在肿瘤治疗领域，免疫疗法越来越受到重视。其中一种更具有针对性的，通过修改患者自身T细胞的功能，实现对特定目标癌细胞进行选择性攻击的方法，就是CarT疗法，进入临床应用获得理想效果后，人们对这种方法存在的一些问题逐渐克服，给许多癌症患者带来希望。

Crystal Mackall记得她第一次听到关于设计T细胞识别和杀死癌症的方法的讨论时的怀疑态度。1996年在德国举行的一次会议上，这位儿科肿瘤学家坐在观众席上，转向她旁边的人说：“不可能。这太疯狂了。“

The race to supercharge cancer-fighting T cells (nature.com)

今天，情况不同了。“我很谦卑，”Mackall说，他现在在加利福尼亚州的斯坦福大学工作，开发这种细胞来治疗脑肿瘤。美国食品和药物管理局于2017年批准了第一批修饰的T细胞，称为嵌合抗原受体（CAR）-T细胞，用于治疗一种白血病。这些治疗方法已成为几种癌症的游戏规则改变者。五款同类产品已获批，超过2万人收到。这个曾经由少数顽固的研究人员推动的领域现在在学术界和工业界拥有数百个实验室小组。超过500项临床试验正在进行中，随着研究人员竞相完善T细胞设计并扩展其能力，其他方法正准备从实验室跳到诊所。“这个领域将在未来几年超越癌症，”Mackall预测。

通过CRISPR等过程进行基因组编辑的进步，以及通过合成生物学重新连接细胞的能力，导致了越来越复杂的方法来修饰和增强T细胞的治疗。这些技术提供了工具来对抗当前CAR-T疗法的一些局限性，这些疗法制造成本高昂，可能产生危险的副作用，并且迄今为止仅对血癌成功。“这些技术扩展了我们用CAR策略所能做的事情，”费城宾夕法尼亚大学癌症免疫学研究员Avery Posey说。“这将真正推动这种技术向前发展。

即便如此，从人的细胞中制造这种“活体药物”的挑战超出了复杂的设计。对于许多最新的候选人来说，安全和制造问题仍有待解决。“非常花哨的东西爆炸式增长，我认为这很棒，”纽约市纪念斯隆凯特琳癌症中心的免疫学家Michel Sadelain说。“但复杂性并不总是像临床环境中描述的那样带来。

CAR-T疗法利用T细胞的活动治疗癌症。T细胞是免疫系统的天然猎人，在体内徘徊寻找不属于的东西。外来细胞或感染病毒的细胞表达与自身不同的蛋白质，这些蛋白质充当T细胞的信标，其中一些T细胞可释放有毒的分子来破坏异常细胞。科学家把T细胞的这种搜索和破坏功能靶向癌细胞，并对癌细胞进行消除，但是肿瘤通常有解除免疫攻击的方法，例如通过把异常蛋白质隐藏或抑制T细胞功能。

CAR-T细胞携带跨越细胞膜的合成蛋白嵌合抗原受体。外部是一种结构，其功能类似于抗体，与某些癌细胞表面的特定分子结合。一旦结合，细胞内的蛋白质部分就会刺激T细胞活性，将其连接起来。结果是产生一个微小的，加速的，抗癌的细胞机器。

已经批准的CAR-T疗法靶向B细胞，利用这种免疫细胞上发现的两种蛋白质，用于治疗B细胞白血病和淋巴瘤，这些白血病和淋巴瘤涉及这些B细胞不受控制的增殖。CD19和BCMA蛋白并非癌细胞所独有，这意味着CAR-T疗法会不分青红皂白地杀死所有B细胞。幸运地是，即使B细胞完全被清除，患者仍然可以正常生活。

CAR-T疗法仍有很大改进空间。尽管这些影响可能是持久的，有时甚至是治愈。但癌症最终会在大多数接受这种治疗的患者中复发。实体肿瘤，例如在肺癌或胰腺癌中发现的实体肿瘤，迄今为止尚未对CAR-T细胞做出理想反应。CAR-T疗法本身存在安全风险，极少数情况下可能是致命风险。并且必须为每个受体定制，以患者自己的T细胞为起点，导致药物制造过程相对缓慢且昂贵。

