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CAR就绪,奇幻旅程才刚刚开始 | 汉清评癌
张清·2017-12-26
肿瘤前沿
CAR的过去、现在和未来

 2017-12-06 肆玖陆期 研发客

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文 | 杜汉忠博士

hanchongtoh@gmail.com

撰文 | 张清

alexqzh@gmail.com

翻译编辑 | 胡小洁

Hu.Xiaojie@PharmaDJ.com

 

2017年的8月30日让世人看到了癌症战役的曙光。这一天,美国FDA审批通过诺华的嵌合抗原受体(CAR)T细胞疗法Kymriah(通用名tisagenlecleucel),用于治疗儿童和25岁以下人群的复发B-细胞急性淋巴细胞白血病(ALL)。这一刻在很多方面具有历史意义。CAR-T细胞疗法成为美国首个批准用于疾病治疗的基因疗法。


这个决定,并不是基于常规要求的随机性III期临床试验,而是基于II期单臂临床试验所获得的积极结果,即在难治的B细胞急性白血病患者中获得的完全缓释率高达80%。按照一次注射花费47.5万美元的价格,这一基于患者自身白细胞的独特的T细胞疗法成为迄今为止最昂贵的癌症治疗手段。但最为重要的是,许多血液学家和肿瘤学家自己都没有想到,在经历了传统治疗方式的失败之后,急性B细胞白血病领域会出现这么多的治愈病例,而这只需一次小小的注射,将患者自己的T细胞经过基因改造后再次注入体内。在这场具有里程碑意义的临床试验中,过半数的B-ALL患者经历了同种异体(来自捐赠者)造血干细胞移植,而另外许多患侵袭性B-ALL的患者不适合进行造血干细胞移植,且前期已经受过多次化疗。基本上没人想到会成功。



一路走来

追溯到CAR的起源和雏形。早在1980中期,以色列免疫学家齐利格﹒伊萨哈(Zelig Eshlar)在帕罗奥图(Palo alto)做他的sabbatical研究,主要方向就是,如何诱导T细胞来消灭不同的靶点。这就要求T细胞首先要识别一些特定的分子。他认为,通过导入外源DNA能够有效实现这个功能。之后他回到以色列继续这个探索。多次失败后在1980末期看到了希望,他将一些基因片段的组合导入一种永生细胞。这类细胞更容易接受外源DNA,产生识别新靶点的力量。迈出了第一步。之后,就是如何识别新的蛋白靶点,如何减少T细胞攻击正常细胞等。斯隆-凯特琳癌症纪念医院(MSKCC)的米歇尔·萨德莱恩教授(Michel Sadelain)把基因引入人的T细胞,花了3/4年时间才成功导入到0.5%的细胞中。


同时,卡尔﹒朱恩教授(Carl June)在贝塞斯达开始深入到HIV的研究领域中,并由此研究透了T细胞的很多特性,他大概花了10年时间,训练T细胞如何在HIV病人体内繁衍,什么信号能够激活T细胞等。1995年,朱恩教授遭遇了妻子被诊断卵巢癌的打击,他深切感受到肿瘤带来的痛苦,并下决心,要用手里的武器转而针对肿瘤治疗。他的妻子在2001年去世,这个不幸遭遇,不仅对朱恩的家庭是一个巨大的转折点,在人类历史的肿瘤免疫肿瘤方面也留下重重一记。


朱恩在肿瘤治疗方面的决心得到了戴维﹒波特(David Porter)以及斯蒂芬﹒戈鲁普(Stephan Grupp)的大力支持。各路英雄汇聚一堂,加上萨德莱恩, 罗森伯格(Roserberg), 马尔科姆﹒布伦纳,大家认为,CD19有可能成为一个极好的治疗靶点。


接踵而至的第二个问题就是,如何优化CAR的设计来靶向CD19。萨德莱恩,罗森伯格等找到了CD28。朱恩选择的是4-1BB,因为他发现4-1BB能够促进T细胞繁衍。圣犹达儿童医院(孟菲斯)的达里奥﹒坎帕纳医生,用4-1BB设计了第一个CAR。和其他人不同,朱恩使用了灭活的HIV病毒来改造T细胞。宾西法尼亚大学用4-1BB CAR治疗了3例白血病患者,这是一个里程碑。竞争是激烈的,也有很多官司在几大学术机构进行。其中细节不赘述。


拓展阅读:宾大June教授团队成功要素详解



寻找更优CAR

我第一次接触到死亡是在14岁,我的一位同学得了急性白血病。我们去医院看望过他几次,当时几轮化疗下来,癌细胞变得越来越“狡猾”,而且对进一步的化疗产生了抵抗力。信仰治疗者也来过了,信誓旦旦能让他活下来,但最后什么也没有发生,不到一年时间他就去世了。我们都感受到强烈的无助和失落感。


