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        生物資訊

        CAR-T細胞臨床藥理學:從細胞藥理學到藥代動力學及抗腫瘤效益

        作者:admin 來源:本站 發布時間: 2016-05-08 16:50  瀏覽次數:
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         本文轉載于生物探索公眾號

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        摘要:具有腫瘤細胞反應性的嵌合抗原受體(CARs)修飾的過繼T細胞移植是一個腫瘤學新興的領域,在初步的臨床試驗中已經顯示出驚人的抗腫瘤療效,但仍然有一系列與 CAR-T細胞有關的開放問題,比如從其確切的作用機制(藥效學),到它們在體內持久性(藥代動力學)的相關問題,最后,如何再根據兩者確定其抗腫瘤作用和毒副作用。由于其前所未有的潛在療效和其在接下來幾年內可以預測到的用途,作者在這篇綜述中,總結了目前與CARs相關的臨床藥理學的一些知識。

         

        1.介紹


        從上世紀40年代中期起,到上世紀90年代,癌癥的治療完全基于傳統的細胞毒性藥物。這些藥物由已知的結構構成,有定義良好的藥代動力學(PK)和藥效學(PD),并且兩者之間有明顯的相關性。從本世紀初期開始,由于對癌癥的生物學更好的理解和新的先進技術的出現,例如組織微陣列技術和蛋白質組學,允許對癌癥特異性分子進行詳細的鑒定,使得開始出現了癌癥的靶向治療技術。這些靶向的目標通常包括信號分子,細胞周期蛋白,調節細胞凋亡和促血管生成因子。這些分子靶標的“藥物能力”依靠的是小分子藥物的合理設計:A吸收好,D分布廣,M一段時間后被代謝 ,E成功的排泄,這也是所謂的ADME 標準。然而,為了有更好的療效,候選小分子的ADME 標準在藥理活性濃度下必須有一個可以接受的毒性范圍。雖然沒有被列為靶向治療,單克隆抗體(mAb)屬于同一個概念,取決于它們是否“裸露”,增強能力的或者與強化學藥物、放射性同位素共軛等。

         

        將免疫系統中的細胞進行體外加工,輸入癌癥患者體內進行治療的想法,也就是所謂的過繼細胞治療(ACT),這個想法可以追溯到上世紀80年代中期,在首例靶向治療即史提夫羅森伯格首創的淋巴因子激活的殺傷細胞對抗轉移性黑色素瘤出現前10年就有了。在三十年內,過繼細胞治療(ACT)的概念急劇變化,現在包括了與細胞因子誘導的殺傷細胞(CIK)完全不同的免疫效應器,如腫瘤浸潤淋巴細胞或者TILs(從腫瘤組織中分離T細胞,擴增并且回輸到病人體內),而且最近,出現了轉基因表達克隆的T細胞受體(TCR)或T細胞嵌合抗原受體(CAR-T)。最初的設想是由以色列免疫學家Zelig Eshhar發起的,CARs是通常由靶向腫瘤抗原的可變單鏈片段(scFv),個跨膜結構域和一個或多個含有免疫受體酪氨酸活化基序(ITAMs)的細胞內信號分子構成。至于CAR的改裝,原先使用的是病毒載體,但是最近也有使用非病毒載體系統。ACT靶向治療和單抗依賴效應T細胞的性質,CAR-T被賦予了無與倫比的效力,能夠廣泛的分布和持續性的存在,且可以獨立于HLA的存在而識別腫瘤抗原,可有效避免因腫瘤細胞下調MHC分子引起的腫瘤逃逸。

         

        考慮到過繼細胞治療(ACT)的復雜性,利用傳統的書本中的藥理學相關的ADME, PK 和PD概念,已經不能用于描述這種新的“有生命”的藥物的相關情況。然而,自從健康專業人員、病人和相關的工業受益相關者開始逐漸增加對這種技術的關注,它獨特的藥理學評價已經備受矚目。這篇文章的目的是簡要的展開對ACT技術的PK和PD方面的研究,尤其是CAR-T細胞的研究,集中相關信息來關注它運作的機制,特別是在抗腫瘤過程中的作用。

