Molecular Cancer | 邁向癌癥治療新紀元：CAR-M療法的臨床潛力
發(fā)布日期：2024-06-03 閱讀次數(shù)：1989 來源：生物探索
摘要：近年來，嵌合抗原受體（CAR）技術(shù)在血液腫瘤治療中取得了顯著進展，特別是在急性淋巴細胞白血?。ˋLL）、淋巴瘤和漿細胞骨髓瘤（PCM）等方面。然而，CAR-T細胞療法在實體瘤治療中的效果仍不盡如人意。這促使研究人員開始探索替代性的免疫治療方法，以克服當前CAR-T細胞面臨的重大挑戰(zhàn)。具有強大吞噬能力、抗原呈遞功能以及能夠調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境和刺激適應(yīng)性反應(yīng)的巨噬細胞成為一種有前景的選擇。
近年來，嵌合抗原受體（CAR）技術(shù)在血液腫瘤治療中取得了顯著進展，特別是在急性淋巴細胞白血?。ˋLL）、淋巴瘤和漿細胞骨髓瘤（PCM）等方面。然而，CAR-T細胞療法在實體瘤治療中的效果仍不盡如人意。這促使研究人員開始探索替代性的免疫治療方法，以克服當前CAR-T細胞面臨的重大挑戰(zhàn)。具有強大吞噬能力、抗原呈遞功能以及能夠調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境和刺激適應(yīng)性反應(yīng)的巨噬細胞成為一種有前景的選擇。CAR-M療法（CAR-巨噬細胞療法）利用巨噬細胞的特性，通過基因工程手段賦予其特定的抗腫瘤能力。巨噬細胞在腫瘤中的主要作用包括吞噬癌細胞、分泌細胞因子和趨化因子、滲透致密組織并在腫瘤中積累等。這些特性使得巨噬細胞成為CAR免疫療法中可操作的候選者。自2006年Biglari等人首次將CEA靶向的CAR分子工程化到人類單核細胞中以來，CAR-巨噬細胞的開發(fā)和優(yōu)化工作不斷進行。目前已有兩種CAR-M療法（CT-0508和MCY-M11）獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的批準進入臨床試驗階段。盡管取得了一定進展，CAR-M療法仍處于起步階段，面臨著細胞資源有限、基因轉(zhuǎn)移抗性和潛在的炎癥病理等重大問題。隨著人類誘導多能干細胞（iPSCs）制備、基因編輯技術(shù)和生物材料遞送技術(shù)的結(jié)合，新一代CAR-M療法有望具備特定的腫瘤抗原識別能力、可行的基因修飾、改進的擴展能力和可控的安全性。6月1日Molecular Cancer “A new era of cancer immunotherapy: combining revolutionary technologies for enhanced CAR-M therapy”回顧了CAR-M療法的最新進展，涵蓋了基礎(chǔ)科學研究和臨床試驗，并探討了當前阻礙CAR-M療法全面潛力實現(xiàn)的主要障礙及其解決策略。隨著基因編輯、合成生物學技術(shù)和生物材料支持的基因轉(zhuǎn)移等革命性技術(shù)的出現(xiàn)，結(jié)合這些先進方法將帶來新一代CAR-M療法，提高其療效、安全性和可及性。CAR-M療法不僅展示了對抗血液和非血液腫瘤的潛力，還預示著未來在癌癥免疫治療中的廣闊應(yīng)用前景。
近年來，嵌合抗原受體（Chimeric Antigen Receptor, CAR）技術(shù)在癌癥治療領(lǐng)域取得了突破性進展，尤其是在血液腫瘤的治療中。然而，CAR-T細胞（CAR-T Cell）在治療實體腫瘤方面的效果仍然有限，這促使研究人員探索新的免疫治療方法。巨噬細胞（Macrophages）作為先天免疫系統(tǒng)的主要細胞，因其多功能性和在腫瘤微環(huán)境中的重要作用，成為了CAR療法的新興候選者。巨噬細胞是體內(nèi)主要的吞噬細胞，能夠吞噬并消化細菌、病毒和癌細胞等病原體。巨噬細胞不僅具有強大的吞噬能力，還具有抗原呈遞（Antigen Presentation）功能，可以激活適應(yīng)性免疫反應(yīng)。此外，巨噬細胞在組織修復、炎癥反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用?；谶@些特性，研究人員開始探索將CAR技術(shù)應(yīng)用于巨噬細胞，以開發(fā)新的癌癥免疫治療方法。CAR是一種人工設(shè)計的跨膜受體，通常包括一個識別腫瘤抗原的單鏈可變區(qū)（Single-chain Variable Fragment, scFv）、一個鉸鏈區(qū)（Hinge Domain）、一個跨膜區(qū)（Transmembrane Domain）和一個胞內(nèi)信號傳導區(qū)（Intracellular Signaling Domain）。通過基因工程手段將CAR導入巨噬細胞，使其能夠特異性識別并殺傷表達相應(yīng)抗原的癌細胞。
