引言
免疫系统是人类抵御疾病的重要屏障，而T细胞则是这一系统中的精锐部队。在过去的数十年间，科学家们不断探索如何利用和改造T细胞来对抗疾病，最终孕育出了一项革命性的治疗技术——嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法。这项技术通过基因改造患者自身的T细胞，使其能够识别并消灭特定的靶细胞——在癌症治疗中，这些靶细胞是表达肿瘤抗原的恶性细胞；在自身免疫性疾病中，则是驱动自身免疫反应的致病性B细胞或抗原提呈细胞。
自2017年首次获得临床批准以来，CAR T细胞疗法已成为重新定向免疫反应对抗癌症的最强有力手段之一。基于数十年来在T细胞生物学和合成免疫工程领域的基础发现，CAR T细胞疗法已经改变了B细胞恶性肿瘤的治疗格局，使B细胞白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤患者获得了持久的缓解。如今，下一代CAR设计正在将这一方法的适用范围扩展到自身免疫性疾病和实体肿瘤。基因编辑、异体生产和体内递送方面的创新正在改善CAR T细胞疗法的可扩展性、安全性和可及性。
一、CAR-T的里程碑发现
T细胞的发现与分类
T细胞的发现可以追溯到20世纪60年代初。Jacques Miller通过新生小鼠胸腺切除术实验证实了T细胞作为胸腺衍生淋巴细胞的独特身份，揭示了它们在适应性免疫中的关键作用。后续研究进一步确立了胸腺对细胞免疫和体液免疫都不可或缺的地位，并发现两种不同的淋巴细胞谱系来源于不同的器官：T细胞来自胸腺，B细胞则来自鸟类法氏囊（哺乳动物则为骨髓）。
在随后的几十年里，T细胞被划分为“辅助性”亚群和“杀伤性”亚群——前者负责激活其他免疫细胞，后者则直接发挥细胞毒性作用杀死靶细胞。这一分类基于CD4和CD8细胞表面标志物的鉴定。
MHC限制性的发现
T细胞识别抗原的方式具有独特的选择性。Rolf Zinkernagel和Peter Doherty通过淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒感染的小鼠模型，发现细胞毒性T淋巴细胞仅在与靶细胞具有相同MHC单倍型时才能裂解被病毒感染的细胞。这一重大发现被称为MHC限制性，并由此提出了“改变自我”假说，认为T细胞将抗原-MHC复合物视为一个整体进行识别。随后的研究证实了抗原被加工成肽段并由MHC分子呈递，以及T细胞的特异性取决于独特的肽-MHC结构。
T细胞受体的发现与克隆
20世纪80年代初，单克隆抗体和T细胞杂交瘤技术的发展使得T细胞受体（TCR）的生化表征成为可能。1982年，James Allison及其同事在小鼠T细胞上鉴定出一个二硫键连接的糖蛋白异二聚体，认为是假定的抗原特异性TCR，并显示其具有结构异质性，提示同时存在恒定区和可变区。此后不久，研究人员在人T细胞上发现了与不变的CD3复合物非共价结合的克隆独特的αβ异二聚体。平行研究确认了小鼠中存在类似的αβ糖蛋白，共同确立了TCR-CD3复合物是抗原识别的核心介导者。
1984年，Tak Mak和Mark Davis的研究组独立克隆了编码T细胞特异性亚基的cDNA，首次提供了TCR基因的分子证据。两个研究组都从T细胞构建了cDNA文库，并使用B细胞mRNA进行减数杂交以分离T细胞特异性序列。Davis小组证明了T细胞中存在与免疫球蛋白类似的可变区、连接区和恒定区，而Mak小组则鉴定并测序了编码与抗体轻链同源的蛋白质的T细胞特异性cDNA。后续分析确认这些cDNA编码了TCR β链，随后α链、γ链和δ链也相继被克隆。同时，研究还证明了TCR与不变的CD3复合物（由γ亚基、δ亚基、ε亚基和ζ亚基组成）非共价结合。最终，这些发现定义了TCR-CD3复合物作为一个八聚体信号单元——包含TCR αβ、CD3 εγ、CD3 εδ和CD3 ζζ——在抗原识别中处于核心地位。
共刺激信号的发现
