【洪存正專欄】CAR-T 療法，征服癌症的新希望

海蒂萊 德福德(Heidi Ledford)在《自然》期刊最新發表的<增壓抗癌 T 細胞的競賽>(The race to supercharge cancer-fighting T cells)論文說：「通過一系列欺騙免疫細胞的工具，研究人員正在擴大 CAR-T 療法的範圍。」(With a slew of tools to trick out immune cells, researchers are expanding the repertoire of CAR-T therapies.)

文 / 洪存正 綜合報導

Crystal Mackall 記得她第一次聽到有關改造 T 細胞以識別和殺死癌症的方法時的懷疑態度。1996 年，在德國的一次會議上，坐在觀眾席上的這位兒科腫瘤學家轉向她旁邊的人說：「不可能。這太瘋狂了。」

今天，情況有所不同。「我感到很謙卑，」Mackall 說，他現在在加利福尼亞州的斯坦福大學工作，開發這種細胞來治療腦腫瘤。美國食品和藥物管理局於 2017 年批准了第一個修飾的 T 細胞，稱為嵌合抗原受體 (CAR)-T 細胞，用於治療一種白血病。這些療法已經成為幾種癌症的遊戲規則改變者。已有5個同類產品獲批，2萬多人次接收。一個曾經由少數頑強的研究人員推動的領域現在擁有數百個學術界和工業界的實驗室小組。超過 500 項臨床試驗正在進行中，隨著研究人員競相改進 T 細胞設計並擴展其功能，其他方法正準備從實驗室轉移到臨床。「在未來的幾年裡，這個領域將征服癌症。」

CRISPR 癌症試驗的成功為個性化治療鋪平了道路

通過 CRISPR 等過程在基因組編輯方面取得的進展，以及通過合成生物學重新連接細胞的能力，導致了越來越精細的修飾和增強 T 細胞用於治療的方法。這些技術正在提供工具來應對當前 CAR-T 療法的一些局限性，這些療法製造成本高，可能有危險的副作用，並且迄今為止僅在治療血癌方面取得成功。「這些技術擴展了我們使用 CAR 策略的能力，」費城賓夕法尼亞大學的癌症免疫學研究員 Avery Posey 說。「它真的會推動這種技術向前發展。」

即便如此，從人體細胞中製造這種「活藥」的挑戰超出了複雜的設計範圍。對於許多最新的候選人來說，安全和製造問題仍有待解決。紐約市紀念斯隆凱特琳癌症中心的免疫學家 Michel Sadelain 說：「非常奇特的東西出現了爆炸式增長，我認為這很棒。」 「但複雜性並不總是像所描述的那樣帶入臨床環境。」

加速並準備出發

CAR-T 療法利用 T 細胞的活動，T 細胞是免疫系統的天生獵手，它們在體內四處遊蕩，尋找不屬於自己的東西。外來細胞或感染病毒的細胞表達不尋常的蛋白質，這些蛋白質充當 T 細胞的信標，其中一些釋放出有毒的分子混合物來破壞異常細胞。這種搜索和破壞功能也可以針對癌細胞進行消除，但腫瘤通常有解除免疫系統武裝的方法，例如通過隱藏異常蛋白質或抑制 T 細胞功能。

CAR-T 細胞攜帶跨越細胞膜的合成蛋白——嵌合抗原受體。外面是一種結構，其功能類似於抗體，可與某些癌細胞表面的特定分子結合。一旦結合，細胞內的蛋白質部分就會刺激 T 細胞的活性，使其立即起作用。結果是一台微型的、加速的抗癌機器。

批准的 CAR-T 療法針對免疫細胞 B 細胞上發現的兩種蛋白質中的一種，用於治療涉及這些細胞不受控制的增殖的某些形式的白血病和淋巴瘤。這些蛋白質——CD19 和 BCMA——並不是癌症所獨有的，這意味著這些療法會不分青紅皂白地殺死 B 細胞。然而，人們可以在沒有這些細胞的情況下生活。

CAR-T療法仍有很大的改進空間。儘管效果可能是持久的——有時甚至是治愈性的——癌症最終會在大多數接受過治療的人身上復發。迄今為止，實體瘤（例如在肺癌或胰腺癌中發現的腫瘤）對 CAR-T 細胞的反應令人信服。該療法存在安全風險，在極少數情況下可能致命。而且它必須為每個接受者定制，使用他們自己的 T 細胞作為起點，導致製造過程相對緩慢且昂貴。