不同CAR的組成元素及其在CAR-巨噬細胞設(shè)計中的應(yīng)用（Credit: Molecular Cancer）
單鏈可變區(qū)（Single-chain Variable Fragment, scFv）：scFv是位于CAR細胞表面的部分，通過連接序列與腫瘤抗原靶向抗體的重鏈可變區(qū)（VH）和輕鏈可變區(qū)（VL）連接。鉸鏈區(qū)（Hinge Region）： 鉸鏈區(qū)通常源自CD8或CD28序列，提供了CAR分子的柔韌性，使其能夠在識別抗原時進行適當?shù)臉?gòu)象變化。跨膜區(qū)（Transmembrane Region）： 跨膜區(qū)負責將CAR分子嵌入細胞膜，通常也來源于CD8或CD28序列。胞內(nèi)激活區(qū)（Intracellular Activation Domain）： 大多數(shù)CAR分子的胞內(nèi)激活區(qū)由CD3ζ和41-BB或CD28區(qū)域組成，負責將抗原識別信號轉(zhuǎn)導到細胞內(nèi)部，激活細胞的免疫反應(yīng)。CAR-巨噬細胞設(shè)計中的不同胞內(nèi)激活區(qū)：在CAR-M的設(shè)計中，研究人員探索了多種胞內(nèi)激活區(qū)，以賦予CAR-M不同的抗腫瘤能力：吞噬域（Phagocytosis Domains）： 將FcRγ、CD3ζ或Megf10等吞噬域整合到CAR中，使巨噬細胞能夠吞噬抗原特異性的靶細胞并抑制腫瘤進展。PI3K招募域（PI3K Recruiting Domain）：FcRγ和PI3K招募域的串聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)對整個細胞的吞噬。跨膜區(qū)和胞內(nèi)域（Transmembrane and Intracellular Domain）：CD147的跨膜區(qū)和胞內(nèi)域用于CAR-M設(shè)計，能夠分泌基質(zhì)金屬蛋白酶，幫助免疫細胞滲透腫瘤組織。炎癥信號傳導域（Inflammatory Signaling Domains）： 將TLR4或TLR2的胞內(nèi)信號傳導域整合到CAR框架中，能夠誘導巨噬細胞向M1型極化，展現(xiàn)出抗腫瘤效應(yīng)。共刺激域和炎癥細胞因子（Costimulatory Domain and Inflammatory Cytokine）： 含有CD28共刺激域、CD3ζ吞噬域以及通過切割位點釋放的M1型細胞因子IFN-γ的串聯(lián)CAR分子，能夠通過吞噬和促炎性抗腫瘤效應(yīng)抑制腫瘤進展。CD3ζ和TLR4胞內(nèi)域的共表達（Co-expression of CD3ζ and TLR4 Intracellular Domain）： 增強了巨噬細胞吞噬靶細胞的能力，并促進M1型極化。早在2006年，Biglari等人就成功將CEA（癌胚抗原）靶向的CAR分子導入人類單核細胞，并證明了這種療法的可行性和安全性。自此之后，研究人員一直致力于開發(fā)和優(yōu)化CAR-巨噬細胞療法。初步研究表明，CAR-M治療在血液腫瘤和非血液腫瘤的管理中具有潛力。目前，已有兩種CAR-M療法（CT-0508和MCY-M11）獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的批準進入臨床試驗階段。這標志著CAR-M療法在實際臨床應(yīng)用中的重要一步。盡管CAR-M療法在血液腫瘤治療中展示了潛力，但其在實體瘤中的應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，實體瘤的致密組織結(jié)構(gòu)和復雜的腫瘤微環(huán)境限制了CAR-M細胞的浸潤和殺傷效應(yīng)。其次，巨噬細胞在腫瘤微環(huán)境中容易被“教育”成支持腫瘤生長的M2型巨噬細胞，削弱其抗腫瘤功能。為了克服這些問題，研究人員正在探索多種策略，如優(yōu)化CAR結(jié)構(gòu)、結(jié)合其他免疫療法以及利用生物材料輔助CAR分子的遞送等。巨噬細胞在免疫系統(tǒng)中扮演著多重角色，包括吞噬病原體和癌細胞、分泌細胞因子和趨化因子以及調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)等。這些特性使巨噬細胞成為CAR免疫療法的理想候選者。研究表明，CAR-M細胞不僅具有直接吞噬癌細胞的能力，還能夠通過抗原呈遞功能激活T細胞等適應(yīng)性免疫反應(yīng)，進一步增強抗腫瘤效果。為了提高CAR-M療法的效果，研究人員正在不斷優(yōu)化CAR的設(shè)計和巨噬細胞的工程改造。例如，通過引入不同的胞內(nèi)信號傳導區(qū)，如CD3ζ、FcRγ等，可以增強巨噬細胞的吞噬能力和抗腫瘤活性。此外，結(jié)合原位基因編輯（In Situ Gene Editing）、合成生物學（Synthetic Biology）和生物材料輔助基因遞送等先進技術(shù)，可以進一步提升CAR-M療法的安全性和有效性。使用脂質(zhì)納米顆粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）在體外系統(tǒng)中將編碼CAR的mRNA遞送至巨噬細胞和T細胞（Credit: Molecular Cancer）