平行研究发现了T细胞激活需要共刺激信号。CD28（最初称为Tp44）被鉴定为T细胞上的主要共刺激受体，与TCR-CD3信号协同作用，其配体后来在抗原提呈细胞上被发现。这些发现促成了使用抗CD3和抗CD28抗体进行T细胞体外增殖的方案，并最终导致了免疫检查点分子如CTLA4的鉴定以及彻底改变了癌症治疗的免疫检查点阻断免疫疗法。
二、CAR T细胞的工程化发展
第一代CAR T细胞
对TCR结构和信号传导的深入了解，以及CD3复合物组分的分子克隆，为理性的TCR工程开辟了道路。1986年的一项里程碑式研究显示，将TCR基因转染到细胞毒性T细胞中可以赋予其抗原特异性识别能力。2000年的另一项重大进展表明，通过靶向诱变互补决定区可以增强TCR的亲和力，这对于癌症治疗尤为重要，因为许多肿瘤抗原是自身来源的，由于高亲和力T细胞在胸腺阴性选择中被清除，天然产生的T细胞应答通常是低亲和力的。
将T细胞工程化的努力很快扩展到合成嵌合受体的构建。三个独立的研究组通过将CD3ζ的胞内信号结构域融合到CD8、CD4或IL-2受体α链的胞外结构域，构建了嵌合受体。通过在Jurkat T细胞和细胞毒性T淋巴细胞系中表达这些合成构建体，他们证明了配体结合和受体交联可以触发T细胞激活的标志性事件。
后续，Eshhar研究组引入了一个关键里程碑——将单链可变片段与CD3ζ或FcεRIγ等胞内信号结构域融合。这种scFv形式中，抗体重链和轻链的可变区通过柔性肽接头连接，至今仍是合成抗原受体设计的主要构件。基于这一概念，Eshhar团队及其他研究人员创建了针对HER2（在许多肿瘤中过表达）的scFv，从而制造了通过单个多肽实现抗原特异性、MHC非依赖性T细胞介导的肿瘤靶向的原型。Eshhar团队进一步将这一概念扩展到肿瘤浸润淋巴细胞，使用基于scFv的合成受体，将TIL的特异性重新定向到半抗原标记的细胞或人卵巢癌细胞系。随后使用了人卵巢癌小鼠模型或同基因小鼠肉瘤模型进行了肿瘤特异性TIL的体内验证。早期研究共同证实了T细胞对抗原的特异性可以通过工程化受体在杂交瘤以及原代人T细胞和小鼠T细胞中重新定向到预定靶标。这些合成受体最初被Eshhar团队称为“T-body”，后来被称为“免疫受体”，现在正式确认为第一代CAR。
第二代CAR T细胞
第一代CAR T细胞验证了基因重定向T细胞特异性以MHC非依赖性方式靶向明确抗原的概念。然而，尽管CD3ζ被发现是优于FcεRIγ的信号传导部分，但进一步研究表明，仅包含CD3ζ作为信号结构域的CAR只能提供次优的T细胞活化和有限的抗肿瘤功效。随着对T细胞共刺激的深入了解，研究人员开始将共刺激结构域整合到CAR构建体中以增强T细胞增殖、存活和效应功能。
多个研究组在20世纪90年代末和21世纪初开发了在同一受体中结合CD3ζ和CD28信号结构域的“第二代”CAR。与仅含CD3ζ的CAR相比，在CAR中包含CD28结构域显著增加了Jurkat T细胞的活化和IL-2产生，且这种积极效应是抗原特异性的并依赖于激酶PI3K的活性。
除CD28外，其他共刺激分子的鉴定进一步扩展了CAR的设计可能性，4-1BB（也称为CD137）作为CD28的突出替代物出现。2004年初，含有4-1BB的第二代CD33靶向CAR的增强效应功能被报道。同年晚些时候，靶向CD19（在B细胞发育的几乎所有阶段都表达）的含4-1BB的CAR在体外显示出对白血病细胞系的活性。这项开创性工作在人白血病免疫缺陷异种移植小鼠模型中进行了进一步的临床前开发，并最终转化为目前获批用于临床的少数CAR T细胞产品之一。其他共刺激结构域，包括CD27、ICOS和OX40，也已被整合到第二代CAR中，但它们的临床进展落后于更广泛验证的含CD28和含4-1BB的平台。
第二代CAR的比较研究强调了共刺激结构（CD28或4-1BB）的选择如何塑造T细胞功能、代谢和命运。CD28-CD3ζ CAR的特征是快速激活，导致强大的肿瘤细胞溶解和强烈的细胞因子分泌。相比之下，4-1BB-CD3ζ CAR启动更渐进的激活程序，随着时间的推移支持T细胞持久性和记忆形成。这些差异还影响抗原非依赖性紧张性信号传导和T细胞中的代谢编程，4-1BB有利于氧化代谢和中央记忆分化。在机制上，CD28主要通过PI3K-AKT、NF-κB、NFAT和AP-1途径发出信号，而4-1BB通过TRAF介导的MAPK和NF-κB级联激活发出信号。这些对共刺激信号的洞察为第二代CAR的临床转化奠定了基础，最终促成了基于CD28和基于4-1BB的CAR T细胞疗法的临床批准。