         

        2.CAR-T的藥效學研究


        2.1細胞內信號域的作用


        目前所采用的最廣泛的用于CAR介導識別的ITAM包含分子是TCR復合物的CD3zeta鏈。雖然CARs的細胞內信號scFv序列通過磷脂雙分子層的機制還沒有被闡明,但結構上的線索暗示了其信號途徑明顯區別于其它內源性的TCR。我們也知道在CAR介導的識別中, TCR引導的下游生理信號也有發生,包含酪氨酸磷酸化CD3 zeta 鏈、ZAP-70、MAPK的啟動和NFAT的活化過程。

         

        基于相關模型已經證實 TCR 是一種不同于MHC限制的抗原識別,經歷構象變化,允許與CD3復合物產生非公價健相互作用。相反,最近提出一種理論,在CARs中,內源性CD3的磷酸化是由于嵌合分子的抗原介導的聚集,src激酶的多分子聚集。(Fig. 1). 有效的CARs介導的信號傳遞確實需要嵌合分子的物理的接觸和內源性TCR復合物的相互接觸。這一事實在CD3 zeta鏈條跨膜結構域的突變中可顯著降低CAR同型多聚體和其他TCR復合物間的非離子共價鍵。盡管如此,ITAM缺陷的CARs在一定程度上能夠傳導信號,ITAMs的靶向缺失不會導致信號傳遞,說明CARs和內源性CD3之間形成的膜近端復合物,通過鏈間磷酸化,扮演了一個非常重要的角色。因此,跨膜 L9 殘留物的選擇性突變,對于細胞表面CAR的聚集至關重要,會嚴重消弱信號。最近的證據說明,在T細胞的培養過程中,CARs可能有一個內在的傾向來補充信號,會導致過早的耗盡。

         

        雖然理論上能夠從多種來源設計CARs(Fab片段,天然配體,肽,核酸適配體),但是大多數CARs的研究是來源于小鼠單克隆抗體單鏈抗體的scFV片段。小鼠單克隆抗體確實具有高親和力,這是決定其抗腫瘤活性的主要因素之一。其他關鍵因素是靶向抗原具有足夠高的表達以及抗原決定簇的暴露。CAR整體的親和性、抗原表達水平和抗原決定簇的暴露之間的最佳組合決定每個獨立靶標的獨特性。例如在自然殺傷T細胞,TCR信號通過小規模的TCR/多肽-MHC復合物得以保證,產生了對它們的物理隔離以及對酪氨酸磷酸酶抑制作用的保護。表達在腫瘤細胞表面的分子數量以及用于CAR識別的分子,差異很大,而且它們比用于TCR結合的多肽-MHC分子更加多樣化。因此,構建的CARs的ScFv片段的親和性是它們抗腫瘤活性的主要決定因素之一,表現在異種移植小鼠模型的ROR1靶向抗原(Ig)樣/卷曲區域。此外,CAR親和性的仔細調節也已經在倡導中,這作為一種方式來減少在正常組織上低密度靶向抗原帶來的潛在的毒性,例如表皮生長因子受體。

         

        2.2. CAR設計扮演的角色


        2.2.1 空間間隔的作用

         

        CARs的細胞內部分直接或間接的連接到細胞內信號部分,這樣有足夠的靈活性來接觸不容易接觸的抗原決定簇。例如,膜遠端的抗原決定簇:CEA上的MFE23,在細胞外間隔區存在的前提下,能夠得以優化,而膜表面近端的抗原決定簇,例如NACM上的D29,一般需要更長的空間間隔。CARs空間間隔的例子包括了Igs的CH2CH3 Fc部分或者CD4/CD8的Igs樣的細胞內部分。體內數據表明,攜帶IgG1衍生的CH2CH3 空間間隔的CAR-T細胞可能會與先天免疫系統的細胞(巨噬細胞、NK細胞)相互作用,無視他們的抗原特異性,最終造成不利影響。此外,相同的間隔已被證明有助于激活誘導的細胞死亡(AICD)和異種移植模型中CAR-T細胞過早的清除。雖然從人類進行的研究到目前為止,沒有證據表明這些現象可能會導致降低CAR-T細胞的功能,或引起不良事件,但這種偶然性需要在將來的發展中放在思考中。