這個系統(tǒng)主要是為了提高基因編輯的效率，使得這些免疫細胞能夠高效表達CAR分子，從而增強其抗腫瘤活性。LNPs是一種先進的基因遞送工具，其使用在mRNA疫苗（如新冠病毒疫苗）的成功應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。LNPs的優(yōu)點包括高遞送效率、低毒性和良好的生物相容性。研究人員利用LNPs將編碼CAR分子的mRNA遞送至巨噬細胞和T細胞，從而使這些細胞能夠特異性識別并殺傷腫瘤細胞。研究中，研究人員首先優(yōu)化了LNPs的組成和mRNA的修飾，以提高其在巨噬細胞和T細胞中的轉(zhuǎn)染效率。具體來說，他們篩選了一組脂質(zhì)和mRNA，發(fā)現(xiàn)將磷脂酰乙醇胺（DOPE）摻入LNPs中對于核酸的遞送至關(guān)重要。通過體外實驗，研究人員證明這種優(yōu)化的LNP-mRNA系統(tǒng)能夠有效地將CAR mRNA遞送至小鼠巨噬細胞和人類CD8+ T細胞，使這些細胞在表達CAR分子后表現(xiàn)出顯著的細胞毒性作用，能夠有效殺傷B細胞淋巴瘤細胞。除了優(yōu)化CAR-M細胞本身，研究人員還探索將CAR-M療法與其他免疫療法結(jié)合使用，以實現(xiàn)協(xié)同抗腫瘤效果。例如，將CAR-M細胞與CAR-T細胞聯(lián)合使用，可以利用巨噬細胞的腫瘤浸潤能力和T細胞的強大殺傷能力，形成互補優(yōu)勢。此外，結(jié)合檢查點抑制劑（Checkpoint Inhibitors）如抗PD-1抗體Pembrolizumab（帕博利珠單抗），可以進一步解除腫瘤微環(huán)境的免疫抑制，提高治療效果。隨著CAR-M療法的不斷發(fā)展，越來越多的臨床試驗正在進行中，以評估其在不同類型癌癥中的效果和安全性。CT-0508和MCY-M11是目前進展最快的兩種CAR-M療法，它們已獲得FDA的批準進入臨床試驗，用于治療HER2過表達的復發(fā)性或轉(zhuǎn)移性實體瘤以及復發(fā)性/難治性卵巢癌和腹膜間皮瘤。初步臨床數(shù)據(jù)表明，CT-0508在患者中表現(xiàn)出良好的安全性和耐受性，沒有明顯的劑量相關(guān)毒性。此外，CAR-M療法在局部遞送時顯示出更好的腫瘤抑制效果，這為未來的實體瘤治療提供了新思路。盡管CAR-M療法在癌癥治療中展示了巨大的潛力，但其在臨床應(yīng)用中仍面臨許多挑戰(zhàn)。未來的研究需要繼續(xù)優(yōu)化CAR-M細胞的設(shè)計，提高其抗腫瘤效能，減少潛在的副作用。此外，探索更多高效的基因遞送系統(tǒng)和聯(lián)合治療策略，將有助于推動CAR-M療法在臨床上的廣泛應(yīng)用。隨著基因編輯技術(shù)、合成生物學和生物材料科學的不斷進步，我們有理由相信，CAR-M療法將在不久的將來為癌癥患者帶來新的希望和更好的治療選擇。通過不斷的研究和臨床驗證，CAR-M療法有望成為癌癥免疫治療的重要組成部分，為攻克實體瘤這一難題提供有力的武器。巨噬細胞CAR療法作為一種新興的癌癥免疫治療方法，展示了巨大的應(yīng)用潛力。盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但通過研究人員的不懈努力和技術(shù)的不斷進步，我們有理由相信，CAR-M療法將在未來的癌癥治療中發(fā)揮越來越重要的作用，為更多的患者帶來生的希望。Li N, Geng S, Dong ZZ, Jin Y, Ying H, Li HW, Shi L. A new era of cancer immunotherapy: combining revolutionary technologies for enhanced CAR-M therapy. Mol Cancer. 2024 Jun 1;23(1):117. doi: 10.1186/s12943-024-02032-9. PMID: 38824567.
https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02032-9
