CAR-T療法迎來收獲期，如何突破安全性瓶頸？

來源：藥智網(wǎng)/青梅

近日，藥智數(shù)據(jù)顯示，藥明巨諾瑞基奧侖賽注射液（relma-cel）的上市申請進(jìn)入“待審批”狀態(tài)，有望獲批成為國內(nèi)第二款CAR-T產(chǎn)品。此前，復(fù)星凱特CAR-T細(xì)胞治療產(chǎn)品阿基侖賽注射液（又稱：益基利侖賽注射液，代號：FKC876）已率先于2021 年 6 月獲批上市。

CAR-T細(xì)胞療法作為一種全新的癌癥治療手段，備受市場關(guān)注。自2017年以來，全球已有多款CAR-T細(xì)胞療法獲批上市。然而隨著CAR-T療法進(jìn)一步應(yīng)用，安全性問題日益凸顯。

1、CAR-T技術(shù)迭代發(fā)展，但仍存在安全性問題

早在40年前，科學(xué)家就了解到T細(xì)胞在抗癌中發(fā)揮著重要作用，這種細(xì)胞能夠識別并清除腫瘤細(xì)胞，但單靠患者體內(nèi)的少量T細(xì)胞無法成功圍剿數(shù)量眾多的腫瘤細(xì)胞。隨后，基礎(chǔ)科學(xué)不斷更新，圍繞T細(xì)胞的腫瘤免疫治療也一步步成為現(xiàn)實(shí)。目前，CAR技術(shù)已經(jīng)過多代發(fā)展（圖1）。

圖1. 傳統(tǒng) CD8+ T細(xì)胞和CD8+ CAR-T細(xì)胞在殺傷腫瘤細(xì)胞和CAR結(jié)構(gòu)演變方面的差異示意圖。

然而，已批準(zhǔn)的CAR-T療法毒副作用也逐漸顯現(xiàn)。當(dāng)經(jīng)過基因工程改造的CAR-T細(xì)胞重新輸回患者體內(nèi)時(shí)，除了發(fā)揮抗腫瘤作用，還可能會導(dǎo)致細(xì)胞因子釋放綜合征（CRS），嚴(yán)重威脅患者的生命。

為了提高CAR-T療法的安全性，目前一個(gè)解決方案是為CAR-T細(xì)胞設(shè)計(jì)一個(gè)快速且可逆的“關(guān)閉”或“開啟”安全開關(guān)。經(jīng)過優(yōu)化的CAR-T細(xì)胞可能具有更好的療效以及更少的副作用。近日，南方醫(yī)科大學(xué) Kui Cheng等發(fā)表在Journal of Medicinal Chemistry的文章總結(jié)了當(dāng)前主要研究的一些基于小分子的CAR-T細(xì)胞新型安全開關(guān)。

2、小分子安全開關(guān)：降低CAR-T細(xì)胞療法相關(guān)的毒性

某些小分子化合物有望賦予CAR-T細(xì)胞功能靈活性，使其在“開”和“關(guān)”狀態(tài)之間切換。此外，它們還可以使用藥物定向轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)選擇性地遞送至靶組織，這將有助于進(jìn)一步緩解毒性問題。

目前報(bào)道的用于CAR-T開關(guān)設(shè)計(jì)的小分子化合物主要有FITC、葉酸、rimiducid、雷帕霉素、蛋白水解靶向嵌合體 (PROTAC) 化合物和達(dá)沙替尼等。（圖2）。

圖2. 小分子化合物應(yīng)用于安全開關(guān)的不同機(jī)制的示意圖。

2.1 基于FITC/葉酸的安全開關(guān)介導(dǎo)的擬免疫突觸的組裝

這是一種雙功能/雙特異性安全開關(guān)，包含兩個(gè)關(guān)鍵模塊：一個(gè)具有與TAA特異性識別和結(jié)合的能力，另一個(gè)具有與CAR重新編程的抗原識別域結(jié)合的能力。這種安全開關(guān)以時(shí)間或劑量依賴性方式充當(dāng)CAR-T細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的擬免疫突觸，將CAR-T細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)椤伴_啟”狀態(tài)。只有在給予小分子安全開關(guān)后，才能形成擬免疫突觸，觸發(fā)CAR-T細(xì)胞消滅靶癌細(xì)胞。FITC和葉酸常用于設(shè)計(jì)此類安全開關(guān)（圖3）。

圖 3. 基于FITC/葉酸的安全開關(guān)示意圖

FITC是最廣泛使用的熒光染料，具有熒光量子產(chǎn)率高、易受微環(huán)境變化影響而不會對偶聯(lián)抗體的特異性產(chǎn)生顯著影響的優(yōu)點(diǎn)。而且，抗FITC抗體的基因序列已被廣泛研究，促進(jìn)了FITC在CAR-T細(xì)胞安全開關(guān)設(shè)計(jì)中的使用。葉酸是一種水溶性B族維生素，正常組織和腫瘤組織中FRα的差異分布以及葉酸的高親和力和穩(wěn)定性使FRα和葉酸成為設(shè)計(jì)的潛在目標(biāo)安全開關(guān)。

2.2 利用雷帕霉素誘導(dǎo)FKBP12和FRB結(jié)合域的組裝來控制CAR-T細(xì)胞的激活

CAR-T細(xì)胞具有細(xì)胞外抗原識別域和細(xì)胞內(nèi)信號域。設(shè)計(jì)基于小分子開關(guān)的另一種策略是在小分子藥物存在的情況下拆分這兩種結(jié)構(gòu)并重新連接它們。

