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测序百家丨中国人民解放军总医院韩为东教授:中国CAR-T疗法的崛起

当前,控制或消除癌细胞的方法多种多样,包括肿瘤疫苗、化疗、放疗和酪氨酸激酶抑制剂等。随着对恶性肿瘤进展的基础研究的不断发展,其治疗效果得到了显著改善。然而,对于不能进行手术的恶性肿瘤,完全缓解或持续缓解仍较为困难。目前,研究人员正在付出极大的努力,以寻找更有前景的抗击肿瘤的新疗法。

最近,作为肿瘤治疗的有力手段,免疫治疗已经走在了最前沿,利用免疫检查点抗体和嵌合抗原受体修饰的T细胞(chimeric antigen receptor modified T,CAR-T)的治疗方法取得了显著疗效。简单来说,免疫检查点抗体通过激活身体中能识别和杀死肿瘤细胞的天然淋巴细胞来对抗肿瘤;而CAR-T细胞则是患者自身的细胞,通过在体外进行基因修饰从而能够杀死肿瘤细胞。尽管过去的30年里已取得了稳步的进展,但是人体的免疫系统是如此复杂,以至于癌症免疫学的机制至今尚未完全阐明。但随着临床应用的发展,以T细胞为中心的癌症免疫疗法已被证明是一种有效的抗肿瘤治疗方法。

2017年,美国食品药品管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准了药物CTL019(tisagenlecleucel-T,诺华公司)。这也成为第一个获得监管机构认可的CAR-T治疗药物。该获批是肿瘤免疫治疗领域的里程碑,标志着CAR-T时代的来临。如今,在政府的大力支持下,CAR-T疗法在中国发展迅速,注册临床试验的数量近期已超越美国

自1988年,肿瘤免疫疗法在中国临床应用,当时的方法主要基于淋巴因子激活的杀伤细胞(lymphokine-activated killer,LAK)。LAK细胞是利用白细胞介素-2(interleukin 2,IL-2)在体外培养的白细胞。在1988年,Rosenberg及其同事首次报道了制备LAK细胞的方法[1]。从那之后,LAK细胞开始被用于治疗多种类型的肿瘤[2]。

1991年,Schmidt-Wolf报道了利用细胞因子诱导的杀伤(cytokine-induced killer,CIK)细胞[3]。CIK细胞具有比LAK细胞更强的细胞毒性,并且具有更好的增殖能力。自那时起,一些基于CIK细胞的临床试验得到开展。在中国,关于这一课题的第一篇研究论文发表于2002年[4]。随后,由于该技术的安全性、技术相对简单以及政府支持等原因,CIK疗法得到了广泛的应用。与此同时,其他治疗方法,如基于自然杀伤(nature killer,NK)细胞和树突细胞活化的CIK(dendritic cell-activated CIK,DC-CIK)细胞的治疗方法也被广泛应用于临床中,为新型CAR-T疗法的发展提供了坚实的基础。一般来说,当时所使用的肿瘤杀伤细胞均为自然淋巴细胞,即小白细胞,既没有经过修饰,杀伤效果也比较弱,在很大程度上依赖于肿瘤细胞非特异性识别机制。因此,这些疗法的总体临床疗效微乎其微。

为了提高这些疗法的临床疗效,中国科学家已尝试了多种的办法来增加特异性识别肿瘤的T淋巴细胞的数量,而其中CAR-T技术无疑是最具吸引力的。Gideon Gross于1989年报道了第一代CAR分子的产生[5]。但第一代CAR-T疗法在1期临床试验中表现并不佳。国内首个使用改良的第二代CAR-T疗法的研究发表于2009年,涉及一种被用于治疗乳腺癌的人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2,HER2)特异性载体[6]。2014年,中国人民解放军总医院韩为东实验室发表了中国第一篇CAR-T临床试验的文章[7]。如今,随着政府对CIK和类似低成功率的免疫疗法临床应用的限制,自然淋巴细胞的应用逐渐减少,中国开始进入精准免疫疗法的新时代,而CAR-T疗法更是其中的典范。