第三代CAR T细胞
为了进一步增强CAR T细胞的效力和持久性，第三代CAR T细胞被设计为结合两个共刺激结构域，最常见的是CD28和4-1BB。靶向间皮素且同时具有CD28和4-1BB共刺激结构域的CAR T细胞在人间皮瘤免疫缺陷小鼠模型中高效地根除了大型已建立肿瘤。其他共刺激分子的组合也已被研究，包括CD28和OX40、ICOS和4-1BB以及MYD88和CD40。然而，尽管其增强的信号设计，第三代CAR在临床采用方面落后于第二代CAR，这主要是由于其不一致的临床前疗效、在血液系统恶性肿瘤中相对于第二代CAR的有争议的临床获益以及对细胞因子毒性和过早T细胞耗竭的担忧增加。
第四代CAR T细胞
CAR T细胞工程的最新进展聚焦于通过诱导性细胞因子表达来增强抗肿瘤效力；这些细胞通常被称为装甲CAR T细胞、TRUCKs或第四代CAR T细胞。这些策略旨在克服常规CAR T细胞疗法的局限性，特别是在实体瘤中，通过提供定位的、激活依赖性的细胞因子释放来改善T细胞持久性、功能和适应性，并调节肿瘤微环境。
下一代CAR T细胞
第五代或下一代CAR T细胞利用合成生物学工具来增强靶向精度、效力和安全性。这些设计包含合成受体、逻辑门控和/或诱导性转录程序，允许上下文依赖性的T细胞行为调节，减轻T细胞耗竭并抵抗免疫抑制信号。在机制上，这些CAR通常通过工程化的胞内结构域或细胞因子受体支架，参与超越CD28或4-1BB的非经典信号通路。
-04-
三、CAR T细胞的首次临床试验
CAR T细胞的早期临床试验探索了癌症以外的应用，包括首个针对HIV的人体研究之一。在20世纪90年代临床前工作的基础上，研究人员用由抗原识别结构域——CD4（结合HIV gp120）或HIV gp41特异性scFv——融合到CD3ζ信号结构域组成的“通用TCR”工程化T细胞。这些构建体在体外以抗原特异性方式激活T细胞。一项随后的临床试验在感染HIV的成人中测试了CD4-CD3ζ工程化T细胞，无论是否使用IL-2支持。该研究证明了工程化T细胞的长期持久性、归巢到肠道相关组织以及局部的抗病毒活性，凸显了抗原特异性T细胞基因治疗的可行性，尽管系统性病毒载量没有变化。2012年，三项CD4-CD3ζ CAR T细胞治疗HIV的临床试验的长期随访报告显示，它们持续存在超过十年，没有载体诱导的永生化或克隆扩增的证据，并显示了CAR T细胞长期治疗应用的潜力。
CAR T细胞用于癌症治疗的最早临床试验于2006年报道，针对的是实体瘤。这些试验面临重大挑战，包括在靶向碳酸酐酶IX的第一代产品治疗肾细胞癌时出现的靶向-非肿瘤毒性报道，以及靶向叶酸受体的第一代产品治疗卵巢癌时出现的CAR T细胞持久性差的问题。也有一些有希望的结果，例如2008年的工作显示，用GD2靶向CAR工程化的Epstein-Barr病毒特异性CTL用于神经母细胞瘤治疗，比非病毒特异性T细胞具有更高的持久性，输注后安全，并在半数接受治疗的患者中引起了肿瘤消退或坏死。
CAR T细胞在B细胞恶性肿瘤中的早期临床试验最初靶向CD19或CD20，但CD19由于其跨慢性淋巴细胞白血病、B细胞急性淋巴细胞白血病和B细胞淋巴瘤的广泛表达以及有希望的临床前数据而迅速成为首选靶点。CD19靶向CAR T细胞疗法的显著临床进展由多个开创性团队引领，包括Carl June团队（4-1BB-CD3ζ CAR）、James Kochenderfer和Steven Rosenberg团队（CD28-CD3ζ CAR）以及Renier Brentjens和Michel Sadelain团队（CD28-CD3ζ CAR）。2010年，一名接受编码FMC63-CD28-CD3ζ的CD19靶向CAR T细胞治疗的晚期滤泡性淋巴瘤患者实现了部分缓解和长期B细胞再生障碍性贫血，这是CD19靶向细胞疗法产品临床疗效的最早报道之一。次年，使用靶向CD19的慢病毒4-1BB-CD3ζ CAR在CLL中报道了显著的体内扩增和持久的缓解，最近报道了该队列中两名患者的十年缓解。