上世纪80年代,当我还是英国伦敦皇家自由医院医学院的学生时,并不知道本校的两位著名讲师马尔科姆﹒布伦纳博士和达里奥﹒坎帕纳博士正尝试着向T细胞内注入基因,以开创这一癌症治疗的最先进方法,同时研究急性白血病生物学。


那时,手术、化疗、激素和放射治疗是对抗癌症的武器。同一时期,齐利格﹒伊萨哈博士则回到了以色列,他在美国帕罗奥图市休公休假期间得到了极大的启发,决定开始创造能够潜入血液中探测并攻击癌细胞靶点的T细胞。那时早期的研究,更像是一部科幻小说,而且失败是家常便饭。争议不断。后来,坎帕纳博士在CAR-T细胞架构的抗体机理中置入了一个分子——4-1BB,将它作为超强探测“引擎”。有了它,CAR-T细胞可以更强健的扩张,在人体内停留更久,让T细胞更有效的杀灭癌细胞。总算是找到了!它就像一场梦!另一个超强探测“引擎”分子是CD28,它被用在其他的CAR-T细胞结构中。第三代CAR们的架构设计中则有了不止一个这样的“引擎”。这些经过基因改造的T细胞,借由一个没有激活的人类免疫缺陷病毒属病毒——慢病毒,将CAR置于内部,在人体内以上千倍的速度生长和扩张。但“开着CAR兜风”并不那么一帆风顺,因为像细胞激素释放症候群(CRS)和脑水肿这类副反应往往会置人于死地。


上世纪90年代后期,我在美国波士顿的麻省总医院做骨髓移植的主治医师,那时,骨髓移植如何攻击并杀死癌细胞这一理念上出现了戏剧化的转变。曾经,研究者们都认为,在骨髓细胞再次回到患者体内重新生长为患者骨髓前,用超高剂量的化疗或放射治疗(全身照射)来最大程度的杀灭癌细胞,是非常关键的一步;然而,实际情况越来越显示出,同种异体(并非来自患者自身)的骨髓细胞中本就含有有效的白细胞,其中主要就是T细胞,这些来自捐赠者的细胞能够发现、辨认和攻击癌细胞。这一发现让白血病和淋巴瘤的治疗有了最大程度的改观。策略上的根本性转变对于T细胞癌症治疗方法十分关键,这也体现在CAR注入前进行先期化疗这一原则上。大体上,氟达拉滨和环磷酰胺联用被当作了CAR-T细胞治疗前的先期化疗,以此让注入的T细胞在患者体内更有效的扩张,持久的打击癌细胞。


1999年,我在德州休斯顿的贝勒医学院细胞和基因治疗中心担任研究员,那时我才第一次见到布伦纳博士。从那以后,他便成为我的良师和益友。上世纪80年最后几年,我们可能都穿行于贝尔塞斯公园的伦敦地铁,前往皇家自由医院,却互不相识。而这次,布伦纳博士正在研究CAR-T细胞,并特别针对病毒驱动癌症,如EB病毒相关的癌症:移植后淋巴瘤、霍奇金淋巴瘤和鼻咽癌,设计能作用于多个靶点的T细胞。通过打击唯一靶点CD19,CAR-T细胞疗法对B细胞白血病和淋巴瘤的治疗战绩卓著,但这并不适用于实体瘤。CAR-T细胞疗法已尝试着打击20种以上的实体瘤蛋白,皆铩羽而归。


7年多以前,在B细胞白血病的治疗成功后,卡尔﹒朱恩教授和戴维﹒波特教授率先将CAR-T细胞疗法推向临床。其他团队同样在淋巴瘤和骨髓瘤的治疗上取得了显著进展。


现在,细胞免疫治疗的滚滚车轮已在朝着设计新的更好的CAR这一方向前进,其中一些可以进入维护癌细胞尤其是实体瘤的肿瘤微环境,在这片错综复杂的“原始丛林”中披荆斩棘。一些新CAR能够作用于不止一个癌症抗原,有一些独特的CAR在设计时采用了最前沿的基因编辑技术如CRISPR-Cas9。还有一些CAR中包含某些分子,能够对抗抑制性的肿瘤微环境。“现货版”同种异体CAR-T细胞节省了诱导免疫细胞分化的时间,目前这一方法正在接受测试。CAR同样被直接注入到患者的脑脊液中治疗脑癌,并取得了意想不到的初步成功。笔者最近在新加坡与达里奥﹒坎帕纳博士喝咖啡时,他聊到,目前他正尝试将全新的CAR置入到扩增的自然杀伤细胞(NK细胞)中,将其作为T细胞之后的新一代细胞治疗平台。



挑战在哪里

单一靶点的CAR-T目前研发相对成熟,同时多靶点的CAR-T工程细胞也在进行临床试验。目前中国已经有121项临床试验在clinicaltrials.gov上注册,主要分布在北京(30项)、上海(22项)、广东(20项)和重庆(15项)、江苏(13项)等地。


挑战仍然有不少,比如CAR的设计(不同的组合、不同代的CAR),生产的工艺流程,临床实验的设计和执行,不良反应的预测的控制,伴随着医生、患者两方面的教育和认识,都在不断发展。


