CAR T细胞疗法新战场:实体瘤 初步成果值得期待

【字体: 时间:2019年11月29日 来源:生物通

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  CAR T细胞疗法在部分血液肿瘤患者中大获成功,但是面对实体恶性肿瘤仍然束手无策——受到实体瘤异质性、肿瘤微环境难以进入驻留等等问题阻碍。研究人员持续不断的努力为实体瘤治疗带来的值得期待的初步成果

  

译自The Scientist KERRY GRENS

46岁的巴伦(Barron)和她的儿子在洛杉矶外的希望之城癌症研究中心医院的房间里等待即将到来的CAR T治疗程序,这使得Barron有些紧张。她的头皮上涂抹了麻醉膏,开始放松。 Barron和她的丈夫和孩子一起住在洛杉矶,是Costco的蛋糕装饰师。自2007年以来,她一直在治疗脑部肿瘤,并接受过化疗,放疗和多次手术。在过去的十年中,癌症一直是她生命中挥之不去的常客,每当坏消息再次发生时,她都会说:“小坏蛋又来了。”

去年夏天,巴伦(Barron)的癌症从2期发展到3期少突胶质细胞瘤。她的医生——希望之城的外科医生Behnam Badie告诉她,她有资格接受一种实验性治疗,在这种治疗中,她自己的T细胞将被改造成能够识别肿瘤细胞表面的抗原,然后再注入大脑。含有此类嵌合抗原受体(CAR)T细胞的疗法已被批准用于某些类型的血液和骨髓“液体瘤”如大B细胞淋巴瘤和B细胞急性淋巴细胞白血病,但该方法对于像Barron这一类的实体瘤尚未获得成功。

尽管如此,医生们仍在努力前进,希望能够弄清楚用怎样的“CAR的设计构建、合适的剂量和辅助治疗”才能使这种方法对实体瘤起作用。她说:“这听起来很有希望。。。不管怎么说,无论如何,我都愿意。唯一让我抓狂的是针头。”

当护士带着T细胞小瓶进来时,巴伦坐在病床上。“就在这里,”Cecilia Barron分开头发,这才露出头顶上的两个小结节之一 —— 不大于豌豆的一小个肉团。护士摸到两个凸起,然后分别用一根针插入每个凸起,将数百万个细胞注入Barron的头部。 注射的凸起下面有导管,一个伸入她的大脑中一个月前切除肿瘤后留下的空腔,另一个伸入脑室的脑脊髓液。注入细胞需要几分钟,然后需要等待。 Barron要过几个小时才能回家,然后数周,数月,希望能有更长的时间——来观察她的癌症是否能保持沉默。

在2018年9月接受CAR T治疗的五个月后,Barron感觉良好,她的MRI和PET扫描未显示肿瘤复发的迹象。像这样的积极迹象,使Badie医生等人对CAR T技术能够像在“液体瘤”中一样有效杀死实体瘤感到乐观。现在有许多针对胰腺癌,间皮瘤,肺癌,乳腺癌和其他癌症的早期阶段临床试验。

这些实体肿瘤提出了血液和骨髓癌所没有的挑战。首先,众所周知实体癌处于酸性、低氧和免疫抑制的不利环境,这使得T细胞难以浸润并持续驻留于固体肿瘤块中。肿瘤的异质性还意味着所选的单种CAR T可能无法与每个肿瘤细胞结合,对部分肿瘤细胞不起作用。

贝勒医学院的Nabil Ahmed表示:“我并不想听起来很悲观,但实体瘤确实不是白血病。。。CAR Ts需要很多工作才能使这种方法发挥作用。”

令人难以置信的反应
巴伦(Barron)是过去几年在希望之城(City of Hope)接受CAR T治疗的数十名脑癌患者之一。这些患有最恶性的胶质母细胞瘤(又称4级星形细胞瘤)的患者已经历尽各种疗法无效,且面临严峻的预后。虽然CAR T对实体瘤的临床实验仍处于第1阶段,但CAR设计和治疗方法已经发展多年。