迄今為止，對於這些問題中的任何一個，都沒有簡單的解決方案。「我們顯然還有很長的路要走，」Mackall 說。「但我們現在看到了有希望的信號。」

在對抗實體瘤方面正在取得一些進展。這些通常包含具有不同突變組合的異質細胞嵌合體。這意味著針對特定突變蛋白的 CAR-T 療法可能僅適用於一部分細胞。T 細胞也很難穿透實體瘤的緻密塊，研究人員一直在努力尋找不會對健康組織造成嚴重破壞的合適靶點。

儘管如此，一些臨床試驗已經顯示出一線療效。Mackall 和她的同事設計了 CAR-T 細胞來標靶一種叫做 GD2 的蛋白質，這種蛋白質在一些稱為神經膠質瘤的腦癌和脊髓癌中高水平表達。該團隊給神經膠質瘤患者靜脈注射一劑 CAR-T 療法，然後將多次、較低劑量的藥物直接注射到大腦中。她和她的同事去年報告說，四分之三接受這種治療的人做出了積極回應。「這些細胞直接潛入大腦，」Mackall 說。「而且身體不會在那裡排斥它們——它在那個免疫特權空間裡玩耍。」

標靶實體瘤可能需要 T 細胞療法來識別不止一種突變的蛋白質，或者可以靶向表達比正常細胞更高水平的給定蛋白質的癌細胞。2022 年 11 月報告結果的一項臨床試驗將這一點發揮到了極致：該團隊沒有使用 CAR，而是使用 CRISPR 來設計天然 T 細胞受體（參見「靶向 T 細胞」）以識別每個參與者腫瘤中發現的突變蛋白2. 這些個體接受了針對不同蛋白質的細胞混合物，希望實體瘤不太可能對多靶點療法產生耐藥性。治療後 28 天，16 名參與者中有 5 名的腫瘤停止生長。研究人員希望調整方案，包括給予更高劑量，以提高有效性。

賓夕法尼亞大學的免疫學家 Carl June 說，跟踪和微調 T 細胞活動的能力也在提高。通過先進的單細胞分析，研究人員可以追踪工程細胞和它們旨在殺死的腫瘤的命運。他們可以確定哪些 T 細胞已經「耗盡」——長時間刺激可能導致的功能失調狀態——以及哪些腫瘤細胞對治療產生了抗藥性。他們還可以查看經過 CAR-T 治療的腫瘤周圍的環境是否充滿了免疫抑制細胞（例如巨噬細胞或調節性 T 細胞）。UTC Therapeutics 首席科學官 Yangbing Zhao 表示，克服局部免疫抑制將是利用 T 細胞對抗實體瘤的關鍵，一家總部位於新加坡的生物技術公司，正在開發 CAR-T 療法。「無論你瞄準多少目標，如果腫瘤正在逃避免疫反應，它就不會起作用，」他說。

June 和他的同事使用單細胞方法研究了針對 CD19 的 CAR-T 療法的耐藥性，並發現不能激活某些輔助性 T 細胞的 CAR-T 產品與耐藥性的出現有關3。他們還使用單細胞技術來更多地了解為什麼針對胰腺癌細胞中發現的一種叫做間皮素的蛋白質的 CAR-T 細胞經常失敗。降低 CAR-T 細胞中兩個基因的活性可能會加強治療4。「我們將能夠理解這些抵抗機制，」June 說。「然後使用所有這些工具，如 CRISPR，我們將圍繞它們進行工程設計。」

除了編輯 T 細胞，CRISPR 還被用於尋找更多修飾它們的方法。加利福尼亞州舊金山 Gladstone 研究所的免疫學家 Alexander Marson 和他的同事使用 CRISPR 激活或抑制 T 細胞中的數千個基因，然後研究這些變化對稱為細胞因子的關鍵免疫調節蛋白產生的影響。在另一個使用 CRISPR 的篩選中，研究小組發現，降低一種名為 RASA2 的蛋白質的活性可增強 CAR-T 細胞殺死其靶標的能力。「我們正在學習有關我們可以調高和調低 T 細胞行為的基因的經驗教訓，」Marson 說。

