CAR-T細胞療法治療AML的當前挑戰與未來方向

引言

嵌合抗原受體（CAR）-T細胞療法已徹底改變了復發/難治性（R/R）B細胞惡性腫瘤和多發性骨髓瘤的治療格局，通過將活化的T細胞重定向至表達CD19或BCMA的腫瘤細胞來實現治療。然而，這種方法在急性髓系白血病（AML）這一成人中最常見的急性白血病中尚未獲得批準。同時，CAR-T細胞療法在實體瘤治療中持續面臨重大挑戰。在AML中開發CAR-T細胞療法的主要挑戰在于缺乏一個既有效又安全的理想靶抗原，因為AML細胞與健康的造血干細胞和祖細胞共享大多數表面抗原。同時靶向AML細胞和HSPC上的抗原表達可能導致危及生命的靶向/脫腫瘤毒性，例如延長的骨髓消融。此外，AML腫瘤微環境的免疫抑制性質對免疫反應產生不利影響。

一、CAR-T細胞的結構

CARs是由一個胞內域、一個錨定跨膜域和一個胞外域組合而成的工程化受體。胞外域是由單鏈可變片段和鉸鏈組成的配體特異性胞外域。scFv是通過短柔性肽接頭連接的免疫球蛋白輕鏈和重鏈可變區的融合蛋白。鉸鏈區，也稱為間隔區，將結合單元與跨膜域分開。胞內域可能由作為單一實體的CD3ζ的胞內T細胞激活域組成，或者由一個或多個胞內共刺激（或激活）域組成 。雖然scFv提供抗原特異性，但共刺激域是效應T細胞激活的關鍵。CAR-T細胞根據胞內域分為五代。

第一代CAR-T細胞包含一個源自CD3ζ鏈的單一片段。這些細胞依賴于外源性細胞因子產生，表現出不充分的持久性和T細胞激活，因此在大多數研究中未能達到預期結果。因此，第一代CARs已被第二代CARs取代，第二代CARs在CARs的胞質尾部包含各種共刺激蛋白受體作為胞內信號域，例如CD28或CD137。這些共刺激蛋白可以增強增殖、細胞毒性并延長持久性。

第三代CARs整合了多個信號域，包括CD28、4-1BB、ICOS和/或OX40。第四代CAR-T細胞，也稱為“T細胞重定向用于通用細胞因子介導的殺傷”或“TRUCKs”，被設計用于向腫瘤微環境釋放細胞因子。

在下一代CAR-T細胞中，第五代與先前版本的不同之處在于整合了一個額外的膜受體。一種有前景的方法涉及整合IL-2受體信號以實現抗原依賴性JAK/STAT通路激活。這種信號不僅維持CAR-T細胞活性并促進記憶T細胞形成，還能重新激活和刺激更廣泛的免疫系統。

目前所有六種已批準的CAR-T細胞構建體都是第二代CARs。

二、CAR-T細胞在癌癥中應用的當前現狀

美國食品藥品監督管理局（FDA）已批準六種CAR-T細胞療法用于治療各種血液系統惡性腫瘤。Kymriah?是首個獲得FDA和歐洲藥品管理局（EMA）批準的靶向B細胞抗原CD19的第二代CAR-T細胞療法，用于治療兒童和年輕成人ALL。FDA和EMA隨后又批準了另外三種靶向CD19抗原的CAR-T細胞療法：Yescarta?、Tecartus?和Breyanzi?。此外，兩種B細胞成熟抗原（BCMA）CAR-T細胞產品已獲批用于治療R/R MM，即Abecma?和Carvykti?。

CAR-T療法在血液癌癥中取得了突破，但其在實體惡性腫瘤中的療效有限。迄今為止，尚無CAR-T細胞療法獲得FDA或EMA批準用于實體腫瘤。一些臨床病例報告表明，針對復發性多灶性膠質母細胞瘤的顱內IL-13Rα靶向CAR治療有反應，治療開始后持續了7.5個月。一些關于GD2特異性CAR-T細胞在四名患有H3K27M突變膠質瘤的兒科患者中的證據也有報道，其中三名患者表現出臨床和影像學改善。

