CAR-T在治療血癌方面的突破有目共睹，自2017年以來，已有5款CAR-T療法獲FDA批準(zhǔn)上市，累計適應(yīng)證包括急性淋巴細(xì)胞白血病、多種類型淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤。然而，在治療實體瘤方面，CAR-T仍有很多障礙尚未克服，包括如何確保CAR-T特異性殺傷腫瘤細(xì)胞而不影響健康細(xì)胞，以及如何使CAR-T細(xì)胞能夠完全清除抗原異質(zhì)性實體瘤。

封面論文 | CAR-T升級。最新發(fā)表的兩篇論文證實，只在腫瘤部位開啟CAR表達(dá)的SynNotch-CAR T細(xì)胞具有腫瘤特異性，且可使CAR-T細(xì)胞保持在一個較不耗竭的狀態(tài)。SynNotch-CAR T細(xì)胞治療降低了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、間皮瘤和卵巢癌小鼠模型的腫瘤負(fù)擔(dān)。因此，synNotch-CAR T細(xì)胞是克服實體瘤治療相關(guān)挑戰(zhàn)的一個有吸引力的選擇。（來源：Science Translational Medicine）

4月28日，在發(fā)表于Science Translational Medicine雜志上的兩篇論文中，來自加州大學(xué)舊金山分校(UCSF)的科學(xué)家們報道稱，他們開發(fā)出了能夠有效對抗實體瘤的新型CAR-T細(xì)胞——SynNotch-CAR T，為治療長期以來CAR-T無法觸及的各種癌癥打開了大門。這兩項成果也登上了當(dāng)期雜志的封面。

來源：Science Translational Medicine

在題為“SynNotch-CAR T cells overcome challenges of specificity, heterogeneity, and persistence in treating glioblastoma”的第一篇論文中，Wendell Lim教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中測試了SynNotch-CAR T細(xì)胞。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是最具侵襲性的腦癌，由于腫瘤的復(fù)雜性，目前醫(yī)生還沒能成功地用免疫療法來治療這類癌癥。不過，該研究小組證實，SynNotch-CAR T利用一種兩步走的過程來尋找癌細(xì)胞，能夠完全清除小鼠大腦中人類患者來源的腫瘤，且沒有顯示危險的副作用和高復(fù)發(fā)風(fēng)險。

事實上，先前，科學(xué)家們在開發(fā)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤CAR-T療法方面已經(jīng)做了大量努力，但缺乏理想的靶抗原（既要具有腫瘤特異性，也有具有腫瘤均質(zhì)性）一直是無法擺脫的困境。一些靶抗原（如EGFRvIII）雖然只在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞上表達(dá)，但是并不是所有的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞都表達(dá)這一靶點，因此，一些癌細(xì)胞能夠逃避相應(yīng)CAR-T細(xì)胞的攻擊，最終導(dǎo)致癌癥復(fù)發(fā)。另外有一些靶抗原（如EphA2、IL13Rα2），雖然在絕大多數(shù)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中表達(dá)，但也存在于健康組織中，如肝臟、腎臟、食道和生殖器官，因此，靶向這些靶點的CAR-T會損害健康組織，使患者處于危險之中。

為了解決這一困境，Lim教授實驗室設(shè)計了一種名為synNotch（synthetic notch）的系統(tǒng)， 也被稱為“prime-and-kill”回路。在該回路中，synNotch受體（一種工程化受體，當(dāng)識別其同源抗原時，可激活轉(zhuǎn)錄輸出）會啟動靶向殺傷性抗原的CAR的表達(dá)。利用synNotch系統(tǒng)，科學(xué)家可以對CAR-T細(xì)胞進(jìn)行編程，以確保CAR-T只有在遇到它們被編程為目標(biāo)的分子時才會啟動攻擊。也就是說，SynNotch-CAR T細(xì)胞既需要識別啟動抗原（synNotch抗原）也需要識別殺傷性抗原（CAR抗原）。這種“prime-and-kill”回路也可以被認(rèn)為是“if - then”回路，因為只有先被synNotch配體啟動，它們才能執(zhí)行CAR誘導(dǎo)的殺傷。

在T細(xì)胞中設(shè)計prime-and-kill回路的基本原理：工程T細(xì)胞首先由“識別腫瘤特異性但異質(zhì)性的EGFRvII抗原的synNotch受體”啟動，然后通過識別均質(zhì)性但不完全是腫瘤特異性的抗原EphA2 或IL13Rα2來誘導(dǎo)CAR的表達(dá)，進(jìn)而啟動殺傷程序。為了降低腫瘤逃避SynNotch-CAR T殺傷的可能性，科學(xué)家們設(shè)計了串聯(lián)CAR，同時靶向兩個殺傷性抗原（CAR抗原）：EphA2 和IL13Rα2。這個設(shè)計思路是，結(jié)合啟動抗原（synNotch抗原）的特異性，以及殺傷性抗原（CAR抗原）的均質(zhì)性，原則上能夠產(chǎn)生特異性且完全的腫瘤殺傷效果（來源：Science Translational Medicine）