         

        2.2.2共刺激域的作用

         

        進入臨床研究的第一個CARs,現在被稱為第一代(1G)CAR,通過腫瘤活化小鼠的scFv片段鏈接到TCR CD3 zeta鏈上,這種設計,至少在體外,會有潛在的細胞毒性。然而在病人體內,1G CARs修飾的T細胞的抗腫瘤活性一般不完整,這很可能是由于它們在體內的持久性差。雖然小鼠的scFvs的免疫原性可能在這些實驗中對CAR T細胞的清除作用扮演了重要的角色,很快人們意識到最主要的限制持久性的原因是1G設計提供的信號不好。在這個領域內,一個主要的進步就是研究者開始將CD28,4-1BB共刺激域加入嵌合分子中,來提高信號的強度。這就引發了一個廣泛的爭論:哪一種胞內信號最適合腫瘤殺傷能力。

        與TCR介導的信號一起,T細胞的共刺激因子CD28和抗原提呈細胞(APCs)B7-1 (CD80) 、 B7-2 (CD86)的相互作用會積極影響T細胞的許多生物學方面,包括但不僅僅限于抗凋亡蛋白的誘導,T細胞的增殖和分化所必須的生長因子活性的轉錄/翻譯。

         

        2G CARs的CD28 內域通常包含了YMNM基本結構絡氨酸170,這是已知的重要的Src同源2(SH2)結構域蛋白,例如PI3K和/或適配器Grb2,并通過兩個富含脯氨酸的結構激活NFκB(圖2)。此外,Y170本身通過mTOR誘導Bcl-xl,同時Y170和N172通過PKC-θ增加IL-2的轉錄。重要的是,IL-2的轉錄階段,即y170和PI3K依賴的轉錄起始和PI3K獨立穩定的IL-2轉錄,似乎是由2G CARs的CD28細胞內域支持的。這些也包含兩個富含脯氨酸的基序結合其他SH2結構域的蛋白,如Lck,CD28信號連接的共受體CD4/CD8。與1G的CARs相比,CD28為基礎的CARs具有增強的細胞因子產生和增殖潛能,在異種移植模型中得到了更好的抗腫瘤活性。

         

        在初始TCR /肽–MHC和CD28的信號下,在T細胞和APC細胞上,一些額外的受體-配體對會分別上調。在與配體產生相互作用后,腫瘤壞死因子(TNF)受體家族的成員,如4-1BB,OX40和CD27,特別似乎對維持T細胞的活化絡合物是至關重要的(Fig. 2)。在體外,4-1BB信號已被證明能促進Th1和Tc1極化,防止AICD獨立于CD28,而在體內,眾所周知的在原發性和繼發性免疫反應中發揮非冗余的作用。腫瘤壞死因子受體家族的其他成員,除了4-1BB不具有內在的激酶活性,但需要結合TRAF2。因此,4-1BB信號重要的下游效應是NF-κB和MAPK p38和JNK。在異種移植模型的研究結果表明,至少在靶向CD19的CARs中,以1-BB為基礎的CARs修飾的T細胞與CD28 為基礎的CARs修飾的T細胞相比,可能具有更好的抗腫瘤活性。盡管如此,在一些存在很多變量的臨床試驗中(Tab1),至少是暫時的,4-1BBCARs的設計會輕易的以絕對優勢超過CD28。

         