在實體腫瘤領域，最近更大規模隊列的研究顯示出顯著的抗腫瘤效果。值得注意的是，一項針對37名患者的研究中，一種靶向claudin18.2的CAR被證明可有效治療胃腸道腫瘤，總緩解率和疾病控制率分別為48.6%和73.0%。此外，一種GD2特異性CAR在27名經過大量預處理的神經母細胞瘤兒童中顯示出強勁的結果，總緩解率為63%。

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三、AML中CAR-T細胞的相關挑戰

治療R/R B細胞惡性腫瘤和R/R MM的CAR-T細胞療法所獲得的經驗，已經確定了與良好預后相關的幾個特征。這些包括CAR分子結構、共刺激域、靶抗原、轉導方法、細胞輸注前的淋巴清除方案、輸注細胞劑量、患者群體的異質性以及腫瘤細胞的內在特征等。AML環境中的主要挑戰有三方面：i）疾病的克隆異質性，ii）高度免疫抑制的骨髓微環境，以及iii）缺乏腫瘤特異性靶抗原。

AML的異質性

急性髓系白血病（AML）是一個涵蓋多種疾病的廣泛類別，每種疾病都有不同的分子和細胞遺傳學異常。這種異質性源于影響疾病表現、進展和治療反應的多種因素。AML的特征是影響關鍵途徑（包括信號轉導、表觀遺傳調控和凋亡）的多種基因突變。這些突變驅動不同的轉錄程序，導致疾病行為和藥物敏感性的變異。此外，染色體易位進一步影響AML的預后和治療策略。另一個復雜層面來自AML的克隆進化，其中具有不同遺傳譜系的亞克隆有助于腫瘤內異質性。

AML被認為反映了正常的造血過程，白血病干細胞（LSCs）通過驅動分化原始細胞的產生來維持疾病。LSCs的特征是低循環或靜止、自我更新能力以及與造血干細胞（HSCs）和正常多能造血祖細胞相似的轉錄或表觀遺傳特征。LSCs表現出由于靜止狀態和自我更新潛力而產生的治療抵抗。

骨髓微環境

AML原始細胞和LSCs呈現出免疫逃逸機制，并重塑骨髓微環境，共同推動疾病進展。首先，在直接與髓系原始細胞相關的內在因素中，NPM1和FLT3的突變與免疫反應的改變有關 。此外，突變型IDH1/2和隨后增加的腫瘤代謝物R-2-羥基戊二酸（R2-HG）與AML中調節性T細胞（Tregs）的增加有關。TP53突變也被證明會損害免疫監視。AML中描述的其他內在特征包括HLA分子的下調，導致抗原呈遞缺陷；以及細胞因子平衡的改變。

其次，有充分證據表明，高度免疫抑制的骨髓微環境對免疫反應和T細胞適應性產生不利影響。一方面，腫瘤微環境內的代謝產物在免疫抑制中發揮重要作用，限制了免疫療法的有效性。AML細胞表現出改變的代謝，產生乳酸、腺苷和犬尿氨酸，這些物質促成了一個阻礙CAR-T細胞功能的有害微環境。升高的乳酸水平會導致TME酸化，抑制T細胞激活和增殖。此外，腺苷結合CAR-T細胞上的受體，導致免疫抑制和耗竭。同樣，犬尿氨酸也會抑制T細胞功能并促進免疫抑制環境。

另一方面，與健康個體相比，AML的特征是浸潤骨髓的T細胞數量增加。這些T細胞表現出免疫抑制性和激活共受體表達頻率的增加，尤其是在R/R AML中。這包括PD-1、OX40、TIM3和LAG3的表達。總體而言，T細胞在這種背景下表現出不足的效力、持久性和功能。這種T細胞耗竭通常不僅以高表達抑制性受體為特征，還與廣泛的轉錄和表觀遺傳改變、細胞因子產生缺陷、趨化因子表達增加以及從T細胞向NK樣T細胞表型的轉變有關。

