干货 | CAR-T的原理和CAR的迭代

1989年Eshhar及其同事首次提出抗原嵌合受体（CAR）的概念，目的是在通过克服T细胞受体（TCR）的主要组织相容性复合体（MHC）限制，同时促进自然T细胞的扩增、杀伤和持久性，从而实现更广泛的治疗应用。经过众多团队的反复优化，CAR的结构包括单链抗体（scFv）作为抗原结合域、铰链/跨膜区、CD3-ζ和CD28或4-1BB共刺激结构域。由于基因工程技术的不断进步，CAR目前已经发展了5代，本文将介绍CAR发展的不同代次的特点以及CAR作用的原理和条件。为后续CAR-免疫细胞的研究提供基础支持。

通常使用单克隆抗体来生成CARs的胞外结构域，scFv是能够识别肿瘤特异性抗原（TAAs）的组成部分，由VL和VH区域组成。除了scFv外，靶向域还使用VHH，也称为纳米抗体重链，它们来自HcAbs的可变区域。铰链区连接跨膜区域和胞外区域。细胞内激活区域可以分为共刺激区域和信号传递区域。由共刺激机制产生的信号取决于共刺激域（CD28依赖于PIBK，而4-1BB采用NF-kB和TRAFs）。CD3-ζ通常是一个含有三个ITAM的信号区域。一旦scFv识别并与TAAs结合，ITAM上的磷酸化就会启动通过ZAP70的信号转导，然后发出信号以释放T细胞反应（图1）。

图1 CAR-T疗法的作用机制

CAR发展的每一代都在提高疗效和安全性方面有一定的提升，随着技术的进步，CAR-T细胞疗法正在逐渐突破血液肿瘤的极限以及向实体瘤和非肿瘤疾病等领域进行拓展。（图2）。

图2 CAR分子的发展和迭代

1. 第一代CAR

原始CAR仅在细胞内具有一个CD3-ζ信号分子，通过SRC酪氨酸激酶家族磷酸化。第一代CAR在特异性识别肿瘤抗原和提高T细胞抗肿瘤活性方面是有效的。然而，由于缺乏共刺激(如CD27、CD28、CD134和4-1BB)和细胞因子信号传导(如白细胞介素2(IL-2))，其增殖能力较低，治疗效果也很小。

2. 第二代CAR

在第二代CAR中，CD28或4-1BB共刺激区与CD3-ζ分子整合，在IL-2诱导下，含有SH2结构域的多种蛋白质（PIBK、GRB2和GADs）被招募，细胞增殖和细胞毒性得到显著改善。

3. 第三代CAR

以第二代为基础，第三代具有两个不同的共刺激结构域(CD28 4-1BB/ICOS-4-1BB)。

4. 第四代CAR

为了增强攻击肿瘤细胞的能力，第四代T细胞被开发为通用细胞因子杀伤(T cells redirect for universal cytokine killings，TRUCKs)或装甲CAR与恒定表达的趋化因子或细胞因子配对。第四代通过释放肿瘤中重要的化学物质或细胞因子，克服肿瘤微环境（TME）中的免疫抑制网络，提高肿瘤细胞毒性。此外，在CAR识别肿瘤特异性抗原TAA后，TRUCKs可以诱导核因子活化T细胞（NFAT）转录因子下游的IL-12活化，以招募其他免疫细胞（DC、吞噬细胞和NK等）。

5. 第五代CAR

第五代在第二代的基础上，添加细胞质IL-2受体β链(IL-2Rβ)结构域和STAT 3结合片段。激活第五代可促进T细胞受体(TCR)和细胞因子驱动的JAK-STAT信号传导，增强生物工程细胞的增殖和活化T细胞。

另外，已有研究利用CRISPR-Cas9基因编辑技术开发出了新一代异体通用型CAR-T疗法，成功治疗了自身免疫病患者，这标志着CAR-T疗法在治疗非肿瘤性疾病方面的巨大潜力。此外，CAR-T疗法的靶点也在不断拓展，从CD19扩展到BCMA等其他靶点，以适应不同类型的癌症治疗需求。未来，随着基因编辑技术、合成生物学的发展以及靶向性mRNA递送技术的突破，CAR-T疗法有望在更多疾病领域展现其治疗潜力

CAR分子的设计在CAR-T细胞治疗中扮演核心角色，通过调整胞外域、跨膜结构域和胞内域的可以增加CAR-T细胞的持久性和安全性。基于十余年病毒领域的深耕，尊龙凯时生物可为研究者提供专业的CAR载体优化设计、病毒包装、以及体外功能验证和体内药效评估等一站式服务，助力科研顺利。

参考文献