Molecular Cancer | 邁向癌症治療新(xīn)紀元：CAR-M療法的臨床潛力
發布日期：2024-06-03 閱讀次數：168 來源：生物(wù)探索
摘要：近年來，嵌合抗原受體(tǐ)（CAR）技(jì )術在血液腫瘤治療中取得了顯著進展，特别是在急性淋巴細胞白血病（ALL）、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(tǐ)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。具有強大吞噬能(néng)力、抗原呈遞功能(néng)以及能(néng)夠調節腫瘤微環境和刺激适應性反應的巨噬細胞成為(wèi)一種有前景的選擇。
近年來，嵌合抗原受體(tǐ)（CAR）技(jì )術在血液腫瘤治療中取得了顯著進展，特别是在急性淋巴細胞白血病（ALL）、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(tǐ)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。具有強大吞噬能(néng)力、抗原呈遞功能(néng)以及能(néng)夠調節腫瘤微環境和刺激适應性反應的巨噬細胞成為(wèi)一種有前景的選擇。CAR-M療法（CAR-巨噬細胞療法）利用(yòng)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(néng)力。巨噬細胞在腫瘤中的主要作(zuò)用(yòng)包括吞噬癌細胞、分(fēn)泌細胞因子和趨化因子、滲透緻密組織并在腫瘤中積累等。這些特性使得巨噬細胞成為(wèi)CAR免疫療法中可(kě)操作(zuò)的候選者。自2006年Biglari等人首次将CEA靶向的CAR分(fēn)子工程化到人類單核細胞中以來，CAR-巨噬細胞的開發和優化工作(zuò)不斷進行。目前已有兩種CAR-M療法（CT-0508和MCY-M11）獲得美國(guó)食品藥品監督管理(lǐ)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，面臨着細胞資源有限、基因轉移抗性和潛在的炎症病理(lǐ)等重大問題。随着人類誘導多(duō)能(néng)幹細胞（iPSCs）制備、基因編輯技(jì )術和生物(wù)材料遞送技(jì )術的結合，新(xīn)一代CAR-M療法有望具備特定的腫瘤抗原識别能(néng)力、可(kě)行的基因修飾、改進的擴展能(néng)力和可(kě)控的安(ān)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(xīn)進展，涵蓋了基礎科(kē)學(xué)研究和臨床試驗，并探讨了當前阻礙CAR-M療法全面潛力實現的主要障礙及其解決策略。随着基因編輯、合成生物(wù)學(xué)技(jì )術和生物(wù)材料支持的基因轉移等革命性技(jì )術的出現，結合這些先進方法将帶來新(xīn)一代CAR-M療法，提高其療效、安(ān)全性和可(kě)及性。CAR-M療法不僅展示了對抗血液和非血液腫瘤的潛力，還預示着未來在癌症免疫治療中的廣闊應用(yòng)前景。
近年來，嵌合抗原受體(tǐ)（Chimeric Antigen Receptor, CAR）技(jì )術在癌症治療領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(tǐ)腫瘤方面的效果仍然有限，這促使研究人員探索新(xīn)的免疫治療方法。巨噬細胞（Macrophages）作(zuò)為(wèi)先天免疫系統的主要細胞，因其多(duō)功能(néng)性和在腫瘤微環境中的重要作(zuò)用(yòng)，成為(wèi)了CAR療法的新(xīn)興候選者。巨噬細胞是體(tǐ)内主要的吞噬細胞，能(néng)夠吞噬并消化細菌、病毒和癌細胞等病原體(tǐ)。巨噬細胞不僅具有強大的吞噬能(néng)力，還具有抗原呈遞（Antigen Presentation）功能(néng)，可(kě)以激活适應性免疫反應。此外，巨噬細胞在組織修複、炎症反應和免疫調節中發揮着重要作(zuò)用(yòng)。基于這些特性，研究人員開始探索将CAR技(jì )術應用(yòng)于巨噬細胞，以開發新(xīn)的癌症免疫治療方法。CAR是一種人工設計的跨膜受體(tǐ)，通常包括一個識别腫瘤抗原的單鏈可(kě)變區(qū)（Single-chain Variable Fragment, scFv）、一個鉸鏈區(qū)（Hinge Domain）、一個跨膜區(qū)（Transmembrane Domain）和一個胞内信号傳導區(qū)（Intracellular Signaling Domain）。通過基因工程手段将CAR導入巨噬細胞，使其能(néng)夠特異性識别并殺傷表達相應抗原的癌細胞。
