CRISPR和PD-1疗法如何助力CAR-T细胞攻克癌症新研究

来源：生物谷

近年来，免疫检查点疗法和CAR-T细胞疗法已经成为抗癌免疫治疗中的明星疗法，不少相关产品被FDA批准上市，目前也是各大药企争相追逐的热点。作为近年来横空出世的精准基因编辑手段，CRISPR-Cas9也给生物医药行业地来了革命性的突破，被应用于体内体外人为操纵各种细胞。而人类数十年的抗癌史表明联合疗法是克服癌症耐药、逃逸的有效手段。为此，本文为大家盘点了最近利用CRISPR或者PD-1抑制剂联合CAR-T细胞疗法抗癌的最新研究进展。

基因编辑如何助力CAR-T疗法？

2018年，来自宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的科学家们在Cell上发文，报道了一种利用CRISPR协助CAR-T细胞来治疗急性髓性白血病（AML）的方法。此前CAR-T疗法已经被FDA批准用来靶向作用表达CD19蛋白的细胞，比如治疗急性淋巴细胞白血病和非霍奇金淋巴瘤等。然而AML癌细胞并不会表达CD19，因此研究人员就需要寻找其它潜在的作用靶点。一个非常有潜力的例子就是CD33蛋白，此前研究人员尝试靶向作用该蛋白，却发现也会损伤患者体内的健康细胞，而制造一种短时效应的CAR-T细胞或许就能防止健康细胞被损伤，这或许就能“击败”CAR-T细胞疗法的最大优势，即能在体内循环，并且持续数年来保护患者疾病不复发。

本文研究中，研究人员就利用CAR-T细胞为基础做出了一项巨大革新，开发出了安全且有效靶向作用白细胞的新型疗法，而这一研究的关键点就在于利用新一代基因编辑工具（CRISPR/Cas9）来完成新型抗原特异性免疫疗法的开发。

研究人员开发出了一种创新性方法来对正常干细胞进行遗传修饰，使其不再像白血病细胞一样，研究者利用CRISPR/Cas9工具移除了健康细胞的CD33分子，让他们不可思议的是，缺失CD33的健康干细胞同样能够发挥正常功能，这就使得CD33是白血病细胞的唯一标记了，而且CAR-T细胞疗法就能够轻松识别并且攻击癌细胞。

2019年，圣犹大儿童研究医院等机构的科学家们在Nature上发文，报道了一种有效增强癌症免疫疗法的新型治疗策略，能有效减缓肿瘤的生长并延长患癌小鼠的寿命。该研究发现或能为开发更有效的过继细胞疗法（adoptive cell therapy）提供一种有希望的策略，比如CAR-T细胞疗法。研究人员表示他们的目的就是增加肿瘤特异性T细胞的持久性及其抗肿瘤效率，本文研究发现或能为他们提供一种方法，即重编程肿瘤特异性T细胞使其像长寿原始或记忆T细胞一样具有持久性，同时还能像功能正常的效应T细胞一样表现出强大的杀伤活性。

文章中，研究人员利用CRISPR-Cas9技术在肿瘤特异性T细胞中识别出了一种特殊的酶类分子，该分子类似于“制动器”，其能关闭机体的抗肿瘤免疫反应，当这种名为REGNASE-1的酶类分子被剔除后，T细胞就会变得长寿，且疗效及在肿瘤中的积累量就会增加，当利用缺失REGNASE-1的T细胞治疗白血病和黑色素瘤小鼠时，小鼠的寿命会延长，而且相比常规T细胞（野生型）治疗的小鼠而言，这些小鼠机体中的肿瘤尺寸也缩小了。

研究者表示，联合疗法或许是癌症免疫疗法获得临床成功的关键，为此，研究人员还想对这一研究发现的临床潜力提供更多的见解，通过进行第二次CRISPR-Cas9筛选后，研究人员鉴别出了两种更具关联的分子，当这些分子（信号因子PTPN2和SOCS1）与REGNASE-1一起被剔除后，小鼠机体中T细胞在癌症免疫疗法中的表现会被明显改善， PTPN2和SOCS1分子或许并不依赖于REGNASE-1而发挥作用。后期研究人员还会进行更为深入的研究来阐明如何通过靶向作用REGNASE-1来开发新型的抗癌疗法。

2020年，美国宾夕法尼亚大学和斯坦福大学的研究人员在Science杂志上发文首次报道了CRISPR和CAR-T疗法的人体实验。他们报道两名女性和一名男性，年龄都在60多年，其中的一人患有肉瘤，剩余两人患有一种称为多发性骨髓瘤的血癌。这三名患者在去年接受了他们自身的经过CRISPR基因编辑的免疫细胞治疗。研究结果证明经过CRISPR基因编辑的CAR-T细胞在癌症患者体内是安全的。

