2020年2月，WHO在一份癌症报告中估计，全世界六分之一的死亡是由癌症引起的。全球癌症总死亡病例996万，中国有300万，占总死亡人数的30%。人人谈癌色变，已经成为当代中国人对于癌症的普遍看法。

       然而在21年6月时，阿基仑赛注射液（商品名：奕凯达）在中国获批，一度为广大癌症患者带去了希望。一时间，网络盛传花费120万打一针，就能让癌细胞消失。究竟是不是这样的？CAR-T治疗为何会价格如此高昂？它是否真有此奇效？在解答这些问题前，我们需要了解什么是CAR-T。

       01

       CAR-T源起

       下图是T细胞识别癌细胞发挥作用的机制。它主要通过自身表面的受体，也就是TCR来识别癌细胞。而这个过程中依赖于肿瘤细胞表面MHC分子对抗原分子的呈递。如果这个MHC分子出现问题，比如肿瘤细胞为实现逃逸而下调了MHC分子的表达，就会导致T细胞无法高效地识别癌细胞。

       图1. 左：杀伤性T细胞通过TCR识别癌细胞进而发挥作用，右：杀伤性T细胞在肿瘤免疫反应中的作用过程

       1989年，在研究T细胞受体（TCR）的过程中，以色列科学家Zelig Eshhar和他的团队发现B细胞产生的抗体和TCR结构相似，具有恒定区和可变区。抗体能够特异性识别抗原，TCR却只能识别MHC递呈的抗原片段。如果将抗体中的可变区移植到TCR的恒定区，就能够改变T细胞受体的抗原特异性，介导细胞杀伤作用。Eshhar等人将表达特定抗体的基因序列赋予细胞**T细胞（CTL），这项特定抗体赋予了T细胞识别半抗原——2,4,6-三硝基苯基（TNP）的能力，使得T细胞实现了抗原特异性的、非MHC限制的活化及其效应的增强。

       图2. 初代CAR由BCR的可变区和TCR的恒定区组成

       接着，为将这项技术投入疾病治疗，Eshhar与Rosenberg实验室合作，运用来源于抗体的单链抗体片段scFv成功构建了3个不同癌症靶标的嵌合抗原受体，第一代CAR-T由此诞生。

       02

       药物机理

       嵌合抗原受体（Chimeric Antigen Receptor，CAR）主要由三个功能域构成，分别是胞外结构域、跨膜结构域和胞内结构域。胞外结构域由负责识别并结合抗原的单克隆抗体的单链可变片段（scFv）及一段起连接作用的铰链区（Hinge）构成。胞内结构域由共刺激结构域和信号转导结构域构成。

       图3. 嵌合抗原受体结构

       1 胞外结构域

       (1)抗原识别结构域

       结构组成：主要结构为scFv，由单克隆抗体的轻链（VL）和重链（VH）通过多肽连接而成。

       功能：scFv赋予了T细胞特异性识别并结合靶抗原的能力。CAR-T细胞通过scFv对靶抗原的识别结合不依赖MHC抗原呈递，一方面避免了肿瘤细胞通过调节MHC分子发生逃逸，另一方面赋予了CAR-T细胞识别非肽抗原的能力。

       (2)铰链区（Hinge）

       结构组成：铰链区连接scFv和跨膜结构域，大多数CAR的铰链区由IgG的铰链或CD8α/CD28胞外区衍变而来。

       功能：多项研究表明，CAR-T细胞活化与铰链区长度有关。调整铰链区的长度可以使CAR-T细胞和靶细胞处于最 佳距离，使scFv克服空间位阻，有效结合抗原。

       2 跨膜结构域

       结构组成：常用的跨膜结构域来源于CD4，CD8α，CD28和CD3ζ。

       功能：跨膜结构域将CAR的细胞外结构域与细胞内信号转导结构域连接，并将受体锚定到T细胞膜上。

       3 胞内结构域

       (1)共刺激域

       结构组成：通常来自CD28受体家族(CD28，ICOS)或肿瘤坏死因子受体家族(4-1BB、OX40、CD27)。

       功能：可实现协同刺激分子和细胞内信号的双重活化，使T细胞持续增殖并释放细胞因子，提高T细胞的抗肿瘤能力。

       (2)信号转导域

       结构组成：通常为T细胞受体TCR/CD3ζ链或免疫球蛋白Fc受体FcεＲIγ链。

       功能：含有免疫受体酪氨酸活化基序（ITAMs），发挥着T细胞信号转导功能。

       一旦scFv部分识别和结合抗原，共刺激域和CD3ζ链就发出信号。CD3ζ链包含三个免疫受体酪氨酸活化基序（ITAMs），在磷酸化（P）后，通过ζ相关蛋白（ZAP70）发出信号。下行信号传导导致T细胞效应功能，包括穿孔素和颗粒酶的释放，导致靶肿瘤细胞死亡。