第三，除了與髓系原始細胞直接相關的內在因素外，M2巨噬細胞的擴增也被證明可增強AML免疫逃逸。此外，免疫突觸功能差和NK細胞功能受損已被確定為參與此過程的機制。最后，考慮骨髓結構在細胞成分之外可能發揮的作用也很重要。骨髓血管重塑可能通過減少細胞遷移和誘導缺氧來阻礙抗AML免疫反應。

靶抗原

確定AML中CAR-T細胞療法的合適靶點至關重要。一個合適的靶點應該是AML細胞表面表達的、不受HLA限制的抗原/蛋白，且表達水平較高。理想情況下，該抗原也應在LSCs上表達，以確保徹底根除疾病并最大限度地減少早期復發。重要的是，它必須在健康組織中不存在，以防止可能致命的靶向/脫腫瘤毒性。迄今為止，尚未確定AML中CAR-T細胞療法的最佳靶點。AML新抗原相對不常見，且已知主要是胞內的，需要HLA呈遞。在當前的臨床實踐中，CD33和CD123是CAR-T細胞工程中最常用的分子。

CD123，也稱為IL-3受體的α鏈（IL-3Rα），是一種在AML中高表達的膜蛋白。CD123也存在于其他髓系惡性腫瘤中。CD123參與JAK、MAPK和PI3K/AKT信號通路，這些通路調節細胞增殖和分化。CD123的過表達已在高達95%的LSCs和AML原始細胞中被識別。關于靶向/脫腫瘤毒性，其HSCs上的表達存在爭議。一個重要的擔憂是潛在的髓外毒性，因為CD123在內皮細胞上表達，可能導致毛細血管滲漏綜合征。幾種未偶聯的單克隆抗體（mAbs），包括CD123導向的mAbs CSL360和CSL362（talacotuzumab），在治療R/R AML中顯示出有限的療效。因此，目前的策略主要包括使用毒素偶聯構建體或雙特異性T細胞銜接器（BiTEs）。

CD33是一種由唾液酸殘基刺激的跨膜受體，在大約85%的AML病例中表達。已知它在超過85%的LSCs中存在，在HSCs中表達相對較低。人源化抗CD33抗體藥物偶聯物吉妥珠單抗奧佐米星已獲EMA和FDA批準，與強化化療聯合用于初治AML的一線治療。報告的主要毒性是持續性血小板減少癥和肝竇阻塞綜合征（VOD）。與抗CD123未偶聯分子報告的證據一致，針對CD33的mAbs和抗體藥物偶聯物（如林妥珠單抗、SGN-CD33A和IMGN779）迄今為止未能顯示出相關的抗白血病活性。值得注意的是，幾種CD33×CD3 BiTEs在針對R/R AML的臨床試驗中顯示出有希望的結果和可接受的毒性特征。

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四、當前臨床試驗中實施的策略

目前，有75項注冊的CAR-T細胞療法治療AML的臨床試驗，其中53項（71%）處于I期或早期I期試驗階段，CD33和CD123是最常靶向的抗原。

臨床試驗中的CD123-CAR-T細胞

2020年，一個德國研究小組報告了靶向CD123的UniCAR-T-CD123的臨床前療效，這是一種雙組分、可快速切換的第二代CAR-T。該構建體攜帶一個CD28共刺激域，其本身除了一個名為靶向模塊的可溶性銜接器外，不識別任何表面抗原 。TM通過靜脈注射給藥，并賦予對所選抗原的特異性。