在儿科领域，一个重要的里程碑发生在2012年，当时Emily Whitehead成为第一个接受CD19靶向CAR T细胞治疗的复发/难治性B-ALL儿童。她经历了严重的CRS，成功使用托珠单抗（抗IL-6受体）治疗，并实现了持续超过十年的持久缓解。2014年，30名接受CD19靶向CAR T细胞治疗的难治性急性淋巴细胞白血病儿童和成人的完全缓解率高达90%，6个月无事件生存率为67%，总生存率为78%。
从2014年开始，几种CAR T细胞产品获得美国FDA的突破性疗法认定。这一势头在2017年8月达到顶峰，FDA批准了诺华的tisagenlecleucel（4-1BB-CD3ζ CD19靶向CAR）用于儿童B-ALL，这是首个进入市场的CAR T细胞疗法。
05-
四、CAR T细胞的进一步临床成就
自2017年tisa-cel首次获批用于儿童ALL以来，CAR T细胞疗法已经深刻重塑了血液系统恶性肿瘤的治疗格局。截至2026年4月，有七种靶向CD19或BCMA的自体产品获批用于B细胞淋巴瘤、白血病和多发性骨髓瘤的多种适应症：靶向CD19的产品包括tisa-cel、axicabtagene ciloleucel、brexucabtagene autoleucel、lisocabtagene maraleucel和obecabtagene autoleucel；靶向BCMA的产品包括idecabtagene vicleucel和ciltacabtagene autoleucel。
许多研究报告了这些试验的长期结果，强调了CAR T细胞疗法实现长期缓解的潜力，并在选定的患者中提供了治愈的可能性。在非霍奇金淋巴瘤和CLL中，随访24个月或更长时间的研究显示客观缓解率为44-94%，完全缓解率为20-88%。在儿童ALL中，5年随访显示完全缓解患者的5年无复发生存率为49%，估计5年总生存率为55%。在成人ALL中，超过3年的长期随访显示所有治疗患者的中位总生存期为25.6个月，应答者为38.9个月。在多发性骨髓瘤中，33%的患者在使用cilta-cel后仍存活且无进展≥5年。这些研究确定了与持久应答相关的常见因素，包括实现深度初始应答、低基线肿瘤负荷、无结外受累、CAR T细胞群体的强力体内扩增以及先前的淋巴细胞耗竭化疗。
CD19靶向和BCMA靶向CAR T细胞实现深度和持久B细胞耗竭的能力激发了它们在自身免疫性疾病中的重新利用，在这些疾病中，B细胞通过自身抗体产生、抗原呈递和促炎细胞因子分泌参与发病机制。过去几年迅速积累的临床数据展示了CAR T细胞疗法在自身免疫性疾病方面的前景。首个报道的病例是一名20岁的严重难治性SLE患者，对包括利妥昔单抗和贝利木单抗在内的多种免疫抑制疗法无反应，在单次输注自体CD19靶向CAR T细胞后实现了快速疾病缓解。重要的是，治疗耐受良好，无CRS或神经毒性。在同一方案下治疗的四名额外患者经历了类似的结果：疾病活动性快速且持续下降，不良事件极少，同时致病性自身抗体水平恢复正常。
在其他治疗抵抗性、B细胞驱动的自身免疫性疾病中也观察到令人鼓舞的结果，包括系统性硬化症、重症肌无力、多发性硬化症和抗合成酶综合征，具有相似的安全性和有效性指标。最近，一项更新的病例系列发表了扩展随访数据，评估了15名难治性自身免疫性疾病患者中的CD19靶向CAR T细胞疗法。CD19靶向CAR T细胞疗法显示出良好的安全性特征，没有高级别CRS或神经毒性病例。值得注意的是，所有患者都经历了显著的临床改善，同时迅速发生B细胞耗竭。