不同CAR的組成元素及其在CAR-巨噬細胞設計中的應用(yòng)（Credit: Molecular Cancer）
單鏈可(kě)變區(qū)（Single-chain Variable Fragment, scFv）：scFv是位于CAR細胞表面的部分(fēn)，通過連接序列與腫瘤抗原靶向抗體(tǐ)的重鏈可(kě)變區(qū)（VH）和輕鏈可(kě)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(fēn)子的柔韌性，使其能(néng)夠在識别抗原時進行适當的構象變化。跨膜區(qū)（Transmembrane Region）： 跨膜區(qū)負責将CAR分(fēn)子嵌入細胞膜，通常也來源于CD8或CD28序列。胞内激活區(qū)（Intracellular Activation Domain）： 大多(duō)數CAR分(fēn)子的胞内激活區(qū)由CD3ζ和41-BB或CD28區(qū)域組成，負責将抗原識别信号轉導到細胞内部，激活細胞的免疫反應。在CAR-M的設計中，研究人員探索了多(duō)種胞内激活區(qū)，以賦予CAR-M不同的抗腫瘤能(néng)力：吞噬域（Phagocytosis Domains）： 将FcRγ、CD3ζ或Megf10等吞噬域整合到CAR中，使巨噬細胞能(néng)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招募域的串聯能(néng)夠實現對整個細胞的吞噬。跨膜區(qū)和胞内域（Transmembrane and Intracellular Domain）：CD147的跨膜區(qū)和胞内域用(yòng)于CAR-M設計，能(néng)夠分(fēn)泌基質(zhì)金屬蛋白酶，幫助免疫細胞滲透腫瘤組織。炎症信号傳導域（Inflammatory Signaling Domains）： 将TLR4或TLR2的胞内信号傳導域整合到CAR框架中，能(néng)夠誘導巨噬細胞向M1型極化，展現出抗腫瘤效應。共刺激域和炎症細胞因子（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CAR分(fēn)子，能(néng)夠通過吞噬和促炎性抗腫瘤效應抑制腫瘤進展。CD3ζ和TLR4胞内域的共表達（Co-expression of CD3ζ and TLR4 Intracellular Domain）： 增強了巨噬細胞吞噬靶細胞的能(néng)力，并促進M1型極化。早在2006年，Biglari等人就成功将CEA（癌胚抗原）靶向的CAR分(fēn)子導入人類單核細胞，并證明了這種療法的可(kě)行性和安(ān)全性。自此之後，研究人員一直緻力于開發和優化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(lǐ)中具有潛力。目前，已有兩種CAR-M療法（CT-0508和MCY-M11）獲得美國(guó)食品藥品監督管理(lǐ)局（FDA）的批準進入臨床試驗階段。這标志(zhì)着CAR-M療法在實際臨床應用(yòng)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(tǐ)瘤中的應用(yòng)仍面臨諸多(duō)挑戰。首先，實體(tǐ)瘤的緻密組織結構和複雜的腫瘤微環境限制了CAR-M細胞的浸潤和殺傷效應。其次，巨噬細胞在腫瘤微環境中容易被“教育”成支持腫瘤生長(cháng)的M2型巨噬細胞，削弱其抗腫瘤功能(néng)。為(wèi)了克服這些問題，研究人員正在探索多(duō)種策略，如優化CAR結構、結合其他(tā)免疫療法以及利用(yòng)生物(wù)材料輔助CAR分(fēn)子的遞送等。巨噬細胞在免疫系統中扮演着多(duō)重角色，包括吞噬病原體(tǐ)和癌細胞、分(fēn)泌細胞因子和趨化因子以及調節免疫反應等。這些特性使巨噬細胞成為(wèi)CAR免疫療法的理(lǐ)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(néng)力，還能(néng)夠通過抗原呈遞功能(néng)激活T細胞等适應性免疫反應，進一步增強抗腫瘤效果。