        雖然尚未用于臨床研究,其他共刺激分子以證明可以改善CAR介導的信號,包括那些來自OX40和ICOS CD27的共刺激信號分子。與4-1BB、OX40依賴于TRAF2進行活化一樣,能有效獨立激活NFkB。因此,3G的CARs結合了OX40和CD28內域,與其他CARs相比,展示了對NFkB的協同活化作用。此外,OX40介導的3G CARs的共同信號已經結合了一個CD28內域,已經被證明能夠有效的抑制IL-10的分泌信號,不會干擾細胞毒性和促炎性細胞因子的產生。CD27是腫瘤壞死因子受體家族的另一成員,在促進T細胞存活和免疫記憶中扮演了重要的角色。在異種移植模型,以CD27為基礎的CARs修飾的T細胞與4-1BB為基礎的CARs修飾的T細胞相比,具有增強持久性和抗腫瘤活性,但是優于那些以CD28為基礎的CARs修飾的T細胞。相反的,CD28為基礎的CARs和以CD27為基礎的CARs,似乎不能介導IL-2的產生,也可能會抑制潛在的免疫調節。最新的一個CAR共刺激結構家族的來自于ICOS。與4-1BB 和OX40不同,ICOS屬于CD28家族,已經被證明對于人類Th17細胞的擴增和功能尤其重要。

         

        2.3 不同于α-β T淋巴細胞的效應者


        迄今為止,大多數研究CARs的研究都集中在對傳統的α-β-T細胞的關注。然而,其他淋巴細胞亞群,如自然殺傷細胞(NK),iNKT細胞,γδT細胞和細胞因子誘導的殺傷細胞(CIK)細胞,可能會優于α-β T淋巴細胞。

         

        雖然CAR可獨立于HLA識別腫瘤細胞,因此也不需要病人和T細胞之間進行HLA配對,但有肯能導致由TCR引起的移植物抗宿主病。由于TCR陰性表達,NK細胞是一種有價值的可替代αβT細胞的細胞,因為他們可以從不同HLA的捐助者那里獲得,將CARs輸入患者不會引起同種異體的免疫反應。此外,與同種異體NK細胞過繼轉移的臨床試驗已經證明,這些細胞在體內能存活幾個星期甚至個把月。重要的是,NK-92細胞和NK細胞研究表明,當整合了CARs,其表現比CD3 zeta更好。雖然NKT細胞非常稀少(循環T細胞的0.1%),但由于由于其低毒性(CD1d表達僅限于APCs)和其標記腫瘤趨向性,自然殺傷T細胞(NKT)是CARs研究另一個有前景的細胞類型?;谶@些假設,iNKT細胞介導結合了CD28和4-1BB內域的3G CARs,已被證明是能夠有效的抗腫瘤作用,并且在神經母細胞瘤的小鼠模型中不引起移植物抗宿主病。細胞因子誘導的殺傷細胞(CIK)細胞,可由抗CD3單抗和超生理濃度的IL-2刺激外周血單個核細胞后產生。與iNKT和γδT細胞一樣,CIK細胞顯示出抗腫瘤功能,但也顯示了一些微不足道的同種異體反應性。有趣的是,已經發現,在3G CARs的過度刺激下,會減少CIK細胞的抗腫瘤活性,可能是由于加速了最后的分化。

         

        3.CAR-T細胞的藥代動力學


        與傳統藥物不同,吸附、分配、代謝和排泄(ADME)的藥理學概念,不能用于模型中的CAR-T細胞的藥代動力學。由于這些細胞通常是靜脈注射,吸附顯然不是問題。相反,分布,代謝和排泄也適用,但需要徹底反思。類似于天然T細胞,我們假定CAR-T細胞廣泛分布于組織中,發揮其抗腫瘤作用后,通過一個所知甚少的機制得以消除。從理論上講,CAR-T細胞死亡是由于缺乏生存的因素或通過脾臟和肝臟中的網狀內皮系統的循環得以清除。

         