大约20年前,当时宾州州立大学的癌症生物学家Waldemar Debinski发现胶质母细胞瘤中存在免疫信号分子白介素13(IL-13)的受体,而正常脑中却没有这种受体,因此,该受体有望成为靶向癌细胞同时保留健康细胞的良好靶标。在那以后,研究人员对脑癌的治疗方法进行了漫长而仔细的研究。

2004年5月,希望之城研究小组首次将CAR T细胞直接注射到了三个胶质母细胞瘤患者之一的大脑中。研究人员在患者接受输液的几周内未观察到重大不良反应——这是一项重要成就,因为已批准的CAR T疗法最大的缺点之一是可能导致严重的免疫过度反应。同时,患者的癌症出现了肿瘤死亡的迹象和IL-13丰度的降低等部分反应。但是这三名患者没有被治愈,均在接受治疗后的一年内死亡。负责希望之城脑肿瘤CAR T研究的Christine Brown说“这使我们又回到了替补席上”——在启动更大的试验之前先对CAR进行优化。

具体来说,布Brown的团队对横跨免疫细胞膜及其细胞内共刺激域的CAR间隔区域进行了调整,并调整了体外扩增细胞以增强T细胞活性的流程。她说:“我们的CAR细胞的效力提高了十倍以上。。。在此之前,我们需要在小鼠中注入超过一百万个T细胞才能完全清除肿瘤。如今,10万个细胞就可以实现完全清除肿瘤的效果。”

2015年,希望之城开始使用修饰后的细胞开展针对胶质母细胞瘤的新一轮CAR T试验。第一位接受全程治疗的患者是名叫Rich Grady的儿科外科医生。像其他患有这种疾病的患者一样,Grady的癌症在化疗,放疗和手术之后复发了,当他参加该试验时,预计他只能活几周或几个月。在制备Grady的T细胞时,癌症出现在新的部位。时间不多了。Brown说,想起Grady的情况“这仍然让我感到不寒而栗。”

Grady接受了每周一次,共六周的治疗——将他的工程改造T细胞注射到他大脑中已被手术切除的原发肿瘤留下的区域。后续的MRI扫描显示,尽管原发性肿瘤没有生长,但癌症已出现在他的大脑和脊柱的新部位。Badie的小组果断决定尝试将这些细胞注入脑脊液中,希望它们能够分散并追踪人体其他部位的这些肿瘤。

在Grady接受几次脑室内注射后,Badie说他永远不会忘记下次进行MRI扫描的那一刻—— 包括原发性肿瘤和新病变在内的所有肿瘤均已缩小。完成10个疗程后,均未检出肿瘤。

Badie说:“这真令人难以置信。”他曾以为他会给Grady带来跟过往一样的坏消息,就像他给大多数胶质母细胞瘤患者带来的消息一样。但是CAR T细胞疗法似乎已经摧毁了一个永不止息的癌症。

但是Grady的癌细胞并非全部表达IL-13受体——CAR靶向的IL-13受体。这提示工程改造的T细胞有助于招募Grady的免疫系统来对抗癌症。 “我们认为,CAR T细胞起着点燃内源性免疫反应的火花的作用。”不幸的是,这还远远不够,该死的肿瘤又回来了。 Grady在2017年4月25日去世了。

药物递送的挑战
尽管Grady肿瘤复发未能幸免,但他在试验中的积极反应表明,使用CAR Ts可以杀死胶质母细胞瘤,并使希望之城的研究人员建立了双导管方案——如今Barron和其他患者在肿瘤部位和脑室均注射CAR T细胞。

CAR T递送是治疗实体瘤的复杂因素。对于液体瘤,可通过输血来管理细胞,一旦进入循环,CAR T就会发现并破坏肿瘤细胞。但对于实体瘤,这并不那么简单。“ CAR T疗法确实需要细胞间相互作用,而且这个对于循环肿瘤细胞来说比固体肿瘤更容易进行,” Mustang Bio总裁兼首席执行官Manuel Litchman说。这家公司参与资助了希望之城(City of Hope)部分用于治疗脑癌的CAR T细胞疗法,并且还在开发自己的CAR T细胞疗法用于淋巴瘤。

对于实体瘤,可以全身性注入CAR Ts。它们可以穿过血脑屏障进入大脑,也可以迁移到体内其他部位。例如,在贝勒医学院,艾哈迈德(Ahmed)的小组用CAR T细胞靶向表达HER2受体的肉瘤,对19名经历多次复发的儿童或成年人患者进行了全身输液。几个月后,研究人员在肿瘤中发现了较低频率的CAR DNA,这表明一些工程改造的T细胞就已经留在实体肿瘤内了。尽管大多数患者死亡(中位生存期仅为10个月,注意:入选实验性治疗的患者通常是经多种治疗无效复发且预后不良的患者),但其中四名患者现在是长期幸存者。“我们认为这是一个非常有趣的信号,”Ahmed说。 “我们试图找出原因,这四个有何不同?”