对这三名患者来说，益处是有限的：一人已经死亡，而另外两人的病情已经恶化。但是，论文通讯作者、宾夕法尼亚大学癌症研究员Carl June说，这项经过多年监管审查的临床试验并不是为了治愈癌症，相反，它的目标是表明这种策略是可行的和安全的。就这一指标而言，科学家们同意，它成功了。美国加州大学伯克利分校基因组编辑学者Fyodor Urnov（未参与这项研究）说，“这是一个决定性的转折点。”他说，这项研究在美国尚属首次，解答了“明显困扰了这个领域的问题”。

PD-1疗法如何助力CAR-T疗法？

天冬酰胺连接(N-连接)糖基化是普遍存在的，可以稳定免疫抑制PD-1蛋白。减少PD-1的N-连接糖基化可以降低PD-1的表达，减轻其对CAR-T细胞的抑制作用。考虑到天冬酰胺的密码子是AAC或AAT，郑州大学第一附属医院的研究人员们想知道腺嘌呤碱基编辑器(ABE)是否可以通过改变CAR-T细胞中的糖基化残基来减少PD-1的抑制。他们的结果显示，ABE编辑改变了PDCD1的N74残基的编码序列，降低了CAR-T细胞中PD-1的表达。进一步分析显示，ABE编辑的CAR-T细胞在体内外均具有增强细胞毒性的作用。这项研究表明，单基编辑器可用于编辑PD-1增强CAR-T细胞治疗。

尽管CAR-T细胞疗法在血液学恶性肿瘤的治疗中取得了显著的成功，但它在实体肿瘤的治疗中却举步维艰，这在很大程度上是由于局部免疫抑制和长时间刺激导致的T细胞功能障碍和疲劳。胶质瘤和其他癌症抑制CAR-T细胞的一种机制是通过抑制配体的表面表达，如程序性细胞死亡配体1 (PD-L1)。来自麻省总医院和哈佛医学院的研究人员利用CRIPSR-Cas9系统，通过内源性T细胞受体(TRAC)、beta-2微球蛋白(B2M)和PD-1 (PDCD1)的多重基因破坏，创造出了普遍耐PD-1抑制的CAR-T细胞。

三基因编辑的CAR-T细胞在临床前胶质瘤模型中表现出增强的活性。颅内肿瘤小鼠经颅脑内给药可延长生存期，但静脉给药不能延长生存期。CRISPR-Cas9基因编辑不仅提供了异基因的、通用的供体细胞的潜在来源，而且还可以同时破坏检查点信号，否则将阻碍最大的抗肿瘤功能。

2018年8月，Sarwish Rafiq等人构建出两类新型CAR-T细胞：一类靶向在某些血癌细胞中表达的CD19抗原，另一类靶向在某些卵巢癌和胰腺癌等实体瘤中表达的MUC16抗原。接着，通过基因改造，将一种抗PD-1抗体的简化版本---单链抗体可变区片段（scFv）---的编码基因导入到已经构建好的 CAR-T 细胞中，这样经过基因改造后的CAR-T 细胞就能够分泌scFv。

他们发现在实体瘤和血癌的多种小鼠模型中，这两类新型CAR-T细胞在体内存留时间更长，疗效更好。更重要的是，由于免疫检查点抑制剂scFv在癌症附近释放，它们能够激活癌症附近的T细胞，从而招募患者自身的T细胞一起来杀伤癌症。再者，血液中具有很低的scFv水平，这表明这种免疫检查点抑制剂没有扩散到离癌症很远的地方，这样就能够降低全身性的副作用。

在2019年美国临床肿瘤学会年会上，纪念斯隆-凯特琳癌症中心的Prasad Adusumilli博士分享了他对恶性胸膜间皮瘤联合免疫治疗研究的令人兴奋的新成果。在研究的18名间皮瘤患者中，有14人接受了两种不同免疫疗法（PD-1抑制剂和CAR-T疗法）的联合治疗。其中11人经历了完全缓解、部分缓解或稳定的疾病。一期临床试验的最新结果于6月4日公布。

他们展示了同时使用这两种免疫疗法的前景。一期临床试验只是为了测试一种新疗法的安全性、副作用、最佳剂量和时机，而不是为了治愈癌症。他们通常包括那些没有得到其他治疗帮助的病人。尽管如此，研究结果仍令人鼓舞，并为进一步研究结合两种不同类型的免疫疗法来治疗侵袭性、不可治愈的癌症铺平了道路。

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