        3.1體內的生物分布


        CAR-T細胞的抗腫瘤活性的先決條件是它們的特異性的遷移能力和在腫瘤部位保持全部的效應功能。廣泛的認為,腫瘤細胞尤其是上皮起源的腫瘤細胞,會強烈的改變腫瘤部位的微環境,對進入的T細胞保持敵意。因此,到目前為止,最好的臨床試驗結果都是在血液腫瘤中獲得,這是因為與其他實體腫瘤相比,血液腫瘤有更能接觸到T細胞,具有更少的免疫抑制的微環境。雖然早期的1G CARs不能證明CAR-T細胞在腫瘤部位有明顯的聚集,但是最近2G CAR-T的試驗,已經能夠在血液腫瘤和非血液腫瘤消減的腫瘤部位發現有CAR-T細胞的聚集,這就說明有效的遷移是抗腫瘤的一個關鍵性因素。事實上,CAR-T細胞富集至腫瘤部位涉及一系列復雜的過程:開始是T細胞的粘附,接下來是內皮細胞通過趨化因子的滲透進入到抗原豐富的區域。在這個過程中,T細胞積極的降解內皮下基底膜的主要成分和細胞外基質(ECM)。最近證明CAR-T細胞對于實體腫瘤的滲透性差,這可能,至少部分是由于ECM降解酶的下調。因此,轉染了乙酰肝素酶編碼基因的CAR-T細胞大幅增加了對實體腫瘤的滲透,在異種移植小鼠模型中的活性很好。此外,CAR-T細胞在腫瘤中的積累會暫時的升高衰竭的標記物,可逆的失去它們的功能,如最近的一個小鼠間皮瘤的模型中已發現類似的現象。由于TGF-β是一個在實體腫瘤的微環境中發現的主要的免疫抑制因子,研究者已經提出通過敲出T細胞TGF-β受體,使它們對這種細胞因子的影響不再敏感。

         

        3.2 內在因素的作用


        3.2.1記憶分化表型的作用

         

        一般認為決定過繼T細胞移植的持續性的關鍵因素是它們培養結束后,輸入患者前的記憶分化狀態。根據最近修訂的記憶T細胞分化的線性模式,可以確定的是增加抗原刺激水平,能夠使得自然T細胞變成干細胞記憶T細胞(TSCM), 然后變成中央記憶T細胞(TCM),并且最后變成效應記憶T細胞(TEM)細胞。然而在體外,在效應功能方面,效應記憶T細胞(TEM)細胞優于中央記憶T細胞(TCM),在小鼠模型內,TCM細胞展現出了更好的治療效果,可能是由于它與TEM 細胞相比,具有更好的持久性。TCM來源的抗原特異性T細胞的持續性存在,可能是哺乳動物的共同特征,這在非靈長類動物中得到確認。在近幾年臨床使用過程中出現的T細胞的體外操作,已經被證明是會逐漸分化為TEM型,并導致功能上的變化,使它們更少的“適合”抗腫瘤反應。臨床試驗的結果進行了回顧性的分析確實表明體內CAR-T細胞長期持久性(高達192周)與TCM細胞和 TSCM細胞在注入產品中的比例密切相關。另一個試驗中,靶向CD19 CAR-T細胞在體內的持續性存在(長達6個月),這與它們TCM表型以及CCR7和CD127的表達以及CD27和PD-1的缺失有關。這些數據支持一種假設,即體外操作,專門為保護一個早期分化表型的設計可能會增強抗腫瘤效果。

         

        3.2.2 共刺激內域的作用

         

        雖然認為最新一代的CAR-T設計的引入是最新臨床試驗成功的主要決定因素。我們尚不清楚是否有其他特別的共刺激域能夠增加CAR-T細胞的持久性。值得注意的是,4-1BB與CD28相比,在體外展現了更好的持久性,在小鼠模型內,靶向CD19 CAR-T細胞具有更好的持久性。在臨床試驗中,整合了CD28內域的靶向CD19 CAR-T細胞在體內的存活時間限制在大約30天之內。這些試驗,由于疾病種類、腫瘤負擔、調節方案、病毒載體類型和細胞劑量的變化,對于結果的分析也是一個非常大的挑戰。(Table 1)

         

        3.2.3 提高在體內的持續時間

         

        為了成功利用ACT,第一個需要滿足的是足夠的臨床級別數量的效應細胞。這個目標的實現隨著活化信號、培養條件和用于轉染的病毒種類的變化而明顯變化。第一個用于癌癥治療的細胞毒性T細胞的擴增方案由史提夫羅森伯格集團描述的,依靠靶向CD-3單克隆抗體(OKT3)活化,并且在飼養層細胞和高濃度的IL-2中進行培養的方案。

         

