综述：嵌合抗原受体 T 细胞（CAR-T）疗法的困境与下一代创新设计策略

《Cell Death & Disease》：CAR-T therapy dilemma and innovative design strategies for next generation

这篇综述聚焦 CAR-T 细胞疗法，详细探讨了其在肿瘤免疫治疗中面临的诸如致命细胞毒性、运输受限等困境，介绍了跨学科的创新解决策略，为推动 CAR-T 细胞疗法发展提供了全面且有价值的参考。

　　

CAR-T 细胞疗法概述

嵌合抗原受体 T 细胞（CAR-T）疗法是将基因工程改造的人类 T 细胞回输到患者体内用于疾病治疗。CAR 由胞外抗原识别域（通常是识别肿瘤抗原的单链可变片段 scFv ）、跨膜域和胞内域（包括 CD3ζ 信号域和共刺激域）构成。第一代 CAR 仅含 CD3γ 或 CD3ζ 信号域，后续几代通过添加共刺激域，如 CD28 或 4-1BB，增强了 T 细胞的增殖、细胞因子释放和杀伤活性 。目前，第四代 CAR-T 细胞正不断探索和优化胞内信号域以提升疗效。

CAR-T 细胞疗法的困境

1. 致命细胞毒性：细胞因子释放综合征（CRS）是限制 CAR-T 细胞疗法广泛临床应用的主要问题，它是由促炎细胞因子引发的严重超生理炎症反应。
2. 运输受限和肿瘤浸润有限：T 细胞的运输和浸润很大程度上依赖趋化因子，但许多实体瘤会抑制趋化因子的分泌或分泌不匹配的趋化因子。此外，实体瘤结构复杂，构成了 T 细胞浸润的物理屏障。
3. 免疫抑制微环境：免疫抑制性的肿瘤微环境（TME），包括免疫抑制检查点配体 / 受体、免疫抑制细胞和细胞因子，是 CAR-T 细胞疗法的主要障碍。
4. 效力和持久性有限：复杂的 TME 限制了 CAR-T 细胞的效力和持久性，影响其治疗效果。