       图4. 信号转导作用图示

       而CAR-T疗法运用于临床的具体步骤如下图所示：

       图5. CAR-T临床具体步骤

       标准的CAR-T治疗流程主要分为以下七个步骤进行：

       1.评估病人是否符合CAR-T治疗的适应症。

       2.分离T细胞：通过外周血血细胞分离机从肿瘤病人血液中分离出单个核细胞，进一步磁珠纯化T细胞。

       3.改造T细胞：用基因工程技术，把一个含有能识别肿瘤细胞且激活T细胞的嵌合抗原受体的病毒载体转入T细胞，即把T细胞改造成CAR-T细胞。

       4.扩增CAR-T细胞：在体外培养以大量扩增CAR-T细胞。一般一个病人需要几千万，乃至几亿个CAR-T细胞，体重越大，需要细胞越多。

       5.CAR-T细胞回输入人体：把扩增好的CAR-T细胞通过静脉回输到病人体内，开始进行肿瘤细胞免疫治疗。

       6.监控反应：严密监护病人身体反应，尤其是细胞输入体内后一至两周内可能发生剧烈不良反应。

       7.评估治疗效果：多在回输CAR-T细胞后第15天和第30天评估对原发病的治疗效果。

       随着时代和科技不断发展进步，CAR也在不断更新迭代。目前研究人员已开发出了五代CAR-T。

       图6. 五代CAR-T的对比

       03

       CAR-T的应用

       适用范围：Kymriah主要的适用人群是复发/难治性急性淋巴细胞白血病的儿童患者和年轻成年患者。以及复发或难治性弥漫性大B细胞淋巴瘤成人患者。此外它在在治疗复发或难治性滤泡性淋巴瘤方面也已经获得了积极的结果。

       适用条件：使用CAR-T治疗要求患者肿瘤标志物或免疫组化检测的某种或数种肿瘤相关抗原为阳性、肿瘤组织的HLA-Ⅰ类抗原阳性。停止化疗或放疗后，外周血细胞恢复至正常值或接近正常值（使用升白细胞药物达到的正常值除外）。还要求患者无重度贫血、全身器官衰竭和恶病质状态；肝肾功能正常，生命体征基本正常；无严重过敏体质。

       技术优势：

       多靶向、打击精准：它既可以利用肿瘤蛋白质抗原，又可利用糖脂类非蛋白质抗原，扩大了肿瘤抗原靶点范围，作用过程不受MHC的限制。也因此CAR-T细胞能克服肿瘤细胞通过下调MHC分子表达以及降低抗原递呈等免疫逃逸；

       范围广：针对某一种肿瘤抗原的CAR基因构建一旦完成，便可以被广泛利用；

       作用持久：现在新一代CAR-T结构中加入了促进T细胞增殖与活化的基因序列，能保证T细胞进入体内后还可以增殖，CAR-T细胞具有免疫记忆功能，可以长期在体内存活。

       不良反应：主要是细胞因子释放综合征。此外还有低丙种球蛋白血症、出血发作、心动过速、腹泻、呕吐和谵妄等。细胞因子释放综合征的患者通常会经历不同程度的类似流感症状，有高烧、恶心、肌肉疼痛。不同的程度细胞因子释放综合征有不同的缓解治疗方法，比较严重的情况使用托珠单抗一般就能得到比较好的缓解治疗。

       04

       小结

       “120万一针”的CAR-T药物在治疗癌症方面有着不俗的表现，引起人们关注的不仅仅因为其“天价”，更多是因为这样的药物为人类战胜癌症带来了曙光，接下来能否开发出疗效更强、成本更低的药物，让我们拭目以待。

       致谢

       首先感谢尊敬的吴兴新老师如此用心地安排课程以及学生汇报主题，带领同学们进入充满神奇冒险的药学世界。同时感谢每一个小组呈现的精彩汇报，每一堂课我们都受益匪浅。

       在最后，我们还想感谢在嵌合抗原受体技术领域以及阿基仑赛药物开发过程中做出巨大贡献的科学家们，是他们的努力为众多患者带去了生存的希望。虽然阿基仑赛目前由于天价让人闻之退却，但我们可以预料到的是，在未来，成熟的技术、蓬勃的市场将使其逐渐平民化，造福更多百姓。

       关于笔者

       寻药真理团

       他们是南京大学新药研发策略课程的学生，本篇为该课程中新药8组学生成员共同完成。

       他们朝气蓬勃、他们斗志昂扬，他们脚踏实地学习新药研发知识，他们坚信吾爱吾师吾更爱真理。

       他们是新一代医药行业接班人，他们是新药研发领域的未来之光！

       *本文仅为学术内容交流，不构成任何用药建议！

       参考文献：

       [1] Batlevi Connie Lee,Matsuki Eri,Brentjens Renier J,Younes Anas. Novel immunotherapies in lymphoid malignancies.[J]. Nature reviews. Clinical oncology,2016,13(1).

       [2] Teresa R. Abreu, Nuno A. Fonseca, Nélio Gon?alves, Jo?o Nuno Moreira,Current challenges and emerging opportunities of CAR-T cell therapies,Journal of Controlled Release,Volume 319,2020,Pages 246-261.

       [3] Larson RC, Maus MV. Recent advances and discoveries in the mechanisms and functions of CAR T cells. Nat Rev Cancer. 2021 Mar;21(3):145-161.

       [4] Teresa R. Abreu, Nuno A. Fonseca, Nélio Gon?alves, Jo?o Nuno Moreira,Current challenges and emerging opportunities of CAR-T cell therapies,Journal of Controlled Release,Volume 319,2020,Pages 246-261.