Cell Death Dis | 郑州大学陈真真综述CAR-T疗法困境与下一代创新设计策略
嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法细胞疗法在血液系统肿瘤治疗中取得了显著疗效，推动了相关研究的快速发展。然而，随着应用范围的扩大，CAR-T疗法在实体瘤治疗中面临诸多挑战，如致命性细胞毒性、受限的交通能力、有限的肿瘤浸润、免疫抑制性微环境、免疫抵抗和有限的持久性。这些问题在实体瘤治疗中尤为突出，因为实体瘤具有复杂的结构和物理屏障，阻碍了T细胞的浸润。
2025年3月27日，郑州大学陈真真发表在Cell Death & Disease上题为CAR-T therapy dilemma and innovative design strategies for next generation的论文聚焦于CAR-T细胞疗法的困境，并探讨了多种跨学科策略以解决这些问题。这些策略包括基于合成生物学的ON/OFF开关、生物指导支架、纳米材料、溶瘤病毒、CRISPR筛选、肠道微生物群及其代谢产物等。这些创新方法从不同角度出发，旨在提高CAR-T细胞在实体瘤治疗中的疗效和安全性。
文章要点
1) 致命性细胞毒性的解决策略。研究者们开发了多种方法来避免CAR-T细胞疗法的致命性细胞毒性，主要分为"自我控制"和"主动控制"两类策略。自我控制策略通过限制CAR表达或抗原亲和力来减少细胞毒性。例如，通过CAR编码mRNA的瞬时转染，使CAR蛋白随T细胞增殖逐渐减少；或者调节CAR亲和力，如CAT CAR（一种新型CD19 CAR）对CD19的亲和力比FMC63 CAR低至少40倍，但表现出更强的抗肿瘤活性和更轻的神经系统副作用。主动控制则包括"开关关闭"和"开关打开"机制。"开关关闭"利用自杀基因（如HSV-TK、iCasp9和CD20）作为安全开关，可在需要时消除CAR-T细胞；"开关打开"通过光遗传学、聚焦超声波或缺氧诱导因子等技术，使CAR-T细胞仅在特定条件下激活，从而实现对CAR-T细胞活性的精确控制。
图1 致命性细胞毒性的解决策略
2) 改善细胞交通和肿瘤浸润的策略。研究表明，趋化因子轴的活性在很大程度上决定了CAR-T细胞的迁移和浸润能力。多种策略被开发用于增强抗肿瘤趋化因子轴的活性，如通过过表达CXCL9、CXCL10或CXCR3来促进CAR-T细胞向肿瘤部位迁移；或者利用肿瘤微环境中现有的促肿瘤趋化因子，通过在CAR-T细胞上表达相应的受体（如CXCR1/2、CCR2）来增强其交通和浸润能力。此外，研究者开发了多种生物相容性材料来克服物理屏障和交通困难，持续释放CAR-T细胞。例如，聚合物多孔微针（PMN）采用生物相容性聚乳酸-共-乙醇酸（PLGA）作为微针支架，表面有锯齿状和多孔结构，可容纳并允许CAR-T细胞散布播种；薄膜镍钛合金（TFN）微网格涂有抗CD3、抗CD28和抗CD137抗体，能招募并激活肿瘤特异性CAR-T细胞；大孔支架由改性藻酸盐制成，具有高容量包封CAR-T细胞、IL-15超级激动剂和各种抗体的能力。
图2 改善细胞交通和肿瘤浸润的策略
3) 纳米材料和溶瘤病毒调节免疫抑制性微环境。免疫抑制性肿瘤微环境是CAR-T细胞疗法的主要障碍。纳米材料为克服这一障碍提供了新策略。研究者开发了具有光热效应的吲哚菁绿纳米粒子（INPs），可在近红外激光照射下产生温和的光热加热，调节免疫抑制性微环境；构建了具有过氧化物酶样和过氧化氢酶样活性的铁锰硅酸盐纳米粒子（IMSN），在酸性条件下分解H2O2生成羟基自由基和氧气，前者对肿瘤细胞具有高细胞毒性，后者为免疫细胞创造有利环境；开发了HA@Cu2-xS-PEG（PHCN）纳米酶，展现出优异的稳定性和光热-纳米催化性能，重塑免疫抑制性微环境，改善总体生存率。此外，许多研究证明，分泌细胞因子的溶瘤病毒可以"重编程"肿瘤微环境，有效诱导抗肿瘤免疫反应。例如，OAd-TNF-α-IL2在胰腺癌的免疫抑制性微环境中递送促T细胞、细胞因子IL-2和TNF-α，增强了间皮素CAR-T细胞疗法的抗肿瘤效果；CXCL11溶瘤痘苗病毒（VV.CXCL11）通过补充CXCL11（在效应T细胞中高表达的CXCR3的配体）增强CAR-T细胞的抗肿瘤功效。
图3 纳米材料和溶瘤病毒调节免疫抑制性微环境
4) CRISPR筛选和肠道微生物群改善持久性与效力。CRISPR-Cas9基因编辑工具已成功应用于癌症免疫治疗。为识别T细胞的负调节因子，研究者进行了基因组规模的CRISPR筛选，发现FAM49B是负调节因子列表中排名最高的基因，其通过肌动蛋白聚合抑制T细胞激活；DHX37则被识别为T细胞脱颗粒作用的潜在负调节因子。T细胞的代谢活性决定其抗肿瘤功能，通过代谢相关基因的CRISPR筛选，研究发现氨基酸转运蛋白Slc7a1和Slc38a2抑制mTORC1活性，增加效应记忆T细胞的持久性并减少死亡；蛋白质-O-岩藻糖基转移酶1（Pofut1）同时限制记忆T细胞和效应T细胞的活性。此外，肠道微生物群与肿瘤免疫治疗密切相关，一项回顾性研究发现，微生物群的alpha多样性（定义为生物体数量和分布）与CAR-T疗法反应相关；肠道微生物源性短链脂肪酸（如乙酸盐、丁酸盐和戊酸盐）对CAR-T细胞有积极影响，促进T细胞生存、激活和持久性相关基因表达；肠道微生物代谢产物肌苷能够替代葡萄糖为CAR-T细胞提供营养支持，恢复效力，增强GD2-CAR T细胞的肿瘤消除能力并延长肿瘤负载小鼠的生存期。
图4 微生物群及其代谢产物在CAR-T细胞疗法中应用
小结
该综述总结了多种跨学科策略以解决CAR-T细胞疗法的困境，为下一代CAR-T细胞设计和递送提供了创新方向。部分策略已进入临床试验阶段，如五项针对致命性细胞毒性问题的研究，其中低亲和力CD19 CAR临床试验（NCT02443831）显示毒性水平低，一年总体生存率为63%，无事件生存率为46%。针对交通受限和肿瘤浸润不足的问题，CXCR2、CXCR4或CXCR5异位表达CAR-T细胞疗法的临床试验正在进行。这些跨学科组合疗法为CAR-T细胞疗法克服障碍提供了新思路，值得进一步临床研究。此外，还需考虑CAR-T疗法的内在限制，如患者自身T细胞与CAR-T细胞的竞争，以及CAR-T细胞的表观遗传谱对临床结果的影响。全面理解CAR-T细胞的外部和内在特性，有望促进更有前途的疗法开发，为更多癌症患者带来希望。
Wang Z, Li P, Zeng X, Guo J, Zhang C, Fan Z, Wang Z, Zhu P, Chen Z. CAR-T therapy dilemma and innovative design strategies for next generation. Cell Death Dis. 2025 Mar 27;16(1):211.
https://doi.org/10.1038/s41419-025-07454-x.