到目前为止，这些问题都没有简单的解决方案。“我们显然还有很长的路要走，”Mackall说。“但我们现在看到了有希望的信号。”

针对实体瘤的CAR-T疗法正在取得一些进展。这些通常包含具有不同突变组合的细胞异质镶嵌。这意味着针对特定突变蛋白的CAR-T疗法可能只对细胞的一个子集有效。和血液组织相比，实体瘤的组织紧密特征也可能导致难以被T细胞穿透，研究人员一直在努力寻找不会对健康组织造成严重破坏的合适靶标。

尽管如此，一些临床试验已经显示出疗效的曙光。Mackall和她的同事设计了CAR-T细胞来靶向一种叫做GD2的蛋白质，这种蛋白质在一些称为胶质瘤的脑癌和脊髓癌中表达得很高。该团队为神经胶质瘤患者静脉注射一剂CAR-T疗法，然后直接向大脑施用多种较低剂量的CAR-T疗法。她和她的同事去年报告说，以这种方式接受治疗的人中有四分之三做出了积极的反应。“这些细胞直接潜入大脑，”Mackall说。“而且身体不会拒绝他们，CAR-T细胞可那个免疫特权的大脑空间中任意玩耍。”

靶向实体瘤可能需要识别不止一种突变蛋白的T细胞疗法，或者可以靶向表达比正常细胞更高水平的给定蛋白质的癌细胞。2022 年 11 月报告结果的一项临床试验将这一点发挥到了极致：该团队没有使用 CAR，而是使用 CRISPR 来设计天然 T 细胞受体，以识别每个参与者肿瘤中发现的突变蛋白。这些个体接受了针对不同蛋白质的细胞混合物，希望实体瘤不太可能对具有多个靶点的疗法产生耐药性。治疗28天后，16名受试者中有5名的肿瘤停止生长。研究人员希望调整协议，包括给予更高的剂量，以提高有效性。

跟踪和微调T细胞活性的能力也在提高，宾夕法尼亚大学的免疫学家Carl June说。通过先进的单细胞分析，研究人员可以跟踪工程细胞和它们旨在杀死的肿瘤的命运。他们可以确定哪些T细胞已经“耗尽” - 一种可能来自长期刺激的功能失调状态 - 以及哪些肿瘤细胞对治疗产生抵抗力。他们还可以看到CAR-T治疗的肿瘤周围的环境是否充满了免疫抑制细胞（如巨噬细胞或调节性T细胞）。克服局部免疫抑制将是利用T细胞对抗实体瘤的关键，UTC Therapeutics的首席科学官Yanbing Zhao说，UTC Therapeutics是一家总部位于新加坡的生物技术公司，正在开发CAR-T疗法。“无论你针对多少靶点，如果肿瘤逃避免疫反应，它都不会起作用，”他说。

June和他的同事使用单细胞方法研究对靶向CD19的CAR-T疗法的耐药性，并发现激活某些辅助性T细胞的CAR-T产物与耐药性的出现有关。3.他们还使用单细胞技术来了解更多关于为什么针对胰腺癌细胞中发现的称为间皮素的蛋白质的CAR-T细胞经常失败。降低CAR-T细胞中两个基因的活性可能会加强治疗。“我们将能够理解这些抵抗机制，”琼说。“然后有了所有这些工具，比如CRISPR，我们将围绕它们进行工程设计。

除了能基因编辑T细胞外，CRISPR还被用来寻找更多修饰它们的方法。加利福尼亚州旧金山格莱斯顿研究所的免疫学家亚历山大·马森（Alexander Marson）和他的同事使用CRISPR激活或抑制T细胞中的数千个基因，然后研究了这些变化对称为细胞因子的关键免疫调节蛋白产生的影响。在另一个使用CRISPR的筛选中，研究小组发现，降低一种名为RASA2的蛋白质的活性增强了CAR-T细胞杀死其靶标的能力。“我们正在学习关于基因的教训，我们可以调高和调低以调整T细胞的行为，”Marson说。