目前,在CAR的设计中,大多数是含有一个共刺激信号的二代CAR(CD28和CD132),也有四代CAR(加入了基因编辑的成分,可带来细胞凋亡导致自我毁灭)。通常用慢病毒或者逆转录病毒载体将基因盒导入T细胞的基因组中。同时,对于肿瘤新抗原的探索也在进展,力图尽量减少脱靶效应带来的不良反应。目前最常见的是CD19,随后有CD20,CD123,CD138,BCMA等。针对实体瘤的靶点有GPC3,mesothelin,EGFR以及GD20(神经母细胞瘤)。


大多数CAR-T的临床试验都是自体细胞,也有更早期的一些尝试在off-the-shelf(异体细胞)的通用型细胞中。FDA在叫停Cellectis公司的UCART123试验之后的2个月,再次开了绿灯,继续试验,但加入了一些关键安全性衡量点,如剂量、患者招募的分期(时间间隔28天)、环磷酰胺的剂量控制、年龄不超过65岁等。在今年12月的ASH会议上,Cellectis将汇报更多SLAMF7(通用型)CAR-T细胞在多发性骨髓瘤方面的进展以及UCART22在B型ALL中的数据,UCART123的结果也被接受作为海报汇报。让我们拭目以待。


生产方面的挑战在成药方面至关重要。史蒂文﹒罗森伯格(NCI)教授,细胞治疗领域的前辈,在多年前就说过,对于制药公司来说,他们“不关心制成第一个药片是不是花了500美金,只要第二片能用1美金的成本做出来”。如果持续、稳定的处理获取的免疫细胞、产生CAR,如果是人工操作,那每一步都有可能引入人为误差。这要求我们建立一个严格、统一的生产流程,持续不断生产高质量的CAR-T细胞,要求安全、纯净以及有效。持续性(Consistency)在产品质量的评价当中有相当的分量。才能够预测每一个批次的细胞活力。


整个过程主要有几个变量需要控制:原材料(例如,患者自身的滤出白细胞leukapheresis),人源或动物源的试剂(如血清、抗体等),控制关键成分(载体,容器)。GMP的要求很多细节都需要理解并落实,也需要回顾历史上的经验,比如dendreon的案例等。从一开始,自体细胞就已经引入了极多变量:它的成分是多种的T细胞混合物,有细胞毒(效应T)细胞,助T细胞以及调节T细胞等。同时也分泌细胞因子、细胞毒性颗粒等。在B-细胞肿瘤中,细胞成分可能会因疾病阶段、个体的基因组型、年龄、感染状态和既往治疗史而不同。原料里是一个大杂烩,有T细胞、B细胞、单核细胞、粒细胞、NK细胞、红系细胞、树突细胞以及血小板等。这些亚分型可能会稀释关键的成分,影响T细胞的激活和生长,也可能对T细胞的激活、扩增、转导效率等有直接的负面影响。


鉴于最开始的细胞成分并不完全可控,可能需要想想,如何评估这些不同细胞组分的潜在风险,以及如何统一评价不同患者的差异性表现。


细胞治疗目前最主要的几个顾虑在于:如何管理CRS、其他神经毒性、潜在的长期致癌风险等。CRS通常出现在细胞输入后的1-14天,时间的长度取决于严重程度和干预方式。现已知的几个最相关因素包括IFN-gamma,IL-6,IL-2受体a以及IL-10。CRS和HLH(巨噬细胞激活综合征)有很多共性。干预手段基本上都是对症。陆续有报告一些成功的方法,比如抗IL-6治疗(Tocilizumab)和/或激素治疗。尤其是IL-6水平较高的患者,对Tocilizumab的反应更好。如何快速识别CRS也很重要。给临床医生设了一个极大的考题。相比之下,神经毒性总体来所更容易逆转。其他方面的数据相对较少,目前很难有明确的结论。比如,RCR(有复制能力的逆转录病毒)和载体导致的基因毒性。


到2025年,抗癌药市场规模将从现在的450亿美元增长至1000亿美元,其中免疫疗法将成为主要增长领域。个体化的T细胞治疗价格高昂,非普通人所能承受。当第二次世界大战期间盘尼西林首次被小批量生产出来时,它的价格也达到每磅70万美元。现在,人们买抗生素只需要10美元。让我们期待着有一天,T细胞免疫疗法的价格也会变得如此亲民。


而现在,还是让我们来庆祝这一激动人心的成就吧,以往极难治愈的晚期白血病和淋巴瘤患者,将会看到前所未有的治愈率——更多癌症也会如此。在未来的癌症治疗道路上,神奇的CAR之旅才刚刚开始。

汉清专栏

如同棋局的抗癌战争


汉清专栏由来自肿瘤领域的两位医师主笔:新加坡国立癌症中心副院长杜汉忠博士和本草资本张清博士。



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胡小洁

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