為(wèi)了提高CAR-M療法的效果，研究人員正在不斷優化CAR的設計和巨噬細胞的工程改造。例如，通過引入不同的胞内信号傳導區(qū)，如CD3ζ、FcRγ等，可(kě)以增強巨噬細胞的吞噬能(néng)力和抗腫瘤活性。此外，結合原位基因編輯（In Situ Gene Editing）、合成生物(wù)學(xué)（Synthetic Biology）和生物(wù)材料輔助基因遞送等先進技(jì )術，可(kě)以進一步提升CAR-M療法的安(ān)全性和有效性。使用(yòng)脂質(zhì)納米顆粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）在體(tǐ)外系統中将編碼CAR的mRNA遞送至巨噬細胞和T細胞（Credit: Molecular Cancer）
這個系統主要是為(wèi)了提高基因編輯的效率，使得這些免疫細胞能(néng)夠高效表達CAR分(fēn)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(yòng)在mRNA疫苗（如新(xīn)冠病毒疫苗）的成功應用(yòng)引起了廣泛關注。LNPs的優點包括高遞送效率、低毒性和良好的生物(wù)相容性。研究人員利用(yòng)LNPs将編碼CAR分(fēn)子的mRNA遞送至巨噬細胞和T細胞，從而使這些細胞能(néng)夠特異性識别并殺傷腫瘤細胞。研究中，研究人員首先優化了LNPs的組成和mRNA的修飾，以提高其在巨噬細胞和T細胞中的轉染效率。具體(tǐ)來說，他(tā)們篩選了一組脂質(zhì)和mRNA，發現将磷脂酰乙醇胺（DOPE）摻入LNPs中對于核酸的遞送至關重要。通過體(tǐ)外實驗，研究人員證明這種優化的LNP-mRNA系統能(néng)夠有效地将CAR mRNA遞送至小(xiǎo)鼠巨噬細胞和人類CD8+ T細胞，使這些細胞在表達CAR分(fēn)子後表現出顯著的細胞毒性作(zuò)用(yòng)，能(néng)夠有效殺傷B細胞淋巴瘤細胞。除了優化CAR-M細胞本身，研究人員還探索将CAR-M療法與其他(tā)免疫療法結合使用(yòng)，以實現協同抗腫瘤效果。例如，将CAR-M細胞與CAR-T細胞聯合使用(yòng)，可(kě)以利用(yòng)巨噬細胞的腫瘤浸潤能(néng)力和T細胞的強大殺傷能(néng)力，形成互補優勢。此外，結合檢查點抑制劑（Checkpoint Inhibitors）如抗PD-1抗體(tǐ)Pembrolizumab（帕博利珠單抗），可(kě)以進一步解除腫瘤微環境的免疫抑制，提高治療效果。随着CAR-M療法的不斷發展，越來越多(duō)的臨床試驗正在進行中，以評估其在不同類型癌症中的效果和安(ān)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(yòng)于治療HER2過表達的複發性或轉移性實體(tǐ)瘤以及複發性/難治性卵巢癌和腹膜間皮瘤。初步臨床數據表明，CT-0508在患者中表現出良好的安(ān)全性和耐受性，沒有明顯的劑量相關毒性。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(wèi)未來的實體(tǐ)瘤治療提供了新(xīn)思路。盡管CAR-M療法在癌症治療中展示了巨大的潛力，但其在臨床應用(yòng)中仍面臨許多(duō)挑戰。未來的研究需要繼續優化CAR-M細胞的設計，提高其抗腫瘤效能(néng)，減少潛在的副作(zuò)用(yòng)。此外，探索更多(duō)高效的基因遞送系統和聯合治療策略，将有助于推動CAR-M療法在臨床上的廣泛應用(yòng)。随着基因編輯技(jì )術、合成生物(wù)學(xué)和生物(wù)材料科(kē)學(xué)的不斷進步，我們有理(lǐ)由相信，CAR-M療法将在不久的将來為(wèi)癌症患者帶來新(xīn)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(wèi)癌症免疫治療的重要組成部分(fēn)，為(wèi)攻克實體(tǐ)瘤這一難題提供有力的武器。巨噬細胞CAR療法作(zuò)為(wèi)一種新(xīn)興的癌症免疫治療方法，展示了巨大的應用(yòng)潛力。盡管面臨諸多(duō)挑戰，但通過研究人員的不懈努力和技(jì )術的不斷進步，我們有理(lǐ)由相信，CAR-M療法将在未來的癌症治療中發揮越來越重要的作(zuò)用(yòng)，為(wèi)更多(duō)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
