黑色素瘤，然而，T细胞免疫疗法还面临着大量挑战，如功能性肿瘤特异T细胞的分离制备等。工程化免疫细胞的方法包括药理学上的操纵和基因修饰，基因工程在临床高效的ICTs中发挥着重要作用，同时，过去30年免疫生物学的重大进展也促进了 ICT的发展成熟。在过去的5年中，6种CAR（chimeric antigen receptor）T细胞疗法被批准用于恶性血液病，1种工程化胸腺组织疗法被用于先天免疫缺陷，肿瘤浸润淋巴细胞的ICTs也即将获批，还有许多临床试验也在紧锣密鼓进行中。

工程化免疫细胞疗法的临床进展

第一个被批准的“基因疗法”是CAR T细胞疗法，CAR的表达使T细胞具有对目标抗原的特异性。一代CARs只有单一的细胞内结构域，临床效应有限，二代CARs引入共刺激信号结构域（CD28/4-1BB），直接靶向CD19抗原，早期试验显示对B细胞淋巴瘤和白血病有效。在过去的几十年中，FDA批准了4种不同CD19靶向的CAR T细胞产物用于B细胞恶性肿瘤，近期研究显示其与标准的高剂量化疗效果类似，另有2个靶向B细胞成熟抗原的CAR T细胞产物被批准用于多发性骨髓瘤且在病人中响应很好。同时，基于转基因的T细胞受体（TCR T cells）的 ICTs也在研究。TCR T cells能识别突变或过表达胞内蛋白的肽段，扩大潜在抗原靶点。TCR T的试验还在早期阶段，但其在黑色素瘤和HPV⁺上皮癌症中已经初见成效。

T细胞疗法应用于癌症外疾病也进入临床试验，尤其是自身免疫疾病，如小鼠模型中，靶向CD19的CARs能有效治疗B细胞调节的自身免疫病，也能用于狼疮中系统自身抗体水平的下降和疾病缓解等，感染性疾病中，HIV-1广谱性中和抗体产生的CARs被证实是安全的。此外，基于其他免疫细胞的疗法也进入临床试验，如MHC错配的NK细胞，巨噬细胞。目前，使用CARs, TCRs等发展新型工程化T细胞的公司就有数百家，仅CAR T cells相关的临床试验就超过1000例，但其自身的肿瘤特异性和对机体的毒性以及制备成本仍存在许多问题。

体外细胞工程

为适应临床需求，疗法使用的免疫细胞需主要具有以下特征：靶点特异性、高效、安全。体外工程主要通过遗传和分子手段实现，包括受体工程、宿主细胞基因组工程和治疗负荷联合工程（图1）。

图1 不同工程学方法系统举例

抗原受体工程是对免疫细胞表面受体进行修饰和蛋白质工程以提高靶向特异性和安全性，最典型的就是CARs，相较于TCRs，它能够不依赖于MHC的单倍型而靶向任何表面抗原，但其敏感性较低。TruCs (T cell receptor fusion constructs) 很好地结合了二者的优点，STARs (synthetic TCR and antigen receptors) 和HITs (HLA-independent TCRs) 在体内也展现出了良好的活性和抗原敏感性。

治疗负荷联合工程是使免疫细胞表达治疗有效负荷，从另一个维度调节细胞功能。其与CAR表达结合时被称为“armored” CARs或TRUCKs (T cells redirected toward universal cytokine killing)。最具有前景的负荷是分泌因子，治疗抗体或重塑肿瘤微环境，激活药物前体的酶。

基因组工程也可用于增强细胞疗法安全性和有效性。遗传学上破坏免疫细胞的PD-1等基因会增强其对抗肿瘤的能力，免疫细胞敲除筛选鉴定出了RASA2，Dhx37等基因，其敲除促进T细胞维持及抗癌活性。对基因组已知位点的靶向整合和应用CRISPR-Cas等基因编辑酶能高效地保证长时间作用，前者主要的限制是靶向整合需要与插入位点匹配的序列模板，目前多用腺相关病毒（AAV）递送，但AAV十分昂贵且不易生产，CRISPR-Cas方法的问题则在于其脱靶效应及潜在风险。

免疫细胞的工业化制造面临诸多挑战。ICT生产的最大挑战之一就是使用病毒转染来递送DNA，这是一个复杂而又很容易失败的过程，为此无病毒的方法如mRNA转染，基于转座子的基因工程工具被开发。另一个挑战则是细胞资源稀缺，尤其是病人来源的细胞，来自于替代细胞类型或基因编辑的同种异体的细胞产品仍然存在许多问题，导致其不能得到广泛应用。

体内细胞工程

工程化改造的免疫细胞在寻找和摧毁靶点的过程中也面临着一系列挑战，大多是由宿主中或被动或主动的障碍引起的，为克服以上难题，研究者们发展起来了一系列技术，包括开发将免疫细胞递送至指定位点的材料，用外界可控的线索来指示转移的细胞，以及直接对生物体进行遗传操纵（图2）。

图2 体内免疫细胞工程手段

治疗策略需要追求效率和安全性的平衡，研究者们或通过药理学操纵来控制转移免疫细胞的活性，或同时递送活化因子来控制ICTs，工程化的T细胞还能被疫苗特异性地活化，胞外囊泡、脂质体颗粒等也在被研究。生物材料的一大好处就是能够直接在体内操纵免疫细胞，使其协同作用，增强宿主免疫。改造后的抗原呈递细胞（APCs）利用生物材料支架，在原位积累了大量的APCs，使其持续释放抗原，刺激其迁移至引流淋巴结，活化佐剂。体外培养改造后的细胞昂贵又复杂，T细胞及其他免疫细胞的体内转化对于疗法长期的成功使用非常必要。编码CAR的逆转录病毒颗粒与免疫细胞整合，在体内就可以产生CAR T细胞，绕过了体外细胞操作步骤，此外，慢病毒和聚合纳米颗粒也被开发用于特异地靶向T细胞。

总的来说，工程化免疫细胞用于治疗已经取得了非常大的进步，未来需要确定更安全，更高效的基于免疫细胞的治疗方案。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq6990

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