在一项后续研究中,Ahmed和他的同事现在尝试是否能够通过帮助CAR T在体内更长时间黏附在肿瘤部位,从而让更多的CAR T细胞进入肿瘤部位。他们先前曾观察到CAR Ts在数周至数月内消失,但一些数据表明,反复输注可以使体内细胞保持更长的时间,从而有助于阻止复发。另一种方法是在注射后促进细胞增殖。这次,Ahmed和他的同事将首先进行化学疗法破坏患者的淋巴细胞,以期促进CAR T细胞扩增并填补这种免疫真空。

宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院的CAR T开发人员Steven Albelda表示,将足够多的工程改造T细胞转移到实体瘤部位仍然是一个挑战。“在动物模型中,如果通过静脉注射,能进入肿瘤的CAR T细胞数量非常非常小。”这使得他的研究小组转向局部给予细胞的方向,就像对Grady和Barron一样。Albelda的小组正在开始一项试验,患者将接受肺周围胸膜注射CAR T细胞来治疗在那里生长的肿瘤。

Memorial Sloan Kettering癌症中心的Prasad Adusumilli率先向患者胸膜腔内注入CAR Ts以治疗该区域的癌症。他们发现,局部递送T细胞对消除小鼠肿瘤的效果要比静脉内递送更为有效,而且这些细胞的黏附时间更长。这些结果促使该团队开展一项CAR Ts靶向间皮素蛋白以治疗人肺间皮瘤的临床试验,包括已经扩散到胸膜并且对间皮素蛋白呈阳性的乳腺癌。到目前为止,他们治疗的23名患者表明治疗似乎是安全的。Adusumilli说,这是一项旨在评估安全性的早期试验,但是有充分的迹象表明该方法有效。通常,参与该试验这种的患者大约可以活一年。而后续的PET扫描显示肿瘤内和周围的代谢活性正常化。“在我们的试验中,有的患者一年以来具有完全的代谢反应,这些结果是无与伦比的。”

研究人员也观察到,多轮CAR T注射可能比单次注射更有效。西雅图儿童医院研究所的儿科神经肿瘤学家Nicholas Vitanza领导着两项临床试验——在患有脑癌的儿童中直接递送CAR T细胞。他认为,尽管T细胞在血液的天然环境中能茁壮成长,但在实体瘤环境中可能需要一点帮助。“不同于白血病可以通过血液循环扩增CAR Ts群体,我们不认为T细胞在大脑具有相同的扩增能力,因此我们可以分多次给药。”

迈向完美的CAR T
正如单剂量的CAR Ts不可能彻底清除实体瘤一样,针对单个特定目标进行工程改造的单种CAR T类型可能也不足以对付实体瘤。尽管这种策略在液体肿瘤中很有效(已批准的CAR Ts,tisagenlecleucel(Kymriah)和axicabtagene ciloleucel(Yescarta)都是针对产生CD19的细胞),但实体瘤更为复杂。

问题是双重的。首先,实体癌是异质性的。与批准的CAR Ts靶向的癌性B细胞几乎都产生CD19不同,并非所有实体瘤细胞都一定会携带CAR T设计用来攻击的抗原。其次,即使单靶CAR T能够成功根除肿瘤,在去除该抗原后,癌症有时仍会复发。Rich Grady就是这种情况。希望之城的Brown表示,当Grady开始进行CAR T输注后七个月后肿瘤复发时已经有部分不表达被靶向的抗原。因此在部署CAR T时可能有必要靶向多个抗原,方法是在同一T细胞上放置多种CAR类型,或通过工程化互补的CAR T组合。