到2015年初,中国已有12项CAR-T临床试验在ClinicalTrials.gov网站上注册,其中8项在中国人民解放军总医院进行,2项在北京肿瘤医院进行,上海交通大学医学院附属仁济医院和中国人民解放军第307医院也各有1项。到2016年1月,临床试验的总数量已增至26项。截至2017年9月,国内多家医院、学术机构以及私营公司已经注册了121项CAR-T试验,中国已成为全球注册CAR-T试验最多的国家

在注册的121项试验中,53项是靶向CD19治疗白血病的CAR-T疗法,其中44项仍在试验中。CD19是所有B细胞上都存在的一种膜蛋白,对B细胞的活化和增殖具有重要作用。一般而言,急性淋巴细胞白血病(acute lymphocytic leukemia,ALL)对该疗法最为敏感,称为CART-19。在国内首个CART-19临床试验的9例患者中,有5例患者完全缓解(complete remission,CR)达到2~9个月[8],并且在大多数病例中可观察到细胞因子释放综合征(cytokine release syndrome,CRS)。当CRS发生在大量白细胞释放促炎因子时会激活更多的白细胞,产生一种潜在的致命效应,名为“细胞因子风暴”。2名此前接受过造血干细胞移植(hematopoietic stem cell transplantation,HSCT)的患者在输注供体来源的CAR-T细胞后,出现了2~3级移植物抗宿主病(graft-versus-host diseases,GVHD),提示经HSCT治疗的患者没有100%的嵌合化(即接受供体来源的骨髓细胞后,造血系统无法完全重建),在接受供体来源的CAR-T细胞时,会有更高的患GVHD的风险。总体而言,完全缓解率略低于美国纪念斯隆-凯特林癌症中心(MSKCC)、宾夕法尼亚大学和诺华公司的研究结果。值得注意的是,在本试验中招募的患者更积极地接受治疗,处于疾病晚期的患者也较美国的受试者多。随后国内几项CART-19试验的结果表明,总体CR率与美国相当。例如,浙江大学附属第一医院共收治了15例复发或难治性(relapsed or refractory,R/R)ALL患者[9],其中有12例在输注CART-19一个月后出现CR反应。

患者都希望能够在治疗后得到完全缓解,而复发是影响患者长期生存的主要障碍。中国研究人员一直在探索避免复发的方法。第一种选择是使用对两种不同抗原具有活性的双特异性CAR-T细胞。来自重庆西南医院的研究团队已经进行了一项临床试验,其中CART-19和CART-20将按顺序输注到患有弥漫性大B细胞淋巴瘤(diffuse large B-cell lymphomas,DLB-CL)患者的体内。中国人民解放军总院的研究团队也进行了两项试验,将串联CART-19/20和串联CART-19/22用于治疗R/R的B细胞恶性肿瘤患者。另一种常见的方法是在使用CAR-T疗法获得完全缓解后启动HSCT治疗。北京市陆道培医院的一个研究团队已通过该方法治疗了27例患者[10]。这27名患者在接受CART-19治疗获得CR后使用同种异体HSCT方法进行治疗,其中23例患者无病生存至少45天(中位随访时间为206天,范围为45~427天)。这提示进一步使用同种异体HSCT可有效降低复发风险。西南医院的研究团队也注册了CART-19治疗恶性B细胞肿瘤后再进行HSCT的临床试验。中国人民解放军第307医院艾辉胜领导的团队与中国人民解放军总医院合作,发起了世界上第一个共输注单倍相合的供体衍生的CART-19细胞和动员的外周血干细胞(peripheral blood stem cells,PBSCs,即干细胞受刺激从骨髓进入血液中的细胞)用于治疗一名77岁R/R的ALL女性患者[11]。治疗后患者没有检测到任何遗留的疾病,并且CRS和GVHR也得到控制。这一结果表明,同种异体CAR-T细胞和PBSCs共输注可诱导R/R ALL中的供体完全植入,为CAR-T和HSCT的结合提供了新的选择。

CD20和CD22与CD19表达的模式类似,它们在除祖B细胞外的所有B淋巴细胞中均可表达,这使得该蛋白质成为治疗恶性B细胞肿瘤的潜在靶标。目前,中国注册了5项CD20和6项CD22的CAR-T试验。2014年,中国人民解放军总医院的研究人员发表了第1篇关于CD20 CAR-T试验文章[7],这是第1篇报道CAR-T20用于治疗DLBCL结果的文章。在研究中,7名患有DLBCL的患者接受了CAR-T20治疗,6名可评估患者中有5名出现了客观缓解反应(objective remission response,ORR)。