該策略目前正在一項針對R/R AML的Ia期試驗中進行研究，早期結果令人鼓舞，毒性特征可接受。事實上，該試驗被修改為包括延長的TM給藥方案。迄今為止，19名經過大量預處理的患者已接受UniCAR-T-CD123治療，包括12名曾接受過異基因造血干細胞移植的患者 。細胞因子釋放綜合征（CRS）在12名患者中觀察到，主要為1級或2級。未觀察到延長的骨髓抑制，因此不需要救援性異基因造血干細胞移植。R/R AML人群的總緩解率（ORR）為53%。

同一研究小組開發了世界上第一個CRISPR工程化的可切換同種異體CAR-T，旨在避免移植物抗宿主病（GvHD）和細胞排斥。該試驗目前正在進行中。

臨床試驗中的CD33-CAR-T細胞

一種包含林妥珠單抗-CD28/CD3的第二代CD33導向的CAR構建體，在針對兒童、青少年和年輕成人R/R AML的I/II期劑量遞增中期分析中顯示出有希望的結果。該構建體包括一個源自林妥珠單抗的靶向基序，與CD28/CD3連接。

共有24名受試者入組試驗，其中12名曾接受過異基因造血干細胞移植。CD33-CAR-T產品成功為23名患者制造，隨后輸注給19名患者，主要原因是疾病進展。4名患者經歷了3級或4級CRS，但得到成功管理。在達到最高劑量水平的患者中報告了反應。

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結語

CAR-T細胞療法治療AML具有巨大潛力，但必須解決幾個挑戰才能充分實現其治療前景。AML呈現出高度異質性的景觀，由不同的遺傳、細胞遺傳學和表觀遺傳學改變驅動，這些改變影響疾病表現、進展和治療反應。AML的復雜性仍然是一個挑戰，特別是由于LSCs和克隆進化機制的存在，這些機制導致治療抵抗和復發。

此外，AML骨髓微環境通過促進免疫逃逸、代謝抑制和高度免疫抑制的環境，進一步加劇了這些挑戰。AML中的BM微環境以乳酸、腺苷和犬尿氨酸等代謝副產物為特征，這些物質抑制T細胞功能并驅動免疫耗竭。此外，存在髓源性抑制細胞、調節性T細胞和抑制性檢查點，如PD-1、TIM-3和LAG-3，這有助于T細胞功能障礙。這些免疫抑制因素不僅削弱了傳統療法的有效性，而且對CAR-T細胞療法構成了重大障礙，與B細胞惡性腫瘤相比，CAR-T細胞療法在AML中取得的成功有限。

此外，開發AML CAR-T細胞療法的一個主要限制仍然是缺乏一個最佳的、可靶向的抗原。目前正在研究的CAR-T細胞靶點包括CD123、CD33、CLL-1、NKG2D、CD7、CD38、CD44v6、CD70和FLT3。這些抗原中的每一個都呈現出獨特的優勢和挑戰，包括與骨髓消融、內皮毒性和抗原逃逸機制相關的擔憂。在這些靶點中，CD123和CD33已被廣泛研究，各種CAR-T細胞構建體處于臨床前和早期臨床階段。然而，毒性擔憂，特別是骨髓抑制，仍然是一個重大挑戰。新興靶點，如CLL-1和NKG2D，提供了有希望的途徑，因為它們選擇性地在AML中表達，同時保留了正常的HSCs。

此外，諸如雙特異性CARs、安全開關以及與免疫檢查點抑制劑或代謝調節劑的聯合方法等策略正在探索中，以增強CAR-T細胞的療效和安全性。

總的來說，盡管在理解AML異質性和免疫逃逸方面取得了重大進展，但仍需要進一步的研究來優化CAR-T細胞策略并克服AML治療的內在挑戰 。將多靶點方法、改進的制造技術和更深入地了解BM微環境相結合，最終可能增強CAR-T細胞在AML中的治療潛力。

參考資料：

CAR-T cell therapy for cancer: current challenges and future directions. Signal Transduct Target Ther. 2025 Jul 4;10(1):210

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