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2024年诺贝尔生理学或医学奖展望
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2024年10月7日，备受关注的诺贝尔生理学或医学奖将再次率先揭晓，近年来备受关注的CAR-T疗法无疑是今年的获奖大热门之一。作为该领域的先驱，Carl June和Michel Sadelain等人因其杰出的贡献近年来也接连斩获多项有着“诺奖风向标”之称的科学大奖。 2023年9月，Carl June荣获“2024年科学突破奖”；紧接着他又入选了科睿唯安2023年度的“引文桂冠奖”名单；今年的4月12日，Zelig Eshhar和Michel Sadelain获得有着“小诺贝尔奖”之称的“盖尔德纳奖”（Canada Gairdner Awards）的表彰。他们也是今年诺贝尔生理学或医学奖的有力竞争者。在过去的十多年里，CAR-T细胞疗法已经深刻改变了肿瘤学领域，成功治疗了以前无法治愈的癌症。2012年，Carl June及其团队首次使用CAR-T疗法成功治疗了一名复发急性白血病患者，这一成就被医学界誉为奇迹。 作为一种创新且革命性的疗法，CAR-T为无数癌症患者带来了新的希望。2017年，FDA首次批准CAR-T疗法上市，如今，已有6款CAR-T疗法获得FDA批准用于治疗白血病和淋巴瘤等血液类癌症，我国也有多款CAR-T细胞疗法获批上市。 什么是CAR-T？ CAR-T治疗又称嵌合抗原受体T细胞治疗，通过嵌合抗原受体(CAR)的体外引入和表达，将某位患者自身的T细胞设计为靶向可作为癌细胞分子信标的特定表面抗原。输注后CAR-T细胞充当“活药物”，利用T细胞的细胞毒性来识别和杀死表达该标志物的细胞。 CAR-T技术在治疗血液系统恶性肿瘤具有极大的优势，近年来，科学家们一直在尝试将CAR-T疗法应用于血液癌症以外的癌症类型，如各种实体瘤。并且，CAR-T疗法的下一步可能超越癌症，在自身免疫疾病传染病等方面得到潜在的应用。 当然，抱着审慎的态度，即便是在血液系统肿瘤领域，目前也仅有六种CAR-T疗法获得FDA准许用于B细胞来源的血液系统肿瘤，而CAR-T技术用于实体肿瘤和肿瘤之外其他疾病的道路仍然漫长且曲折。 CAR-T的起源 在19世纪末期至20世纪初期，癌症免疫学领域的先驱William Coley医生，通过应用所谓的“Coley毒素”，迈出了癌症免疫疗法的第一步。尽管受到当时科技水平的限制，人们尚未能完全揭示其背后的机制。随着时间的推移，人们对免疫系统的深入研究揭示了这些由细菌和病毒组成的混合物能够激发人体免疫系统，通过一系列的免疫反应促进肿瘤的退化。 Steven Rosenberg（图片来源：参考资料1） 最初，以Steven Rosenberg为代表的科学家们从肿瘤周围或血液中提取T细胞，经过体外扩增后再回输至患者体内，以增强其抗肿瘤能力。虽然这种方法在部分患者中显示出积极效果，但在更广泛的患者群体中，其疗效和持续性仍然有限。 Prof. Zelig Eshhar（图片来源：参考资料2） 进一步的研究揭示，癌细胞有时会“掩盖”自己的特征，使得即使T细胞数量充足，也无法有效识别和消灭癌细胞。为了解决这一问题，以色列科学家Prof. Zelig Eshhar提出了提出了一种创新的方法：提取肿瘤的特征性信息，即肿瘤特异性抗原，并通过实验室技术将这些信息的识别片段整合到T细胞中，从而提高T细胞对癌细胞的识别和攻击能力。 这就是嵌合抗原受体T细胞（CAR-T细胞）疗法的起源。