具體來說，為了殺死膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，研究小組調(diào)查了這類多抗原靶向策略（multi-antigen targeting strategie）。其中一種SynNotch-CAR T以腫瘤特異性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤新抗原EGFRvIII為啟動抗原（synNotch抗原），以EphA2 和IL13Rα2為殺傷性抗原（CAR抗原）。也就是說，由SynNotch受體識別EGFRvIII抗原啟動識別EphA2 和IL13Rα2的串聯(lián)CAR的局部表達(dá)。如前文所說，雖然EphA2 和IL13Rα2在絕大多數(shù)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中表達(dá)，表現(xiàn)出腫瘤均質(zhì)性，但它們也存在于健康組織中，因此它們并不是傳統(tǒng)單靶向CAR-T的理想靶點。但是，如果通過“啟動抗原”使靶向EphA2 和IL13Rα2的雙特異性CAR只在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中表達(dá)，那么可能既可避免對健康組織的危害，也可實現(xiàn)對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤更全面而徹底的殺傷，同時還可以防止因單個抗原丟失而導(dǎo)致的復(fù)發(fā)。

最新的研究結(jié)果表明，這種策略是有效的。在移植了人類患者來源的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的小鼠中，單次靜脈輸注EGFRvIII SynNotch-CAR T清除了正常T細(xì)胞和傳統(tǒng)CAR-T細(xì)胞不能清除的腫瘤，表現(xiàn)出了更高的抗腫瘤療效和T細(xì)胞持久性，且沒有顯示危險副作用的跡象（without off-tumor killing）。

成像研究顯示，SynNotch-CART細(xì)胞的啟動和殺傷精確地局限于腫瘤區(qū)域（來源：Science Translational Medicine）

研究團(tuán)隊稱，這些結(jié)果表明，他們提高了對抗膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的CAR-T細(xì)胞的特異性和持久性，為治療其它實體瘤提供了通用的策略。

來源：Science Translational Medicine

在題為“SynNotch CAR circuits enhance solidtumor recognition and promote persistent antitumor activity in mouse models”的第二篇論文中，UCSF的Kole Roybal博士和BinLiu教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊揭示了SynNotch-CAR T的組件是如何實現(xiàn)“切換”，以靶向身體其余部位其它難以治療的癌癥的。

ALPPL2是一種高度特異性和廣泛適用的腫瘤抗原，可用于synNotch-CAR T的開發(fā)（來源：Science Translational Medicine）

具體來說，在這項研究中，科學(xué)家們試圖通過尋找可用于SynNotch系統(tǒng)的其它靶點來證明SynNotch-CAR T的有效性。他們發(fā)現(xiàn)一種叫做ALPPL2的分子在多種癌癥中都很常見，包括由石棉驅(qū)動的間皮瘤，以及卵巢、胰腺和睪丸惡性腫瘤。重要的是，該分子在健康組織中很罕見。研究證實，被設(shè)計用于檢測ALPPL2的SynNotch-CAR T能夠準(zhǔn)確地識別并殺死間皮瘤和卵巢癌細(xì)胞。

ALPPL2 SynNotch-CAR T細(xì)胞能夠有效靶向間皮素（mesothelin）和HER2陽性腫瘤，且在腫瘤rechallenge實驗中表現(xiàn)了持久的活性（來源：Science Translational Medicine）

這兩項研究的一個驚人發(fā)現(xiàn)是，synNotch-CAR T在整個抗癌過程中保持了穩(wěn)定的活性水平，消除了阻礙傳統(tǒng)CAR-T治療的T細(xì)胞衰竭的挑戰(zhàn)。研究人員認(rèn)為，出現(xiàn)耗竭是因為傳統(tǒng)CAR-T被設(shè)計成持續(xù)表達(dá)一個“殺死開關(guān)”，這意味著它們一直處于開啟狀態(tài)，最終耗盡它們的資源。而SynNotch-CAR T可以在不直接接觸癌癥時，通過切換到“待機(jī)模式”來保存能量。synNotch調(diào)控的CAR表達(dá)可以避免“tonic signaling”（這類信號傳導(dǎo)會導(dǎo)致T細(xì)胞耗竭增加）和耗竭，使較高比例的T細(xì)胞維持在na?ve/ stem cell memory狀態(tài)。

SynNotch-CAR T細(xì)胞在體內(nèi)顯示出增強(qiáng)的na?ve/干細(xì)胞記憶表型，減少的耗竭，改善的持久性（來源：Science Translational Medicine）

總結(jié)來說，這兩項研究均證明，synNotch-CAR T細(xì)胞在控制腫瘤方面要比傳統(tǒng)CAR-T更好，且不會導(dǎo)致毒性或損傷健康組織。這些結(jié)果表明，synNotch- CAR T可能是治療實體瘤的有效策略。據(jù)UCSF官方新聞稿透露，這種新型synNotch-CAR T可能在不久的將來即可進(jìn)行臨床試驗。

參考資料：

[1] Joseph H. Choe et al. SynNotch-CAR Tcells overcome challenges of specificity, heterogeneity, and persistence intreating glioblastoma. Science Translational Medicine (2021).

[2] Axel Hyrenius-Wittsten et al. SynNotch CAR circuits enhance solid tumor recognition and promote persistent antitumor activity in mouse models. Science Translational Medicine (2021).

[3] Smart Cell Therapies for Solid Cancers Ready to Move Towards Clinical Trials(來源：UCSF).