ALL和B细胞淋巴瘤是对CAR-T治疗最敏感的肿瘤,因此它们也是国内外进一步研究的最合适对象。除此之外,中国的研究团队在其他类型的血液肿瘤方面也进行了众多开创性的工作。

多发性骨髓瘤(Multiple myeloma,MM)是一种致命的浆细胞癌,也是第二常见的血液系统恶性肿瘤。通常,CD19、CD20、CD22在MM中无法被检测到。临床结果表明,CD138是在某些造血系统癌症中发现的跨膜蛋白聚糖,这或许能成为难治性和进展性MM的有效治疗靶点。2015年,中国人民解放军总医院的研究者率先报道了CART-138用于治疗MM的结果。到目前为止,研究人员已经通过该方法治疗了5名患者,其中4名患者病情稳定超过3个月,而另外1名患有进展性MM的患者,其外周血骨髓细胞治疗后显著减少,从10.5%下降至低于3%的水平。这项研究表明,CART-138可能是治疗MM的一种有效方法。中国已有3项CART-138临床试验得到注册。

B细胞成熟抗原(B-cell maturation antigen,BCMA)是一种在B细胞中表达的蛋白,包括MM细胞,这也是治疗MM的另一个潜在靶标。在2017年美国临床肿瘤学会(American Society of Clinical Oncology,ASCO)年会上,南京传奇生物技术有限公司公布了35名R/R MM受试者进行靶向BCMA的CAR-T治疗(BCMA-targeted CAR-T therapy,CART-BCMA)的数据。在CAR-T输注后两个月内,33名可评估的患者可见显著的临床反应(定义为完全反应或非常好的部分反应),总体ORR高达100%。中国已有4项CART-BCMA临床试验得到注册。

急性髓细胞白血病(Acute myeloid leukemia,AML)是成年人中最常见的白血病[13],其中90%以上患者的白血病细胞都会表达CD33抗原[14]。2015年,中国人民解放军总医院开展了一项试验,以评估CART-33(靶向CD33的CAR-T治疗)用于治疗R/R AML的可行性和有效性。该试验中,研究人员观察到,在输注细胞2周后骨髓中的骨髓原始细胞明显减少,但在9周后病情发生进展[15]。这首次阐明了CART-33用于治疗AML的潜能。中国已注册了5项用于治疗AML的CART-33临床试验。

在霍奇金淋巴瘤(Hodgkin’s lymphoma,HL)中,CD33是潜在的强大靶点。2017年,中国人民解放军总医院的研究研究人员报道了CART-30(针对CD33的CAR-T疗法)的一期临床试验结果。其中,共有18名患有进展性R/R HL的患者参与。数据显示,该疗法耐受性好且没有严重的毒性。其中7例患者达到部分缓解,6例患者病情稳定[16]。目前,我国正在进行4项CART-33临床试验。

与在血液系统恶性疾病中CAR-T疗法的表现相比,人们普遍对该方法用于实体肿瘤治疗的前景持悲观态度。尽管如此,中国研究人员仍满怀热情地追求这种可能性,并且做出了诸多独创性的贡献。目前,我国已经注册了44项CAR-T疗法用于治疗实体肿瘤的临床试验,涵盖了14种不同的靶点

其中,磷脂酰肌醇蛋白聚糖-3(glypican-3,GPC3)蛋白获得了大量关注,有9项相关临床研究正在进行中国。GPC3通常在多种实体肿瘤中过度表达,包括肺癌和肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)[17,18]。由上海交通大学医学院附属仁济医院李宗海领导的研究团队已经进行了相关临床前研究,以验证CART-GPC3用于治疗肺癌和HCC的可行性[18,19]。

表皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor,EGFR)是一种糖蛋白,在许多源于上皮细胞的恶性肿瘤中过度表达,包括非小细胞肺癌(NSCLC)和多种消化道癌症[20]。2013年,四川大学魏于全实验室进行了CART-EGFR临床前研究,为进一步的临床研究提供了实验基础[20]。中国人民解放军总医院的团队于2016年首次发表了CART-EGFR的临床结果。研究中,EGFR阳性(表达量>50%)的R/R NSCLC患者接受递增剂量的CART-EGFR治疗。在11例可评估的患者中,2例获得部分缓解,5例患者病情稳定反应2~8个月。值得注意的是,输注CAR-T后在肿瘤活检中观察到EGFR阳性细胞被根除,提供了支持该种疗法有效性的最直接证据[21]。然而,这项结果也强调了实体肿瘤的异质性可能是CAR-T治疗的一大障碍。中国目前注册了6项CART-EGFR试验。

此外,国内其他关于CAR-T治疗实体肿瘤的临床试验的文章也已得到发表。2016年,由杨林领导的研究团队发表了一例靶向黏蛋白1(mucin,MUC1)的CAR-T疗法用于治疗MUC1阳性转移性精囊癌患者的病例报道,该患者还可以明显观察到肿瘤坏死[22]。2017年,中国人民解放军总医院的研究团队发表了CAR-T细胞靶向HER2治疗晚期晚期胆道癌和胰腺癌的1期临床试验结果[23]。钱程研究团队还发表了CAR-T细胞靶向癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)治疗CEA阳性、转移性结肠癌患者的研究。所有这些研究的数据都证明了CAR-T用于治疗多种癌症的安全性和可行性。

在CAR-T治疗后,临床还可以进行哪些工作来提高患者的临床获益?为了回答这个问题,中国的研究团队进行了一些开创性的工作。例如,肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs)被认为在肿瘤的生长和转移中具有重要作用。从理论上说,靶向CSCs的CAR-T治疗可以有效地抑制肿瘤转移。抗原CD133被认为是CSCs的特异性标志物,并且表达于包括胆管癌(cholangiocarcinoma,CCA)在内的各种癌症中。2017年的一篇文章报道了一例52岁晚期胆管癌患者,在接受CART-EGFR治疗获得部分缓解后继续接受了CART-133治疗,进一步观察到4到5个月的部分缓解[25]。尽管对CART-133杀死CSCs没有确凿的证据,但序贯使用新型CAR-T鸡尾酒疗法提示了这一有趣的可能性。上皮细胞黏附分子(epithelial cell adhesion molecule,EpCAM)是一种参与上皮细胞黏附的跨膜糖蛋白,也是另一种CSCs的标志物,中国已发表了一些关于CART-EpCAM细胞的前临床研究[26,27]。目前,中国有4项CART-EpCAM试验正在进行中。

近年来,CAR-T研究在中国迅速发展。然而,我们不能忽视国内研究与国际上的差距。

例如,尽管CAR-T用于治疗血液系统的肿瘤是有效的,但美国的研究人员仍在不断改进。Fred Hutchinson癌症研究中心的一个团队一直致力于优化CAR-T治疗的组成。临床数据已经表明,优化使用的T细胞类型(例如,包括更高百分比的初始或中央记忆T细胞)或使用具有特定CD4/CD8阳性T细胞的比例,可以得到更好的临床结果[28,29]。沿着这一思路,重庆第三军医大学新桥医院注册了CART-19临床研究,该研究将使用更高百分比的记忆T细胞。宾夕法尼亚大学Carl June的团队的病例报道显示利用CART-19治疗MM的可能性,而这在以前是被认为不可能的[30]。这种颠覆传统的创新尝试却很少在中国发生。

对于CAR-T细胞的制备,绝大多数国内临床试验均使用病毒进行转染。相反,德州大学MD安德森癌症中心一直在提倡使用一种名为“睡美人”(sleeping beauty)的系统。该系统利用一种合成的DNA转座子载体,可通过电穿孔将DNA序列导入染色体[31]。这些科学家相信,这一具有更低成本和更强基因编辑能力的系统可以更好地满足未来的需求。