CAR-T细胞疗法的核心在于将能够识别特定抗原（主要是癌细胞表面的标志物）的受体嵌入T细胞，赋予它们特异性地识别并攻击带有特定抗原的癌细胞的能力。1989年，第一代CAR-T细胞疗法的问世，为后续的CAR-T细胞疗法的发展奠定了基础。 CAR-T的基本原理 CAR是一种通过基因工程合成的细胞表面受体，由以下几个部分组成： CAR-T细胞的结构和制备，从第一代到第五代CAR-T细胞（图片来源：参考资料3） 1.抗原识别域（Antigen Recognition Domain）：scFv（单链可变片段）由VH（重链可变区）和VL（轻链可变区）组成，这部分负责识别癌细胞表面的特定抗原，这决定了治疗方法的靶向性。 2.铰链区（Hinge Region）：是一段序列，它使得抗原结合域能够暴露于目标抗原面前，其长度通常由目标抗原的位置决定。 3.跨膜域（Transmembrane Domain）：这是CAR结构中的一个关键部分，通常来源于天然T细胞受体或某些细胞表面蛋白，它帮助CAR-T细胞将CAR结构锚定在细胞膜上。 4.细胞内信号传导域（Intracellular Signaling Domains）：是目前研究最为广泛的领域，也是影响CAR免疫细胞抗肿瘤活性的关键。这些域负责在T细胞识别并结合抗原后，激活T细胞并引发免疫反应。基于对这个区域的研究和改进，产生了第三代CAR结构。第一代CAR结构只包含单一的CD3 ζ信号区域，而T细胞的激活不仅需要TCR-CD3的激活，还需要共刺激信号CD28的激活；因此，这限制了第一代CAR-T细胞的抗肿瘤活性和体内的存活能力。 基于此，第二代和第三代CAR结构增加了CD28或4-1BB共刺激域，甚至结合了一些共刺激域以实现更好的抗肿瘤效果。第四代也称为“装甲”CAR-T细胞，它们不仅包含共刺激信号域，还能分泌细胞因子，增强局部免疫反应。第五代目前还在研发中，可能包括更复杂的设计，如条件性激活、靶向多个抗原或使用基因编辑技术提高安全性和有效性。 已有的CAR-T疗法 目前，通过FDA审批的六种CAR-T细胞疗法主要靶向B细胞表面标记物。其中，四种药物针对CD19（诺华的Kymriah、凯特制药的Yescarta、吉利德的Tecartus、百时美施贵宝的Breyanzi），用于治疗复发难治性B细胞急性淋巴细胞白血病（ALL-B）、大B细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤以及套细胞淋巴瘤。CD19是B细胞表面常见的标记物，这些药物通过靶向CD19可以有效地识别并杀灭恶性B细胞，从而在多种B细胞淋巴瘤和白血病中取得显著疗效。 CAR-T疗法的时间线（图片来源：参考资料3） 另外两款CAR-T药物则靶向B细胞成熟抗原（BCMA），用于治疗多发性骨髓瘤（MM），包括百时美施贵宝的Abecma和传奇生物的Cilta-cel。BCMA是多发性骨髓瘤细胞的特异性标志物，CAR-T疗法通过靶向BCMA能够特异性地攻击并清除骨髓瘤细胞。 此外，中国国家药品监督管理局（NMPA）也批准了几款CAR-T药物的上市，如阿基仑赛注射液和瑞基奥仑赛注射液等，这些药物将进一步丰富CAR-T治疗的选择。 除了上述已上市的CAR-T细胞疗法外，全球各研究团队仍在开发具有前景的CAR-T疗法。目前，这些疗法主要针对CD19、CD20、BCMA和CD22等靶点。此外，CD38、CD133和Siglec-6等新兴靶点也引起了广泛关注。 针对肿瘤的CAR-T CAR-T疗法面临的挑战 减轻或阻断CAR-T细胞耗竭的策略（图片来源：参考资料4） 在血液肿瘤中，CAR-T细胞疗法面临的主要障碍是T细胞的持续存在。尽管初始反应强烈，但长期疗效的变异性和癌症复发仍是问题。