        在此同時,用ACT治療病毒性疾病的研究被建議用靶向CD28單抗共刺激來培養細胞。CD28單抗處理能夠獲得大量的淋巴細胞,同時保持較高的TCR-beta,這可能是因為在細胞循環中有強烈的信號聚集TNA。隨后,伴有抗CD3和CD28單抗的磁珠(CD3/CD28珠)作為有效的工具來體外擴增病人來源的T細胞,在異基因移植之后增加抗腫瘤活性。相同的方法也用于基因修飾的T細胞,保護TCM表型和在臨床前模型中保持持久性。另一個活躍的研究領域是在體外培養的過程中涉及到細胞因子的需求,能夠保護早期的記憶分化表型。有一些研究發現,盡管IL-2是一種種有效的T細胞生長因子,但也存在這不良影響,如促進終末端分化、AICD等。此外,IL-2也與CD4+/CD25+/FoxP3+自然調節性T細胞的生產和功能活化有關聯。

         

        我們已經發現IL-7和IL-15對于人同種異基因修飾的T細胞擴增是必須的,并且在小鼠體內會導致GVHD和移植物抗白血?。℅VL)。異種移植小鼠模型體內試驗發現,確實需要相同的細胞因子來保證早期分化細胞的表型的CAR-T細胞的生產,能夠展現最優的抗腫瘤作用。TSCM選擇性擴增的替代方法也在評估之中。Wnt/β-連環蛋白信號通路的操作是一個可能的方向,盡管事實上,β-連環蛋白積累會導致減少的T細胞增殖和阻滯分化。

         

        3.3.1 宿主條件扮演的角色

         

        淋巴細胞減少的狀態能夠增強過繼移植T細胞的抗腫瘤活性的概念已經確定了超過35年了,早在1980年,就發現只有當患者之前接受過胸腺切除術和放療后,腫瘤致敏的T細胞的過繼移植是有效的。在黑色素瘤的一個臨床試驗中,通過氟達拉濱和環磷酰胺處理的免疫抑制環境,再接受TILs細胞的過繼移植,會產生50%的有效率和較好的持久性。實驗結果有歸結出了后來的淋巴細胞缺失提高了腫瘤特異性T淋巴細胞抗腫瘤活性的機理。因此,去除T細胞的同種異體移植后,淋巴細胞減少的狀態已被證明可以提供大量的IL-7和IL-15,這又反過來促進了TCM和TSCM的擴增。

         

        有實驗數據顯示,記憶T細胞可以缺乏抗原刺激的情況下,能夠依靠IL-7存活。在黑色素瘤患者的ACT試驗中,雖然在注射前TIL上的IL-7 表達很低,但在體內能夠觀察到大規模的上調,這說明了IL-7信號和長期持久性之間的因果關系。通過類推,在異種移植小鼠模型,同種異體自殺基因修飾的T細胞的自我更新潛能與IL-7的表達是密切相關的。在大多數的CAR-T細胞試驗中,淋巴細胞清除是一個標準的操作來確?;蛐揎桾細胞功能的增強,至少在自體移植中(Table 1)

         

        3.3.2 抗轉基因免疫應答的作用

         

        大多數臨床研究使用的CARs是鼠源性單抗的scFv為基礎,需要考慮宿主免疫系統的排斥反應,包括體液免疫和細胞免疫。此外,由于CARs是生物制品,不同蛋白質之間區域很可能會產生新的免疫原性肽。在一個早期的臨床研究中, 惡性淋巴腫瘤患者輸入的CAR-T細胞表達了在體外篩選所需的抗性基因,以至于CAR-T細胞在體內檢測到的時間非常短(24h-7d),而且能夠檢測到輸入產品的細胞內免疫反應。更詳細的分析表明,這些反應是針對抗性基因,而不是對CARs的結構。在非人類靈長類動物模型中,能夠檢測到對抗嚙齒動物scFv CAR成份的細胞免疫反應。這說明存在著使用非人類scFv的異種免疫障礙。因此,在最近的臨床試驗中,對抗自體的靶向CD19 CAR-T細胞的T細胞增殖反應在一些病人中發現,但是似乎不會影響抗白血病的能力。

         