雷帕霉素和雷帕霉素類似物（rapalogues）可用作二聚化化學(xué)誘導(dǎo)劑（CID）來組裝引入CAR結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)域。雷帕霉素同時(shí)占據(jù)兩種蛋白質(zhì)的兩個(gè)不同的疏水結(jié)合口袋：人FK506結(jié)合蛋白(FKBP12)和FKBP-雷帕霉素相關(guān)蛋白(FRAP)的FKBP12-雷帕霉素結(jié)合（FRB）域。因此，將FKBP12-雷帕霉素-FRAP/FRB三元復(fù)合物插入到CAR結(jié)構(gòu)中可以構(gòu)成一個(gè)基于小分子的安全開關(guān)來控制CAR-T細(xì)胞活動。

在雷帕霉素存在下，嵌合抗原受體執(zhí)行抗原識別和信號傳導(dǎo)功能。在雷帕霉素不存在的情況下，抗原識別域與CAR結(jié)構(gòu)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)域分離，使CAR-T細(xì)胞處于“關(guān)閉”狀態(tài)（圖4）。因此，雷帕霉素可用于遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)CAR-T細(xì)胞的活動，以避免潛在的致命毒性作用。

圖4. 雷帕霉素作為分子開關(guān)的示意圖

2.3 Rimiducid誘導(dǎo)Caspase-9二聚化并促進(jìn)過度活化的CAR-T細(xì)胞凋亡

當(dāng)CAR 結(jié)構(gòu)包含編碼自殺基因的融合蛋白時(shí)，Rimiducid（AP1903）和更昔洛韋等CID可以誘導(dǎo) CAR-T細(xì)胞凋亡。使用Rimiducid和誘導(dǎo)型caspase-9組成安全開關(guān)，可以通過小分子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡迅速終止CAR-T細(xì)胞的治療活性（圖5）。

圖5. iCas9系統(tǒng)誘導(dǎo)CAR-T細(xì)胞凋亡示意圖。

2.4 PROTAC技術(shù)控制CAR的裂解和降解

當(dāng)CAR識別并結(jié)合靶腫瘤細(xì)胞表面相關(guān)腫瘤抗原，CAR-T細(xì)胞即保持激活狀態(tài)。因此，可設(shè)計(jì)一種安全開關(guān)，通過精確控制CAR的降解來遠(yuǎn)程和可逆地調(diào)節(jié)CAR的表面呈現(xiàn)，以調(diào)節(jié)CAR-T細(xì)胞抗癌活性，并降低潛在毒性。

目前，PROTAC是降解細(xì)胞內(nèi)特定蛋白質(zhì)的最有效方法。CAR是一種人工合成的蛋白質(zhì)，通過將蛋白降解子（degrons）摻入CAR，一旦蛋白降解子被蛋白水解酶識別，理論上降解整個(gè)CAR蛋白應(yīng)該是可行的。目前，多種新型小分子已被用于控制CAR 的降解（圖6)。

圖 6. PROTAC技術(shù)通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)控制CAR降解的示意圖

2.5 達(dá)沙替尼直接阻止CAR-T細(xì)胞激活

現(xiàn)有藥物也可作為藥理安全開關(guān)，暫時(shí)滅活CAR-T細(xì)胞以控制其毒性。并且，停用安全開關(guān)藥物后，抗腫瘤作用可恢復(fù)。

達(dá)沙替尼是一種針對BCR-ABL和SRC的小分子多酪氨酸激酶抑制劑，通過抑制淋巴細(xì)胞特異性蛋白酪氨酸激酶（Lck）來抑制TCR介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞增殖、細(xì)胞因子產(chǎn)生和體內(nèi)T細(xì)胞反應(yīng)。因此，達(dá)沙替尼可作為一種潛在的藥理學(xué)安全開關(guān)藥物。但達(dá)沙替尼并非專門設(shè)計(jì)為小分子安全開關(guān)，將其稱為CAR-T細(xì)胞的小分子安全開關(guān)還存在爭議。

3、總結(jié)：小分子CAR-T開關(guān)任重道遠(yuǎn)

目前對CAR-T細(xì)胞療法的研究主要集中提高臨床療效、減輕抗原逃逸和增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞的特異性等方面。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，在嵌合抗原受體構(gòu)建體中引入了各種修飾。目前，處于開發(fā)階段的第四代CAR，可以傳遞細(xì)胞因子或趨化因子，以產(chǎn)生對免疫抑制性腫瘤微環(huán)境的抵抗力。此外，正在開發(fā)的雙靶點(diǎn)和多靶點(diǎn)CAR可同時(shí)結(jié)合兩種或多種腫瘤抗原，以提高對腫瘤細(xì)胞的特異性。

盡管CAR-T細(xì)胞療法具有出色的臨床表現(xiàn)，但當(dāng)腫瘤負(fù)荷不可預(yù)測且T細(xì)胞的活性不受控制時(shí)，仍難以在不引起嚴(yán)重毒副作用的條件下達(dá)到最佳治療水平。所以提高CAR-T 細(xì)胞療法的安全性仍是該療法未來改進(jìn)的重要方向。

目前已有多種小分子化合物被報(bào)道可用于CAR-T開關(guān)設(shè)計(jì)，但尚處于早期研究階段，能否真正提高CAR-T療法安全性還有待觀察。

參考文獻(xiàn)

Zheng, Y., Nandakumar, K.S. and Cheng, K. Optimization of CAR-T Cell-Based Therapies Using Small-Molecule-Based Safety Switches. Journal of Medicinal Chemistry. 2021

https://doi-org.ezproxy.lb.polyu.edu.hk/10.1021/acs.jmedchem.0c02054