影响工程细胞寿命的因素包括记忆样T细胞亚群的存活、T细胞耗竭和细胞因子信号动态。癌细胞也可能通过丢失靶向抗原来逃避CAR-T细胞，这种现象被称为抗原丢失复发。 此外，还可能发生显著的副作用，如细胞因子释放综合征（CRS）、免疫效应细胞相关神经毒性综合征（ICANS）和血吞噬性淋巴组织细胞增多症（HLH），也称为巨噬细胞激活综合征（MAS）。这些副作用是由激活的T细胞和髓样细胞分泌的高水平促炎细胞因子引起的。对于实体肿瘤，CAR-T细胞疗法的疗效受到解剖和生理障碍的限制，如将T细胞输送到肿瘤部位的困难和复杂且敌对的肿瘤微环境（TME）。TME的特征包括缺氧、酸性和免疫抑制细胞及分子的存在，这可能严重限制工程细胞的功能并诱导T细胞耗竭。 组合疗法的开发 CAR-T组合疗法增强CAR-T疗效（图片来源：参考资料5） 为了克服这些挑战，研究人员开发了将CAR-T细胞与其他现有疗法（如抗体、病毒和小分子）结合的策略。这些组合疗法的目标不仅是提高工程细胞的疗效，还可以减轻相关的毒性，从而扩大治疗范围并改善安全性。 CAR-T细胞组合疗法的未来 首先，优化剂量计划和治疗时间是提高组合疗法效果的关键，这包括确定最佳的给药顺序和剂量，以确保疗效最大化同时减少副作用。其次，减少组合疗法的附加毒性是提高患者生活质量和治疗依从性的重要途径，研究人员正在探索如何通过药物设计和给药策略来减轻这些毒性。 此外，识别预测生物标志物对于预测患者对治疗的反应和选择最合适的治疗方案至关重要。这些生物标志物可以帮助医生预测哪些患者最有可能从特定组合疗法中受益，从而实现个性化医疗。同时，探索新的组合疗法，如STING激动剂、针对LAG-3、TIM-3和TIGIT的免疫检查点抑制剂，以及表观遗传调节剂，可能会为CAR-T细胞疗法提供新的增强途径，通过激活或抑制特定免疫途径来提高抗肿瘤效果。 最后，研究如何通过减少毒性来增加治疗指数，以及如何通过针对IFNg的单克隆抗体等方法提高CAR-T细胞疗法的安全性，是确保患者能够安全接受治疗的重要研究方向。 肿瘤之外的CAR-T 与癌症相比，CAR-T疗法在其他疾病中的优势（图片来源：参考资料6） 在非癌症情境中，许多在实体肿瘤中面临的挑战不那么明显。例如，肿瘤细胞的负担通常很大，需要大量输注CAR-T细胞，这与高水平的细胞毒性、细胞因子释放综合征（CRS）风险增加以及由于CAR-T细胞迁移的可能性增加而导致的靶向、非肿瘤毒性有关。相比之下，非癌症疾病的靶细胞群体明显较少。 此外，在癌症中，几乎100%的肿瘤细胞必须被消除，而在其他疾病中，部分清除病理细胞可能就足以产生治疗效果。癌细胞通常还携带高突变负荷，具有显著的基因组异质性，可能会导致抗原逃逸。相比之下，大多数慢性疾病的突变负荷和遗传异质性相对较低。 目前，一些早期研究结果显示，CAR-T细胞疗法在非肿瘤疾病中的潜在应用包括自身免疫疾病、心脏纤维化、衰老相关疾病和慢性感染。 CAR-T 细胞有望治疗多种疾病（图片来源：参考资料6） 自身免疫疾病 CAR-T细胞疗法在自身免疫疾病中的应用主要针对那些由特定细胞群异常引起的疾病。例如，系统性红斑狼疮（SLE）是一种由B细胞异常活化引起的疾病，通过使用靶向CD19的CAR-T细胞，可以特异性地清除这些异常B细胞，从而缓解SLE症状。 心脏纤维化 心脏纤维化是心脏病的一种常见并发症，其特点是心脏组织被纤维组织替代，导致心脏功能下降。研究表明，通过使用靶向纤维细胞激活蛋白（FAP）的CAR-T细胞，可以减少心脏纤维化并恢复心脏功能。 衰老相关疾病 对于某些难以根治的慢性感染，如HIV，CAR-T细胞疗法提供了一种新的治疗策略。通过设计能够特异性识别并清除感染细胞的CAR-T细胞，可能有助于控制病毒复制和减少病毒库。