什么是嵌合抗原受體 (CARs)？
首先，嵌合抗原受體 (CARs) 是一種人工融合蛋白，主要由抗原識別結構域組成，該結構域通過鉸鏈和跨膜結構域與信號靈活部分相連。如圖 1 (左) 所示，該抗原結合域通常是單鏈可變片段 (scFv)，可以具有不同的結構?？乖Y合域之后是鉸鏈域和跨膜域，它們將抗原結合域與細胞內 T 細胞 (共刺激域 (如 CD28) 以及從CD3ζ 改編的 T 細胞靈活域) 信號部分連接起來。經過改造的 T 細胞可以特異性識別并殺傷癌細胞，這是一種革命性腫瘤治療的新方法。
圖 1. CAR 的結構和 CAR-T[1]
隨著生物技術的不斷發展，CARs 的結構也是不斷升級優化的。第二代和第三代CARs 的設計目的是通過傳遞共刺激信號來增加 CAR-T 細胞的功能，以提高 T 細胞增殖活性、細胞毒性，延長T細胞存活時間。
圖2. CAR的結構優化[2]
一代 CAR 由一個基于單鏈可變片段 (scFv) 的抗原結合域組成，該抗原結合域通過連接到一個 T 細胞靈活域，該靈活域是T細胞受體復合物的CD3ζ亞基。第二代 CAR 再一代基礎上添加了一個共刺激域，通常是 CD28 或 4-1BB。第三代 CAR 包括一代 CAR 的結構組件以及兩個串聯的共刺激域。以提高 T 細胞增殖活性、細胞毒性，延長T細胞存活時間。
關于 CAR-T 細胞
CAR-T 細胞的工作原理如圖 3 所示：首先，從病人體內分離出T細胞，進行細胞轉導形成 CAR-T 細胞，體外擴增 CAR-T 細胞之后，再次輸回病人體內，從而 CAR-T 細胞可以特異性識別并殺傷癌細胞。
然而在 CAR-T 細胞的整個生命周期中，仍然擁有許多技術障礙需要進一步克服，主要包括：生產性問題、腫瘤浸潤的物理障礙、抗原表達的腫瘤異質性、腫瘤微環境中的免疫抑制因素以及具有挑戰性的系統毒性等等。
圖 3. CAR-T細胞的生命周期及其生物學功能[3]
另外，除了 CAR-T 細胞外，其他的 CAR 免疫細胞主要還包括：CAR-NK 細胞, CAR-M 細胞和 CAR-Treg 細胞等。
如圖4所示：自然殺傷（NK）細胞由于其固有的抗腫瘤活性，一直被作為開發細胞治療產品的基礎。從臍血中提取NK細胞，并用抗 CD19 嵌合抗原受體(CAR)載體將其轉導，該載體已被設計用于體外產生白細胞介素-15 (IL-15) ，以增加擴增和功效。
CAR 結構也能組裝到巨噬細胞上，形成 CAR 巨噬細胞 (CAR-M)。該巨噬細胞在體外表現出抗原特異性吞噬作用和促炎性 M1 極化。此外，CARs 還被重新定向于免疫抑制性 CD4+CD25+ 調節性T細胞 (Treg細胞)，CAR-Treg 細胞作為一種自身免疫疾病和器官移植的潛在療法。
圖4. 其他 CAR 免疫細胞及其生物學功能[4]
CAR-T 細胞療法的小分子開關
CAR-T 細胞療法已證明具有徹底根治白血病的療效。然而，這種治療方法受到嚴重細胞因子釋放綜合征的阻礙，這是其在臨床上廣泛應用的主要障礙。結合基因工程和化學技術研究優勢，小分子被人為地設計為開啟和關閉“開關”切換，來賦予 CAR-T細胞功能的靈活性。此外，小分子可以通過藥物定向運輸技術選擇性地傳遞到目標組織，這將有助于進一步減輕靶內/非腫瘤毒性問題。
小分子化合物如 FITC、葉酸、雷帕霉素、Rimiducid和 PROTAC 化合物，已被成功地用于設計新型的 CAR-T 細胞安全開關，通過各種機制減少危及生命的 CRS (細胞因子風暴)。
圖 5. 其他 CAR 免疫細胞及其生物學功能[6]
如圖所示，FITC−葉酸結合物作為安全開關，可誘導腫瘤和 CAR-T 細胞之間形成假免疫突觸. Rimiducid 與 FKBP12-F36V 結合，誘導 Caspase-9 二聚化，導致 CAR-T 細胞凋亡。達沙替尼通過抑制 Lck、CD3ζ 和 ZAP70 分子的磷酸化來防止 CAR-T 細胞的靈活等。
總結
癌癥一直是嚴重威脅人類生活質量和健康安全的重大疾病。由于傳統的治療手段療效十分有限，毒副作用很大且容易產生耐藥性等問題，已經不能滿足巨大的臨床需求。
隨著生物技術的突飛猛進，CAR-T 療法已經成為革命性腫瘤治療的熱門話題，為腫瘤患者帶來了治愈的新希望。然而，CAR-T 療法也有其主要的臨床應用障礙問題。小分子作為生命過程調控的重要工具之一，同樣可以調控 CAR-T 細胞毒活性以及潛在的毒副作用。我們相信，根據腫瘤免疫的新見解，不斷提出新的細胞治療策略，攻克癌癥指日可待。
參考文獻
1. Mikkilineni L, Kochenderfer JN. CAR T cell therapies for patients with multiple myeloma. Nat Rev Clin Oncol. 2021 Feb;18(2):71-84.
2. Cappell KM, Kochenderfer JN. A comparison of chimeric antigen receptors containing CD28 versus 4-1BB costimulatory domains. Nat Rev Clin Oncol. 2021 Nov;18(11):715-727.
3.Rebecca C Larson, Marcela V Maus. Recent advances and discoveries in the mechanisms and functions of CAR T cells. Nat Rev Cancer. 2021 Mar;21(3):145-161.
4. Rafiq S, Hackett CS, Brentjens RJ. Engineering strategies to overcome the current roadblocks in CAR T cell therapy. Nat Rev Clin Oncol. 2020 Mar;17(3):147-167.
5. Morris EC, Neelapu SS, Giavridis T, Sadelain M.Cytokine release syndrome and associated neurotoxicity in cancer immunotherapy. Nat Rev Immunol. 2022 Feb;22(2):85-96.
6. Zheng Y, Nandakumar KS, Cheng K. Optimization of CAR-T Cell-Based Therapies Using Small-Molecule-Based Safety Switches. J Med Chem. 2021 Jul 22;64(14):9577-9591.