解决 CAR-T 细胞疗法困境的策略

1. 针对致命细胞毒性的策略
   • 自我控制：通过限制 CAR 的表达或抗原亲和力来降低致命细胞毒性。例如，用编码 CAR 的信使 RNA（mRNA）瞬时转染 T 细胞，使 CAR 蛋白表达随 T 细胞增殖而减少；调整 CAR 与抗原的亲和力，如 CAT CAR 对 CD19 的亲和力比 FMC63 CAR 低至少 40 倍，但抗肿瘤活性更强且神经副作用更轻。
   • 主动控制 - “关闭开关”：利用自杀基因，如单纯疱疹病毒胸苷激酶（HSV-TK）、诱导型半胱天冬酶 9（iCasp9）和 CD20 等作为安全开关，可在必要时清除 CAR-T 细胞。如 B7H3-sr39tk CAR-T 细胞，在给予抗病毒药物更昔洛韦后，激活的 CAR-T 细胞数量迅速下降，且不损伤正常组织 。
   • 主动控制 - “打开开关”：光遗传学可用于控制 CAR-T 细胞的细胞毒性，如光控 CAR-T 细胞（LiCARs）在黑暗中处于 “睡眠” 状态，经蓝光激发后才会发挥功能；聚焦超声（FUS）可刺激 FUS-CAR-T 细胞，使 CD19 CAR 表达被触发，从而消除肿瘤细胞；缺氧诱导因子（HIFs）可用于设计 HypoxiCAR-T 细胞，使其在肿瘤微环境中特异性表达和激活 CAR，减少对正常组织的损伤。
2. 改善运输受限和肿瘤浸润的策略
   • 基于趋化因子的 CAR-T 细胞富集：增强与 CD8 T 细胞抗肿瘤反应相关的趋化因子轴的活性，可提升 CAR-T 细胞的迁移和浸润能力。如 CXCL9/10/11 - CXCR3 轴、CXCL16 - CXCR6 轴、CCL19/CCL21 - CCR7 轴等，通过上调这些趋化因子或其受体的表达，或使用靶向药物促进趋化因子分泌，可吸引 CAR-T 细胞到肿瘤部位 。此外，异位表达促肿瘤趋化因子受体，如 CXCR1/2、CCR2 等，也能改善 CAR-T 细胞的运输和浸润 。
   • 生物相容性材料克服物理屏障：生物相容性材料可将激活的免疫细胞持续输送到肿瘤中。如聚合物多孔微针（PMN）可容纳和播散 CAR-T 细胞；镍钛合金薄膜（TFN）微网可招募和激活肿瘤特异性 CAR-T 细胞；大孔支架、纤维蛋白凝胶、可注射水凝胶等也能有效克服物理屏障，促进 CAR-T 细胞在肿瘤中的分布和活性 。
3. 应对免疫抑制微环境的策略
   • 纳米材料：利用纳米材料的特性调节免疫抑制性 TME。如基于吲哚菁绿（ICG）的纳米颗粒（INPs）可通过光热效应提高肿瘤局部温度，杀伤肿瘤细胞并重塑 TME；纳米酶，如铁锰硅酸盐纳米颗粒（IMSN）和 HA@Cu2-xS-PEG（PHCN）纳米酶，可通过催化反应产生细胞毒性物质或改善免疫细胞环境；纳米材料还可用于促进肿瘤血管正常化，如 PLGA - ICG 纳米颗粒和 NanoNO，增加 T 细胞浸润 。
   • 溶瘤病毒：分泌细胞因子的溶瘤病毒（OVs）可 “重新编程” TME，诱导抗肿瘤免疫反应。如 OAd - TNF-α - IL2 可增强间皮素 CAR-T 细胞疗法的抗肿瘤疗效；一些溶瘤痘苗病毒可补充趋化因子，增强 CAR-T 细胞的疗效；OVs 还可携带 PD-L1 阻断微型抗体，帮助 CAR-T 细胞突破 TME 屏障 。
   • CAR-T 衍生的外泌体：CAR-T 细胞受肿瘤抗原刺激后会释放大量外泌体，其抗肿瘤功能不受免疫抑制微环境的限制。CAR-T 衍生外泌体表面携带 CAR，内部包裹穿孔素 / 颗粒酶等，能识别和杀伤肿瘤细胞。此外，还可在外泌体中负载化疗药物、RNA 疫苗等，增强其抗肿瘤效果 。
4. 提高效力和持久性的策略
   • CRISPR 筛选：基于 CRISPR - Cas9 的基因组编辑工具可用于筛选影响 T 细胞功能的基因。如通过全基因组 CRISPR 筛选发现 FAM49B 是 T 细胞激活的负调节因子，敲除该基因可增强 CAR-T 细胞的效力；CRISPR 筛选还揭示了一些代谢相关基因，如 Slc7a1、Slc38a2 和 Pofut1 等对 T 细胞功能的影响，为 CAR-T 细胞疗法提供了新的靶点 。
   • 肠道微生物群及其代谢产物：肠道微生物群的多样性与 CAR-T 疗法的反应相关。一些研究表明，肠道微生物群可通过激活 IFN+CD8 T 细胞、交叉反应以及产生短链脂肪酸（SCFAs）等方式增强 CAR-T 细胞的效力。如乙酸、丁酸和戊酸等 SCFAs 可促进 T 细胞的存活、激活和持久性；肌苷可作为营养物质为 CAR-T 细胞提供支持，增强其肿瘤清除能力 。

结论与展望

CAR-T 细胞疗法在血液肿瘤治疗中取得了显著成效，但仍面临诸多障碍。目前，一些解决策略已进入临床试验阶段，如针对致命细胞毒性的低亲和力 CD19 CAR 临床试验显示出较低的毒性和较好的生存率；针对运输受限和肿瘤浸润的 CXCR2、CXCR4 或 CXCR5 异位表达 CAR-T 细胞疗法也在进行临床试验 。未来，除了继续优化现有策略，还需考虑 CAR-T 疗法的内在局限性，如患者 T 细胞与 CAR-T 细胞的竞争关系、CAR-T 细胞的表观遗传特征等。综合理解 CAR-T 细胞的外部和内在特征，将有助于开发更有效的治疗方法，克服当前的障碍，为肿瘤患者带来更多希望。