我们都知道，人体的免疫系统是非常强大的，它每天帮助人类个体防御数以万亿计的细菌、真菌、病毒的入侵，具有高度的辨别能力，那么，为什么免疫系统自身不能识别并杀灭肿瘤细胞？问题就在于，人体免疫系统太人性化了——为了不伤及自身正常细胞，免疫反应的激活和抑制处于一个精妙的平衡。肿瘤细胞由正常细胞转变而来，它们中的部分恰恰利用了机体自身的免疫抑制机制，"伪装"成正常细胞，使免疫系统无法识别其真正身份，不会对它们发动进攻。

而CAR-T免疫疗法（以下简称为“CAR-T”）的研究机理正是为了弥补免疫系统的缺陷，作为肿瘤免疫疗法的一种，CAR-T免疫疗法与其他肿瘤治疗方法最大的区别就在于它可以调动机体的“免疫系统”来杀灭肿瘤。

CAR-T，全称嵌合抗原受体T细胞免疫疗法——它的原理其实很简单。AR是Antigen Receptor的缩写，直译为抗原受体——“抗原”指的就是肿瘤表面蛋白，“抗原受体”则可以与肿瘤细胞表面蛋白特异性结合，起到特异识别肿瘤细胞的作用。T，具体来说，指的是“杀手T细胞”。顾名思义，它具有使细胞凋亡的能力。但疗法中的 “杀手T细胞”不能滥杀无辜，它需要经过科学家的设计，对细胞进行严格的身份审核，并针对肿瘤细胞进行攻击。所以如何把“AR”和“T”的功能结合起来，是关键的一步——C的存在就起了这样的作用，CAR-T将AR的基因嵌入到了T细胞的基因中，使AR蛋白表达并贯穿于T细胞的细胞膜。

CAR-T识别癌变B细胞

在实际操作中，要实现CAR-T，需要三步：1、从患者血液中提取并收集T细胞；2、通过慢病毒转染的方法把设计好的CAR的基因嵌入到T细胞基因序列；3、CAR-T细胞经过体外培养扩增之后，注回入患者体内。CAR-T药物进入患者体内后，AR的两个结构域内外接应，外部的结构域特异性识别肿瘤抗原，在确认目标之后，内部的结构域经过一系列的化学信号传导，使T细胞完美变身为一个杀手。也就是说，CAR-T成功绕过机体的免疫抑制机制，以特异的蛋白分子为靶标物来识别肿瘤，并通过一系列化学信号调动免疫系统进攻肿瘤。

我们已经知道，CAR-T疗法在临床试验中取得了卓著的治疗效果。但这其实是有限制条件的——目前它只对白血病相关的癌症患者有效。从原理上我们可以看出，CAR-T是通过细胞上某个特定的蛋白分子对其进行识别的。那么要杀死这一类肿瘤，我们必须首先找到只存在于肿瘤细胞，而在正常细胞上不存在的分子。这对CAR-T应用于白血病显现出一个巨大的优势——那就是CD19分子的发现。科学家发现，CD19分子只在B淋巴细胞表面表达，而在淋巴以外的其他健康组织中均不存在。事实上，今年上市的两款CAR-T药物，也均是针对B淋巴细胞表面的CD19分子来设计的。

需要注意的是，这一疗法会杀灭机体内所有的B淋巴细胞，而B淋巴细胞是人体生产抗体的源头，所以病人在接受这一疗法治疗时，需要向人体内注射免疫球蛋白，以给机体提供足够的抗体来对抗感染。但人体仍会产生严重的副反应。更甚者可能会引起肿瘤溶解综合征、细胞因子风暴或特定靶器官毒性，处理不当可能会威胁到患者的生命。

那么CAR-T疗法对其他类型的肿瘤有突破吗？答案是：目前没有。主要难点就在于像CD19这样的分子在药物设计上具有得天独厚的优势，但在其他类型的肿瘤细胞上很难找到这样特异性的分子——实体肿瘤细胞中的蛋白几乎存在于所有正常细胞，只在表达量上有所差异。如果免疫系统不加区分大开杀戒，后果不堪设想，尤其是在肝、肺、脑这些关键的器官。“要找到只存在于肿瘤的特异抗原比较难，但也并不是不可能。”复星医药与KITE制药的合资药企复星凯特总裁王立群博士说，“但针对实体瘤的药物，设计的难度明显更大。”

不过，为了攻克这一难题，也有研究者试图在T细胞中设计双靶点，令它在只有识别出两种不同的标记物时，才对细胞进行攻击。比如，有研究团队选择的两种标记物分别为：1、只存在于肿瘤细胞表面、促进肿瘤细胞增殖的一种糖分子；2、肿瘤细胞表面发生过量表达的蛋白。但这类方法目前还处于动物实验阶段，并未进入临床实验。此外，针对实体肿瘤的CAR-T药物开发还有许多难点。比如，不是所有的肿瘤细胞都表达同一种抗原，CAR-T如何到达实体肿瘤，肿瘤在微环境中仍会利用免疫抑制机制发生免疫逃逸等。

近来，科研人员关于CAR-T疗法也进行了新的技术尝试，比如，直接由健康的捐赠者提供T细胞，免除为每一个病人进行细胞定制的麻烦并节省时间，但就目前在临床上的效果来看，这一设想的实现还有很多技术挑战；也有研究人员利用先进的TALENs或CRISPR/Cas9的技术对基因进行较为精确的基因编辑，减少可能发生的副作用等等，但在技术的实现上也有利有弊。“其实，对于所有的药物开发，即使药物在动物身上取得了看起来还不错的效果，在临床上都可能出现意想不到的情况，临床试验的复杂性远远超过我们的想象。”王立群博士在上海药物创制产业化开发中心举办的Science Café沙龙上这样说道。

不管怎样，CAR-T在部分白血病患者身上疗效卓著，6岁时命悬一线而接受CAR-T实验性疗法的Emily，如今已经健康成长为12岁青春活泼的少女。但CAR-T价格昂贵，已经上市的两种药物Kymriah和Yescarta在美国单个疗程的定价分别为47.5万和37.3万美元，约合人民币308万和242万，高昂的价格也使它现阶段难以惠及众人。总的来说，CAR-T为肿瘤治疗这个沉闷繁重的课题送来了一阵清风，但要刮掉所有的霾，还需要科研工作者们无数的尝试。其实在肿瘤免疫疗法中，近年来也有其他一些药物诸如免疫检查点抑制剂、肿瘤疫苗等受到关注，但与CAR-T疗法一样，它们只针对某种或某几种特定的癌症类型有效。但不管怎样，道阻且长，行则将至，我们相信在未来，这些努力可以挽救更多人的生命。

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感谢中科院生物物理所助理王承志研究员的专业帮助！

参考文献及链接：

[1]Kitamura, T, Qian, B & Pollard, “'Immune cell promotion of metastasis' Nature Reviews Immunology”, JW, 2015 15(2):73-86.

[2]Jeremy COPP et al,“Immunotherapy and cell therapy for cancer.”, Chin J PharmacolToxicol, 2016 30(2)

[3]https://www.youtube.com/watch?v=mXADrg_ckhI&t=26s

[4]https://www.novartis.com/news/media-releases/novartis-receives-first-ever-fda-approval-car-t-cell-therapy-kymriahtm-ctl019

[5]http://www.gilead.com/news/press-releases/2017/10/kites-yescarta-axicabtagene-ciloleucel-becomes-first-car-t-therapy-approved-by-the-fda-for-the-treatment-of-adult-patients-with-relapsed-or-refractory-large-bcell-lymphoma-after-two-or-more-lines-of-systemic-therapy