CAR-T療法迎來收獲期，如何突破安全性瓶頸？

來源：藥智網/青梅

近日，藥智數據顯示，藥明巨諾瑞基奧侖賽注射液（relma-cel）的上市申請進入“待審批”狀態，有望獲批成為國內第二款CAR-T產品。此前，復星凱特CAR-T細胞治療產品阿基侖賽注射液（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細胞療法作為一種全新的癌癥治療手段，備受市場關注。自2017年以來，全球已有多款CAR-T細胞療法獲批上市。然而隨著CAR-T療法進一步應用，安全性問題日益凸顯。

1、CAR-T技術迭代發展，但仍存在安全性問題

早在40年前，科學家就了解到T細胞在抗癌中發揮著重要作用，這種細胞能夠識別并清除腫瘤細胞，但單靠患者體內的少量T細胞無法成功圍剿數量眾多的腫瘤細胞。隨后，基礎科學不斷更新，圍繞T細胞的腫瘤免疫治療也一步步成為現實。目前，CAR技術已經過多代發展（圖1）。

圖1. 傳統 CD8+ T細胞和CD8+ CAR-T細胞在殺傷腫瘤細胞和CAR結構演變方面的差異示意圖。

然而，已批準的CAR-T療法毒副作用也逐漸顯現。當經過基因工程改造的CAR-T細胞重新輸回患者體內時，除了發揮抗腫瘤作用，還可能會導致細胞因子釋放綜合征（CRS），嚴重威脅患者的生命。

為了提高CAR-T療法的安全性，目前一個解決方案是為CAR-T細胞設計一個快速且可逆的“關閉”或“開啟”安全開關。經過優化的CAR-T細胞可能具有更好的療效以及更少的副作用。近日，南方醫科大學 Kui Cheng等發表在Journal of Medicinal Chemistry的文章總結了當前主要研究的一些基于小分子的CAR-T細胞新型安全開關。

2、小分子安全開關：降低CAR-T細胞療法相關的毒性

某些小分子化合物有望賦予CAR-T細胞功能靈活性，使其在“開”和“關”狀態之間切換。此外，它們還可以使用藥物定向轉運技術選擇性地遞送至靶組織，這將有助于進一步緩解毒性問題。

目前報道的用于CAR-T開關設計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) 化合物和達沙替尼等。（圖2）。

圖2. 小分子化合物應用于安全開關的不同機制的示意圖。

2.1 基于FITC/葉酸的安全開關介導的擬免疫突觸的組裝

這是一種雙功能/雙特異性安全開關，包含兩個關鍵模塊：一個具有與TAA特異性識別和結合的能力，另一個具有與CAR重新編程的抗原識別域結合的能力。這種安全開關以時間或劑量依賴性方式充當CAR-T細胞和腫瘤細胞之間的擬免疫突觸，將CAR-T細胞轉變為“開啟”狀態。只有在給予小分子安全開關后，才能形成擬免疫突觸，觸發CAR-T細胞消滅靶癌細胞。FITC和葉酸常用于設計此類安全開關（圖3）。

圖 3. 基于FITC/葉酸的安全開關示意圖

FITC是最廣泛使用的熒光染料，具有熒光量子產率高、易受微環境變化影響而不會對偶聯抗體的特異性產生顯著影響的優點。而且，抗FITC抗體的基因序列已被廣泛研究，促進了FITC在CAR-T細胞安全開關設計中的使用。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定性使FRα和葉酸成為設計的潛在目標安全開關。

2.2 利用雷帕霉素誘導FKBP12和FRB結合域的組裝來控制CAR-T細胞的激活

CAR-T細胞具有細胞外抗原識別域和細胞內信號域。設計基于小分子開關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構并重新連接它們。

雷帕霉素和雷帕霉素類似物（rapalogues）可用作二聚化化學誘導劑（CID）來組裝引入CAR結構的結構域。雷帕霉素同時占據兩種蛋白質的兩個不同的疏水結合口袋：人FK506結合蛋白(FKBP12)和FKBP-雷帕霉素相關蛋白(FRAP)的FKBP12-雷帕霉素結合（FRB）域。因此，將FKBP12-雷帕霉素-FRAP/FRB三元復合物插入到CAR結構中可以構成一個基于小分子的安全開關來控制CAR-T細胞活動。

在雷帕霉素存在下，嵌合抗原受體執行抗原識別和信號傳導功能。在雷帕霉素不存在的情況下，抗原識別域與CAR結構的信號轉導域分離，使CAR-T細胞處于“關閉”狀態（圖4）。因此，雷帕霉素可用于遠程調節CAR-T細胞的活動，以避免潛在的致命毒性作用。

圖4. 雷帕霉素作為分子開關的示意圖

2.3 Rimiducid誘導Caspase-9二聚化并促進過度活化的CAR-T細胞凋亡

當CAR 結構包含編碼自殺基因的融合蛋白時，Rimiducid（AP1903）和更昔洛韋等CID可以誘導 CAR-T細胞凋亡。使用Rimiducid和誘導型caspase-9組成安全開關，可以通過小分子誘導的細胞凋亡迅速終止CAR-T細胞的治療活性（圖5）。

圖5. iCas9系統誘導CAR-T細胞凋亡示意圖。

2.4 PROTAC技術控制CAR的裂解和降解

當CAR識別并結合靶腫瘤細胞表面相關腫瘤抗原，CAR-T細胞即保持激活狀態。因此，可設計一種安全開關，通過精確控制CAR的降解來遠程和可逆地調節CAR的表面呈現，以調節CAR-T細胞抗癌活性，并降低潛在毒性。

目前，PROTAC是降解細胞內特定蛋白質的最有效方法。CAR是一種人工合成的蛋白質，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CAR蛋白應該是可行的。目前，多種新型小分子已被用于控制CAR 的降解（圖6)。

圖 6. PROTAC技術通過泛素-蛋白酶體系統控制CAR降解的示意圖

2.5 達沙替尼直接阻止CAR-T細胞激活

現有藥物也可作為藥理安全開關，暫時滅活CAR-T細胞以控制其毒性。并且，停用安全開關藥物后，抗腫瘤作用可恢復。

達沙替尼是一種針對BCR-ABL和SRC的小分子多酪氨酸激酶抑制劑，通過抑制淋巴細胞特異性蛋白酪氨酸激酶（Lck）來抑制TCR介導的信號轉導、細胞增殖、細胞因子產生和體內T細胞反應。因此，達沙替尼可作為一種潛在的藥理學安全開關藥物。但達沙替尼并非專門設計為小分子安全開關，將其稱為CAR-T細胞的小分子安全開關還存在爭議。

3、總結：小分子CAR-T開關任重道遠

目前對CAR-T細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CAR-T細胞的特異性等方面。為了實現這些目標，在嵌合抗原受體構建體中引入了各種修飾。目前，處于開發階段的第四代CAR，可以傳遞細胞因子或趨化因子，以產生對免疫抑制性腫瘤微環境的抵抗力。此外，正在開發的雙靶點和多靶點CAR可同時結合兩種或多種腫瘤抗原，以提高對腫瘤細胞的特異性。

盡管CAR-T細胞療法具有出色的臨床表現，但當腫瘤負荷不可預測且T細胞的活性不受控制時，仍難以在不引起嚴重毒副作用的條件下達到最佳治療水平。所以提高CAR-T 細胞療法的安全性仍是該療法未來改進的重要方向。

目前已有多種小分子化合物被報道可用于CAR-T開關設計，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

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