实体肿瘤治疗带来挑战促使美国研究人员不断开发出新型策略和临床应用,并迅速将其转化到临床中。其中,加州希望之城国家医疗中心(City of Hope National Medical Center,CHNMC)的研究团队便开发了一种策略。为了克服免疫抑制微环境,他们设计了PD-L1:CD28嵌合受体,通过将PD-L1的跨膜区和胞质区的蛋白转换成CD28相应结构域的蛋白,将抑制性受体转化为共刺激受体。该PD-L1:CD28嵌合体表现出增强的功能属性,并展示了一种克服PD-L1介导的免疫抑制新策略[32]。另一种新策略由MSKCC的研究团队开发,其目的是避免“靶向的、非肿瘤的”毒性;该团队设计了一种抗原特异性CAR,当遇到特定抗原时可抑制T细胞活化[33]。为了降低脱靶毒性的风险,Carl June的团队测试了可以更精准地区分肿瘤细胞和正常细胞的可调整亲和力的CAR[34]。不同于美国,中国在这一领域仍缺乏原创性研究。但令人欣慰的是,一些创新的临床试验也逐渐开始。例如,已有6项试验进行注册,其中CAR-T细胞将被修饰成可表达可溶性PD-1或CTLA-4抗体,以克服免疫抑制微环境。

的确,美国的临床试验相较于中国更加多样化;中国的临床试验相对来说仍较为初级,且试验之间大多较为相似。然而美国试验的多样性也给我们带来了宝贵的见解,帮助我们如何设计有效的CAR-T疗法。例如,美国原创性研究已经阐明了使用药物氟达拉滨和环磷酰胺预处理方案改善CAR-T细胞增殖能力和持久性的优点,并展示了如何优化CAR-T制备方案和CAR分子的框架。

由于靶点的多样性和优化CAR分子结构和制备方法的多种可能途径,与传统的药物相比,CAR-T疗法为众多企业,尤其是小型公司提供了更多机会。美国企业也为CAR-T疗法的产业化做出了卓越的贡献。7项正在进行的CAR-T 2期试验中,有6项是由三家企业(Kite制药公司、Juno公司、诺华公司)进行的。然而,在中国,大多数试验都是由大学或医院所领导的。企业的参与仅限于提供技术支持或病毒。鼓励国内企业参与CAR-T疗法产业化的最有效途径,仍是值得进一步讨论的话题。

在各相关领域专家的广泛参与下,美国FDA已经为CAR-T疗法的临床应用发布了明确的指导方针和规定。中国还尚未正式出台CAR-T疗法的正式法规。这种政策的不确定性也是企业观望的一个原因。因此,在该领域达成共识、深化与监管机构的沟通,已成为业界的首要任务。近年来,我国已经成立了几个相关的协会和研讨会,包括中国研究型医院协会(CRHA)、中国生物治疗大会(CBC)、中国疾病生物治疗大会(CDBC)。在过去的几年中,这些会议已经有效地促进了沟通、合作、共识建设和临床试验的标准化。令人欣慰的是,监管部门已经发布了有关CAR-T疗法的草案。我们相信,与美国一样,中国的CAR-T疗法也将作为全新的药物类型受到管理。此外,我国政府一直积极支持CAR-T疗法的开发,2016年公布的14个重点专项就包括CAR-T疗法。

 CAR-T疗法的未来 

CAR-T细胞输注的副作用可能带来严重后果,甚至死亡。如果没有进行合理地控制,严重的临床事故将导致巨大的人员和经济损失。例如,由Juno Therapeutics赞助的CART-19二期临床试验被终止,因为出现3例患者因脑水肿而死亡。因此,建立在免疫治疗方面有经验的临床团队是非常重要的。因此强烈建议参与开发该疗法的企业与有经验的临床团队建立密切合作,以帮助降低临床事件发生的风险。

CAR-T细胞的制备十分复杂,且极大地受到患者差异的影响。这为制备技术带来了沉重的负担,对一些希望进行CAR-T临床试验的公司来说,可能也是一种障碍。为了解决这个问题,国内一些企业已经开始开发自动化和标准化的CAR-T制备平台。目前,中国已有2项使用通用型CAR-T技术的临床试验正在进行。

以上提到的不足之处为提高现阶段中国CAR-T研究指明了道路。我们相信,在中国政府的积极支持与我们的通力合作下,这种强大的癌症治疗方法将迎来快速的发展。

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本文由 测序中国 作者:陈初夏 发表,转载请注明来源!

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