此外，对于其他慢性感染，如乙型和丙型肝炎病毒，CAR-T细胞疗法也在研究之中。 当然，非癌症CAR-T细胞领域的许多问题目前仍未得到探索，想要真正实现CAR-T在非肿瘤疾病治疗中的应用还存在许多挑战和限制。 潜力巨大，但仍面临挑战 将CAR-T细胞治疗与其他治疗结合的潜力是非常巨大的，尽管仍面临着诸多挑战。随着越来越多的CAR-T细胞产品及其组合疗法被用于治疗实体瘤，以及长期数据的积累，未来我们将获得更多对这一疗法的深刻认识。此外，目前CAR-T疗法治疗费用动辄上百万，这对大多数普通患者来说是不可承受的，如何降低生产成本并普及这一疗法，也是未来需要解决的重要问题。 CAR-T疗法是肿瘤治疗领域的一个重大飞跃，虽然目前它还不能解决多数癌症治疗难题，但为许多患者提供了前所未有的希望。未来CAR-T疗法有望成为癌症治疗的中坚力量，引领免疫治疗的新时代。无论CAR-T疗法是否能够获得2024年诺贝尔奖，其对癌症治疗领域的深远影响已然不可忽视。 CAR-T疗法的成功依赖于高效、精确的基因递送，而云舟生物在这一领域拥有丰富的经验与技术积累。凭借专业的技术和丰富的项目经验，云舟生物可在CAR-T疗法开发的多个关键环节提供有力支持。云舟生物能够提供高质量、高效率的CAR-T载体设计、病毒包装、CAR-T细胞杀伤以及功能验证等服务，助力相关药企开展高效的开发工作。而且云舟生物先进的技术平台能够帮助制药企业和科研机构加速CAR-T疗法的临床应用和产业化进程。随着持续的技术创新，云舟生物在未来将能够为包括CAR-T细胞疗法在内的更多前沿领域带来更多的突破和支持。 参考文献： 【1】https://irp.nih.gov/pi/steven-rosenberg 【2】https://dandavidprize.org/laureates/prof-zelig-eshhar/ 【3】Uscanga-Palomeque AC, Chávez-Escamilla AK, Alvizo-Báez CA, et al. CAR T Cell Therapy: From the Shop to Cancer Therapy. Int J Mol Sci. 2023;24(21):15688. Published 2023 Oct 28. doi:10.3390/ijms242115688 【4】Chow A, Perica K, Klebanoff CA, Wolchok JD. Clinical implications of T cell exhaustion for cancer immunotherapy. Nat Rev Clin Oncol. 2022;19(12):775-790. doi:10.1038/s41571-022-00689-z 【5】Uslu U, Castelli S, June CH. CAR T cell combination therapies to treat cancer. Cancer Cell. 2024;42(8):1319-1325. doi:10.1016/j.ccell.2024.07.002 【6】Baker DJ, Arany Z, Baur JA, Epstein JA, June CH. CAR T therapy beyond cancer: the evolution of a living drug. Nature. 2023;619(7971):707-715. doi:10.1038/s41586-023-06243-w |
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