        4.靶向CD-19 CAR-T細胞的臨床結果


        到目前為止,研究的最多的靶標是CD19,B細胞惡性淋巴瘤是第一種使用CAR-T治療的癌癥。早期的CD19 CAR-T的研究結果對于其他一些疾病的治療也提供了證據上的幫助,例如慢性淋巴細胞白血病(CLL)和急性淋巴細胞白血病(ALL)。

         

        4.1抗腫瘤效果

         

        4.1.1慢性淋巴細胞白血病的治療結果

         

        在2011年,賓夕法尼亞大學的研究組報道了一個初步但卻是驚人的一個臨床結果,使用CD-19 CAR-T細胞治療三位CLL患者中,有兩位患者有完全的緩解。在這些初始的病人中,融合了4-1BB內域的靶向CD19 CAR-T細胞在體內能夠快速的擴增,消除高腫瘤負擔,堅持了三年沒有喪失功能。從此,在腫瘤免疫治療過程中,CAR-T細胞通常被稱為“連環殺手”,因為通過換算,1個CAR-T細胞能夠殺死多達1000個腫瘤細胞,或者被稱為“大殺手”因為它可以消除大的腫瘤聚集。最近,在同一個研究組中的14個病人數據,鞏固了這些令人激動的結果,4個持續的CRS和4個部分的部分緩解(PRS),總有效率達到了57%。于此同時,結合了CD28的靶向CD19 CAR-T細胞治療在斯隆-凱特琳癌癥中心(MSKCC)和國家癌癥研究所(NCI)觀察到了類似的結果。忽略這三個臨床研究中CAR-T細胞的差異,值得強調的是每個病人的抗腫瘤效果是于CAR-T細胞持久性是有直接關聯的,再一次強調了PK在決定抗腫瘤效果中的作用。

         

        4.1.2 急性淋巴細胞白血病的療效

         

        同一個研究組進行更大規模的研究,結果比得到的CLL結果有更令人印象深刻。這組包括了30名患有復發性/難治性兒童和成人ALL患者。這個結果報道了90%的完全緩解率,CAR-T注射后進展的臨床有效性能夠長達4年。MSKCC的研究組研究了16位成人ALL患者,CR達88%。在另一個21個兒童的研究中,NCI的報道是70%。所有的研究中包含了前期使用異基因造血干細胞移植的患者,CAR-T細胞使用均沒有引起GVHD。如果有人想對比CLL的治療,很明顯,ALL病人的通過CAR-T消除腫瘤的動力學更加迅速,可能是由于不同腫瘤負擔免疫負擔有關。雖然在這些試驗中,兩個月時測量的抗腫瘤能力相差不大,但是更久后的預后可能會非常不同。參與MSKCC和NCI實驗的大部分CR患者隨后都進行了造血干細胞的移植,而UPenn的患者在完全緩解后未接受進一步的治療。導致這種差異的可能原因是研究機構因不同共刺進信號選擇后導致的CAR-T細胞在體內存活時間差距導致,UPen選擇的4-1BB共刺激信號分子可使CAR-T細胞在體內的存活期超過2年,遠高于MSKCC使用CD28制備的CAR-T細胞。

         

        4.2 CAR-T細胞的毒性


        在明確任何治療策略的有效性之前,一些監管問題需要認真解決,例如確定最小的釋放標準、最大耐受劑量和探索潛在副作用等。ACT產品,有其特殊性。在目前臨床CAR-T發展的階段,對所有這些問題進行徹底的評估當然可能。盡管如此,也很顯然的,CAR-T治療會伴有明顯的副作用。例如,在早期的臨床研究中,使用CAR-T細胞靶向HER2,由于肺臟的毒性,一位病人在輸入細胞后的5天死亡。這種嚴重的副反應是由于CAR-T細胞對肺上皮細胞底水品表達的HER-2識別造成的。然而,后來的研究表明,靶向HER2 CAR-T在肉瘤的治療中是相對安全的,尤其是在使用早期設計的CAR-T細胞,并使用更謹慎的劑量遞增回輸的方式。鑒于抗CD19 CAR-T細胞發展到了較高級階段,審核重點應該放在這種實驗的毒性的描述方面。

         

        4.2.1 B細胞發育不全

         

