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近期，MIT Darrell J. Irvine教授、MIT/哈佛大学Marcela V. Maus教授、哈佛大学两院院士David J. Mooney教授和波士顿大学的Wilson W. Wong教授等人在science上发表最新综述“The future of engineered immune cell therapies”，讨论了免疫细胞疗法在人类疾病的最新进展、免疫细胞工程的新策略以及该领域所面临的挑战。 免疫细胞疗法（ICT）的临床进展 20世纪80年代末，从癌症患者中分离出的肿瘤浸润性T细胞被用于治疗转移性黑色素瘤，首次证明了活免疫细胞作为治疗手段。这些临床试验的早期前景推动了对使用多种免疫细胞类型的免疫细胞疗法（ICT）的探索，并将ICT从传染病应用于到自身免疫的其他癌症和病理中。然而，以T细胞为例，也迎来了一系列挑战：在许多类型的癌症中，分离和制备大量功能性肿瘤特异性T细胞是困难的，而且天然T细胞在面对高肿瘤抗原负荷（称为耗竭）时会随时间失去功能，有时肿瘤也会进化出多种手段来抑制天然淋巴细胞的攻击。这些问题促使该领域早期探索免疫细胞工程。 CAR T细胞疗法是目前临床上比较常见的工程免疫细胞疗法。在2017年，美国FDA批准了首个CD19靶向CAR T细胞的基因疗法。CAR是一种合成受体，由融合到跨膜结构域的类抗体胞外结构域和T细胞活化以及共刺激结构域组成。第一代CAR在临床上效果有限。经过更迭，第二代CAR包括源自CD28或4-1BB的共刺激信号域，在B细胞淋巴瘤和白血病患者的早期试验中也被证明是有效的。与CAR T细胞的发展并行的是转基因T细胞受体（TCR-T细胞）转导的T细胞（T细胞疗法）。TCR-T是通过鉴定可识别MHC分子缝隙中存在的肽而产生的。因此，与CAR T细胞相比，TCR T细胞可以识别源自突变或过度表达胞内蛋白的肽，从而拓宽潜在抗原靶点的范围。TCR-T试验虽然处于早期阶段，但CAR T细胞疗法具有互补的优势（较低的全身毒性发生率和较高的敏感性）和劣势（特定的MHC分子），目前已发现靶向黑色素瘤肿瘤相关抗原的TCR和靶向HPV+上皮癌HPV抗原的应答率比较理想。
图1. 实体瘤中工程T细胞面临的有效性障碍 但是工程化T细胞疗法在实体瘤中面临着有效性的障碍（图1）。包括低效的肿瘤浸润、抗原表达的异质性、功能持久性差、T细胞耗竭。多种免疫抑制机制已经确定，包括代谢抑制物质（腺苷）、检查点分子（PD-L1）、抑制性转化生长因子-β（TGF-β）、 IL-10等细胞因子，以及各种抑制性细胞类型（CAF、MDSC、Treg等）。 体外细胞工程 目前，基于基因工程设计的新型细胞疗法不断出现，各种技术将有望逐渐解决当前的这些挑战。从细胞工程的角度来看，工程化改造技术在ICT的开发中发挥了三大关键作用（图2）：(i) 抗原受体工程，包括TCR、CAR；(ii) 宿主细胞基因组工程，针对细胞内信号通路的基因修饰，以调节细胞的代谢、生存和增殖等特性；(iii) 引入为免疫细胞提供新功能的辅助基因，包括加入治疗性有效载荷，发挥协同作用。
对于抗原受体工程来说，免疫细胞表面受体对多种类型的修饰和蛋白质工程具有耐受性，这使得能够设计具有新的感知和反应表型的受体回路，以提高靶向特异性和安全性或解决抗原逃逸问题。例如逻辑电路CAR可以感知多种抗原并执行组合逻辑运算，有效地区分健康细胞和癌细胞，从而最大限度地减少“脱靶”效应；逻辑门控CAR能帮助减少免疫逃逸所带来的癌症复发（ “或门”CAR：与两种不同靶抗原之一结合而触发、“与门”CAR：仅当两种不同的靶抗原同时参与时才被激活）；此外还有一些杂交受体结合了CAR和TCR的优势，T细胞受体融合结构（TRuCs）由靶向肿瘤相关抗原的特异性抗体融合到5个TCR亚基的胞外N-末端组成，显示出与CAR相似的抗原敏感性，同时降低炎性细胞因子的产生，以及将两个抗体scFv分别融合到TCR的α链和β链的合成 T 细胞受体抗原受体（STARs），现已在研究中表现出显著的体内活性和抗原敏感性。 除了表达抗原特异性受体，工程免疫细胞表达治疗有效载荷为调节细胞功能提供了额外的维度。这些治疗性有效载荷主要是分泌因子，如细胞因子、治疗性抗体或能够重塑肿瘤微环境或激活前药的酶。例如，已批准的抗癌药物来那度胺可作为基因开关来调整有效载荷生产的强度和时间，用于开启或关闭免疫细胞的抗肿瘤活性。 最后，除了肿瘤特异性受体和免疫调节因子的表达外，最近的研究也证明了工程免疫细胞基因组也可以提高细胞治疗安全性和疗效的潜力。利用CRISPR/Cas9系统同时破坏多个基因位点产生TCR和HLA-I缺陷的CAR-T细胞，可以减少移植物抗宿主病（GvHD）和免疫排斥反应的发生，还可以通过基因敲入，确保将基因精确插入特定基因座，提高基因表达的稳健性。 但是，这些设计可能会超过载体的DNA大小限制，需要基因递送和制造方面的创新以确保其成功的临床转化。 体内细胞工程 ICT生产中最大的挑战之一是使用病毒进行基因转导，这是一个失败率很高的复杂过程。为了克服这一挑战，正在开发在原代人类免疫细胞中进行基因传递的非病毒方法，例如 mRNA 转染或基于转座子的基因组工程工具。在体内细胞工程方面，免疫细胞在过继转移后，工程免疫细胞在寻找和摧毁疾病靶标方面面临着许多挑战，包括存活足够的时间、归巢到适当的解剖位点并与目标细胞结合，以及保持适当的表型以清除病灶。宿主体内的被动和主动屏障都是这些挑战存在的原因，而目前正在开发各种技术来克服并实现高效和安全的免疫细胞治疗。这些技术包括开发用于将转移的免疫细胞放置在所需位置的生物材料；通过外部控制的线索靶向转移的细胞；以及体内的直接遗传操纵（图3）。
图3. 体内免疫细胞工程方法 工程免疫细胞用于治疗的科学和技术已经取得了巨大的进步，但仍有巨大的探索空间，以寻找更安全、更有效的基于免疫细胞的治疗方法。目前，免疫细胞疗法在医学上的长期应用所面临的两个关键挑战是其成本和制造的复杂性。例如，使用双特异性T细胞接合蛋白治疗血液系统恶性肿瘤可能最终取代ICT的使用。然而，免疫细胞的化学和/或基因工程能力具有天然细胞中不存在的多种环境反应性和可控功能，这使得ICT有可能在疾病微环境中产生传统治疗无法实现的变化。目前正在进行临床和监管工作，探索分散、快速和自动化的制造，可以提高效率并降低成本。此外，集中精力直接在体内工程化ICT或使用工程化的“现成”第三方细胞源可能会消除围绕细胞治疗的一些实际问题。 原文链接：https:///10.1126/science.abq6990 |
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来自： jianggy001 > 《生物医药》