合成生物學家也將目光投向了 T 細胞，並且正在設計複雜的細胞迴路，以便更好地控制 CAR 和其他可能增加 T 細胞活性的蛋白質的表達。去年 12 月，加利福尼亞大學舊金山分校的合成生物學家 Wendell Lim 和他的同事報告7他們已經改造了 T 細胞來表達 CAR 和 IL-2，一種免疫調節蛋白。IL-2 可以改善 T 細胞對實體瘤的滲透並克服腫瘤釋放的免疫抑制信號，但全身給藥時可能有毒。讓 T 細胞產生 IL-2 可以實現蛋白質的局部給藥，從而繞過其對其他組織的毒性。

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其他合成電路的設計允許精確調節 CAR 表達，方法是將其置於激活必要基因以響應藥物的遺傳元件的控制之下。然而，Sadelain 說，到目前為止，大多數這些複雜的設計還沒有經過人體使用所需的安全研究和標準化。

波士頓馬薩諸塞州綜合醫院的腫瘤學家 Marcela Maus 說，研究人員正在吸取如此多的教訓，以至於該領域現在面臨的一個大問題是確定將哪些工程化 T 細胞用於人體研究。「我們可以在實驗室中進行如此多的發明和創新，但存在將其轉化為臨床試驗的漏斗，」她說。「我們可以做的事情太多了。我們必須弄清楚哪些是在試驗中調整和測試的最佳選擇。」

昂貴的生意

按照製藥標準，製造 CAR-T 細胞已經非常複雜。到目前為止，所有獲批的療法都需要改造人體自身的 T 細胞來表達 CAR。這增加了時間，從而增加了生產療法的成本：在美國，使用 CAR-T 細胞進行的單次治療大約需要 500,000 美元，這還不包括住院和相關治療的費用。

長期以來，人們一直認為創造可以提供給多人的 CAR-T 細胞（通常稱為現成細胞）對於降低治療價格至關重要。但印度孟買理工學院的生物工程師 Rahul Purwar 表示，早期結果表明仍有工作要做。儘管可以對細胞進行編輯以減少它們自身被免疫系統清除的機會，但早期試驗表明它們在輸注後不會存活很長時間並且可能仍會被排斥。「現成的是一種很好的方法，」他說。「它來了，但現在我們還沒有到那兒。」

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這種療法在富裕國家之外也很少見。在巴西，聖保羅 Oncoclínicas 集團的血液學家 Renato Luiz Guerino Cunha 於 2019 年成為該國第一個使用 CAR-T 療法治療患者的人。但進展緩慢，他說：他缺乏快速生產大量 CAR-T 療法的能力細胞。「三年內，我們只治療了六名患者，」他說。「我們需要新技術來處理。」

生產 CAR-T 細胞療法通常涉及使用一種稱為慢病毒的病毒作為載體，穿梭於合成 CAR 基因中。但對基因療法的更多研究增加了對臨床級慢病毒的需求。研究人員現在需要等待數月並支付高額費用才能完成他們的實驗；Cunha 自己生產，但數量很少。改進 CRISPR 基因編輯可以在這方面有所幫助。

儘管面臨挑戰，CAR-T 療法仍在繼續擴展，全球數百項臨床試驗中的一些正在探索全新的應用。去年，研究人員報告了一項針對自身免疫性疾病狼瘡的 CAR-T 療法小型試驗的可喜結果。在一項針對小鼠的研究中，研究人員對 T 細胞進行了重新編程，而無需通常的第一步將它們從體內移除，從而創建了旨在清除心臟疤痕組織的 CAR-T 細胞11。

12 月，June 和他的同事們公佈了一種簡化細胞生產的方法。在路易斯安那州新奧爾良舉行的美國血液學會年會上，該團隊宣布減少製造時間和改造 CAR-T 細胞以表達一種稱為 IL-18 的蛋白質可提高其功效，並允許研究人員減少給予細胞的劑量人們。「那些患者的反應令人難以置信，」臨床試驗的莫斯說，「這給了你一個真正誘人的暗示，如果你更好地改造 T 細胞，你可以讓它變得更強大。」