        持久的B細胞發育不全,以及由此產生的低丙種球蛋白血癥,是CAR-T細胞治療的首要的和最明顯的毒性。值得注意的是,B細胞耗竭的程度和它的動力學現在被認為是一個非常準確的藥代動力學。理論上,持續性的B細胞發育不全會增加感染的風險,因為這個原因,靶向CD19 CAR-T細胞被注入患者后續預防性的靜脈注射免疫球蛋白來避免感染的機會。當然,在理想的狀態下,這將是必要的設計策略,達到理想的抗腫瘤作用后,抗CD19 CAR-T細胞可清除,允許正常的B細胞重建。例如,靶向 CD19 CAR-T細胞可以去除通過共表達自殺基因,這種方法已經在同種異基因造血干細胞移植后預防GVHD中進行了研究。

         

        4.2.2 細胞因子釋放綜合征

         

        另一種常見的和潛在的與CAR-T相關的嚴重毒性是細胞因子釋放綜合癥(CRS),臨床并發癥有高發熱和低血壓,如果未處理好,會導致多器官功能不全。促炎性細胞因子的大量生產(IFN-γ、IL-6、TNFα)是CRS產生的關鍵原因。CRS發展的主要危險因素是在注射時的高腫瘤負荷,雖然也有小的腫瘤負荷者發生這種并發癥。早期的嘗試控制CRS包括抗TNF-α單克隆抗體和皮質激素??筎NFα單克隆抗體的使用時調節過度活化造成的不利影響,而不是消減CAR-T細胞。而通過輸注糖皮質激素會導致注入患者循環的CAR-T細胞過早消失。與腫瘤壞死因子-α阻斷策略不同,干擾IL-6 利用抗IL-6受體抗體tocilizumab單抗成功地減輕CRS誘導途徑,沒有阻止CAR-T細胞的擴增和潛在的治療作用。這些觀察說明了CRS的病理過程包含三個不同步驟:1)CAR-T細胞對目標的腫瘤識別,與隨之而來的IFN-γ釋放。2) 單核細胞/巨噬細胞的活化,從而產生高水平的IL-6。3)IL-6對器官的系統性影響,如肝臟、腦和腎臟。

         

        4.2.3 中樞神經系統

         

        中樞神經系統毒性(CNS)經常在靶向CD19的免疫干預過程中報道,即靶向CD3/CD19雙特異性單抗blinatumumab的使用中出現。同樣的,CAR-T細胞輸注后,急性的和可逆的神經毒性已經常觀察到,通常會與CRS一起出現,也會在CRS出現后再出現。在最初的美國賓州大學的試驗中,所有患者注射抗CD19 CAR-T細胞,相當一部分(13/30,43%),在CRS發生的同時,出現神經系統紊亂(混亂、癲癇發作、失語、幻覺、譫妄),這個比例在成人中出現的比例更高。然而,重要的是一部分人(6/30, 20%),經歷了遲發神經毒性,這在后來的臨床試驗中也有報道。這些遲發神經毒性的病理學過程還是未知的,但是它們的動力學明顯是與CRS有部分重疊。例如CAR-T細胞已經在患者腦脊液中發現的,但他們的存在并沒有神經毒性相關性。此外,一些案例分析顯示CAR-T細胞可滲透進入腦實質,出現彌漫性腦病。因為發現腦脊液中高濃度的細胞因子,一些人假設IL-6在大腦中扮演的角色,但是沒有相對的拮抗藥,因為單克隆抗體不能穿透血腦屏障。

         

        5.結論


        到目前為止, CAR-T細胞取得的成果,以及在侵襲性血液腫瘤的治療顯然表明,這種治療方式的潛力,在接下來的幾年內,會徹底改變腫瘤的治療方式。不僅僅在血液腫瘤,也希望在實體腫瘤,可獲得更為穩定的臨床數據。很明確的是其他的CAR-T的基礎研究是十分急迫的,同樣的,對于這種激動人心的癌癥治療方式,也需要一個全興的藥理學新概念。

         

        原文標題:Clinical pharmacology of CAR-T cells: Linking cellular pharmacodynamics to pharmacokinetics and antitumor effects

         

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