抗原靶标的选择对于CAR Ts的工作至关重要。为避免危险的副作用,开发人员必须构建能够选择性打击癌细胞而又保留健康组织的CAR T。这对于CAR T治疗血液恶性肿瘤的治疗也一直是一个挑战,因为正常的B细胞也携带CD19抗原。结果,这些干预措施可能导致免疫球蛋白产量下降,使患者处于发生严重感染的风险中。

当涉及实体瘤时,研究人员有机会选择真正的癌症特异性靶标,即所谓的新抗原。例如,宾夕法尼亚大学的免疫学家和肿瘤学家Carl June的研究小组正在开发一种针对胶质母细胞瘤细胞上的表皮生长因子受体(EGFR)的CAR。具体来说,他和他的同事们设计的受体能够结合在一个特异的剪接变异体——这是体内其他任何地方都找不到的。

即使研究人员找不到癌细胞专有的抗原,他们也可能识别出肿瘤中比健康组织中丰富得多的靶标。在宾夕法尼亚大学,Albelda及其团队的目标是间皮素,间皮素在多种癌症——包括间皮瘤,胰腺,卵巢癌和某些肺癌中过度表达。在两项早期试验中,该疗法避免了这些癌症患者的脱靶毒性。

组合疗法中的CAR Ts
许多临床试验表明,可以让实体瘤患者安全地使用CAR Ts。几乎所有从事这些实体瘤免疫疗法研究的研究人员都将下一步转向多种手段组合——包括药物组合、会分泌免疫增强剂的CAR Ts、或经工程改造以携带多种CAR的T细胞。因为实体瘤过于复杂,细胞亚群过多,单剂疗法可能永远无法前进。因此需要综合手段。

在临床测试中已经出现的一种组合是CAR T和另一种当今最热门的检查点抑制剂的免疫疗法。在实体瘤,CAR T细胞不仅面临进入,存活和扩增的障碍,而且还受到所谓的免疫检查点的挑战。已经批准的免疫检查点抑制剂药物,例如靶向内源性T细胞上各种检查点蛋白的单克隆抗体,它们可以消除此类信号,研究人员现在开始将它们与CAR T疗法配对用于实体瘤。

在纪念斯隆凯特琳癌症中心的Adusumilli进行的间皮素阳性癌症患者的试验中,大约有六名患者在局部递送CAR T细胞后接受了检查点抑制剂,恢复最为显著。同时接受两种治疗的患者不再需要其他癌症治疗,甚至已经恢复工作。在同一项试验中,医生计划在三周后向其他患者进行胸膜腔内CAR T输注,然后再加一个检查点抑制剂。同样,宾夕法尼亚大学的研究人员也正在开展一项针对CAR Ts的临床试验,针对胶质母细胞瘤的EGFR变体的CAR Ts与免疫检查点抑制剂共同作用。

科学家们也正在开发一些方法,以使CAR T本身具有反免疫检查点能力。2016年,Adusumilli和他的同事对CAR T细胞进行了工程改造,该细胞可产生一种基因修饰的检查点受体——该受体可充当诱饵以阻止有效的检查点信号传导。从2020年开始,他的团队希望开始使用这种内置的CAR T检查点抑制剂系统。

抑制检查点的CAR T是“装甲车CAR”的一个示例——CAR可以被设计用于生产各种形式的助手。例如,释放促炎细胞因子的CAR T细胞有助于提高其他类型免疫细胞的活性。 2017年,Memorial Sloan Kettering的研究小组通过向小鼠卵巢癌小鼠注入可产生细胞因子IL-12,8的CAR Ts来治疗小鼠,而June的研究小组使用分泌细胞因子IL-18.9的CAR T在黑色素瘤小鼠中获得了成功。 June说:“我们预期将在这个方向上出现许多不同的变化,以制造出对肿瘤微环境有抵抗力的细胞。”他同意单一个CAR T难于胜任这项工作,他继续开发针对实体瘤的CAR T,并期望通过多种目标和联合疗法来成功治疗癌症。 “将会出现更多复杂的T细胞形式,比我们今天使用的形式更多,最后将实现治疗癌症这一目标。我们还处于初期阶段。”

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