合成生物学家也将目光投向了T细胞，并正在设计复杂的细胞电路，可以更好地控制CAR和其他可能增加T细胞活性的蛋白质的表达。去年12月，加州大学旧金山分校的合成生物学家Wendell Lim及其同事报告说。他们已经设计了T细胞来表达CAR和IL-2，一种免疫调节蛋白。IL-2可以提高T细胞对实体瘤的渗透，并克服肿瘤释放的免疫抑制信号，但全身给药时可能有毒。让T细胞产生IL-2使蛋白质的局部给药成为可能，这可以绕过其对其他组织的毒性。

其他合成回路已被设计为允许精确调节CAR表达，将其置于遗传元件的控制之下，这些遗传元件激活必要的基因以响应药物8.然而，到目前为止，这些复杂的设计中的大多数还没有经过人体使用所需的安全研究和标准化，Sadelain说。

研究人员正在吸取如此多的教训，以至于该领域的一个大问题是确定哪些工程T细胞可以用于人体研究，波士顿马萨诸塞州总医院的肿瘤学家Marcela Maus说。“我们可以在实验室中发明和创新很多东西，但有一个将其转化为临床试验的漏斗，”她说。“我们可以做很多事情。我们必须弄清楚哪些是在试验中调整和测试的最佳方法。

按照制药标准，制造CAR-T细胞已经非常复杂。到目前为止，所有批准的疗法都需要改造一个人自己的T细胞来表达CAR。这增加了生产疗法的时间，从而增加了成本。在美国，用CAR-T细胞进行的单次治疗可能约为50万美元，这还不包括住院和相关治疗的费用。

长期以来，创造可以给予多人的CAR-T细胞，通常称为现成细胞，一直被认为是降低治疗价格的关键。但早期的结果表明，仍有工作要做，印度理工学院孟买分校的生物工程师Rahul Purwar说。虽然可以编辑细胞以减少它们本身被免疫系统消除的机会，但早期的试验表明，它们在输注后不能存活很长时间，并且可能仍然被拒绝。“现成细胞的是一种很好策略，”他说。“但现在我们还没有完全成功。”

这种疗法在富裕国家之外也很少可用。在巴西，圣保罗Oncoclínicas集团的血液学家Renato Luiz Guerino Cunha是该国第一个在2019年接受CAR-T疗法治疗的人。但他说，进展缓慢：这里缺乏快速产生大量细胞的能力。“在三年内，我们只治疗了六名患者，”他说。“我们需要新的生物学条件和技术。”

生产CAR-T细胞疗法通常涉及使用一种称为慢病毒的病毒作为载体来穿梭合成CAR基因。但对基因疗法的更多研究增加了对临床级慢病毒的需求。研究人员现在等待数月并支付高价来完成他们的实验;库尼亚自己生产，但只能少量生产。CRISPR基因编辑的改进可以在这方面有所帮助。

尽管面临挑战，CAR-T疗法仍在继续扩大，全球数百项临床试验中的一些正在探索全新的应用。去年，研究人员在一项治疗自身免疫性疾病狼疮的CAR-T疗法的小型试验中报告了有希望的结果。在一项针对小鼠的研究中，研究人员重新编程了T细胞，而没有通常的第一步将它们从体内移除，从而创建了旨在清除心脏疤痕组织的CAR-T细胞。

12月，June和同事公布了一种简化细胞生产的方法。在路易斯安那州新奥尔良举行的美国血液学会年会上，该团队宣布12减少制造时间和工程CAR-T细胞以表达一种名为IL-18的蛋白质提高了它们的功效，并使研究人员能够减少给予人的细胞剂量。“这些患者的反应令人难以置信，”临床试验的Maus说，“这给了你一个非常诱人的暗示，如果你更好地设计T细胞，你可以让它更强大。