除CD19外，其他CAR T细胞靶点也已使用，例如BCMA用于耗竭浆母细胞和CD19阴性长寿命浆细胞。在5名进行性多发性硬化症患者中，自体BCMA靶向CAR T细胞具有良好的安全性特征，仅限于低级别CRS和短暂的血细胞减少，并导致了临床改善。治疗导致中枢神经系统中浆细胞的耗竭、脑脊液中抗体水平降低、小胶质细胞活化减少和神经丝轻链水平降低，并伴有功能改善。一项BCMA靶向CAR T细胞用于全身性重症肌无力患者的Ib/IIa期试验早期结果显示，治疗耐受良好，导致了显著改善，并在中位5个月的随访期内得以维持。有趣的是，一项最近的I期研究评估了自体CD19靶向和BCMA靶向CAR T细胞联合输注用于治疗难治性SLE，显示出高应答率，大多数患者临床缓解，安全性特征可控。另一项研究双靶向BCMA-CD19复合CAR T细胞用于SLE和狼疮性肾炎的临床试验显示出令人鼓舞的结果，具有有利的安全性特征，包括仅轻度CRS。在13名接受治疗的患者中，疾病活动性在3个月内显著下降。值得注意的是，9名患者实现了完全缓解且不需要持续的免疫抑制治疗，10名患者经历了肾功能的显著改善。
06-
五、CAR T细胞使用面临的挑战
尽管CAR T细胞疗法在B细胞恶性肿瘤和多发性骨髓瘤中取得了成功，但其在髓系恶性肿瘤、T细胞肿瘤和实体瘤中的临床进展却遇到了更多困难。在这些场景中，出现了共同的主题：真正肿瘤特异性抗原的稀缺以及由此导致的靶向-非肿瘤毒性；频繁的抗原异质性或丢失；肿瘤微环境内的深度免疫抑制；以及CAR T细胞归巢和持久性的障碍。
急性髓系白血病
CAR T细胞疗法在AML中受到几个挑战的阻碍：靶抗原表达的异质性；白血病细胞和健康造血细胞之间靶抗原表达的重叠；以及免疫抑制性白血病微环境。许多抗原已在临床前和临床研究中被靶向，其中CD33、CD123和CLEC12A是研究最广泛的。然而，靶向这些抗原的CAR T细胞疗法的早期临床试验显示缓解率适中且毒性显著。在所有靶点中，血液学毒性和治疗相关不良事件频繁发生，强调了在AML背景下安全有效地应用CAR T细胞疗法的持续挑战。
T细胞恶性肿瘤
针对T细胞恶性肿瘤的CAR T细胞开发面临重大障碍，包括由于共享抗原表达导致的残杀现象，导致危及生命的T细胞耗竭且没有可行的替代疗法，以及由于重叠的表面标志物导致的CAR T细胞产品被恶性细胞污染的制造风险。尽管如此，依然取得了一些临床进展，特别是针对CD7的方法；这些方法在T-ALL和T细胞淋巴母细胞淋巴瘤中具有较高的缓解率，无论在自体还是异体环境中。然而，CD7阴性复发和感染相关发病率仍然是常见的担忧。
实体肿瘤
实体瘤的过继细胞治疗最近取得了关键里程碑。2024年2月，由自体肿瘤组织中离体扩增的T细胞组成的TILs（未进行基因修饰）成为首个获得FDA批准用于实体瘤的细胞疗法，具体用于晚期黑色素瘤。2024年8月，FDA批准了一种针对HLA-A2限制性抗原MAGE-A4的TCR工程化T细胞产品，用于不可切除或转移性滑膜肉瘤。相比之下，CAR T细胞疗法在实体瘤的临床转化方面面临着更具挑战性的道路。
核心障碍之一是CAR T细胞向实体瘤实质内的归巢效率低下和持久性有限。即使渗透到肿瘤中，CAR T细胞也面临着敌意和免疫抑制性的TME，其特征是代谢限制（如缺氧和营养缺乏）以及抑制性细胞因子和免疫检查点配体，这些都共同损害T细胞功能并驱动耗竭。此外，实体瘤表现出显著的瘤内异质性，并经常下调或丢失靶抗原的表达，导致免疫逃逸并限制了CAR T细胞的持久应答。
尽管如此，近期临床试验的数据正在重塑对CAR T细胞用于实体瘤的期望。值得注意的例子包括第三代GD2靶向CAR T细胞用于儿童神经母细胞瘤的I/II期试验，以及在淋巴细胞耗竭化疗后接受CLDN18.2靶向CAR T细胞治疗的晚期胃肠道癌症患者的I期研究。这些试验的有希望结果导致了首个CAR T细胞疗法用于实体瘤的随机对照试验的启动，结果显著改善了无进展生存期。HER2靶向CAR T细胞在复发或难治性肉瘤的儿童和年轻成人患者中显示出早期疗效，部分病例报道了持久应答。此外，在复发/难治性实体瘤中结合CLDN6靶向CAR T细胞与设计用于增强其增殖的mRNA疫苗的首次人体试验报道了67%的疾病控制率和总体可控的安全性特征。最近，IL-15产生的GPC3靶向CAR T细胞在GPC3阳性实体瘤患者中的首次人体试验实现了66%的疾病控制率，展示了有希望的早期疗效和有利的安全性特征。IL-15的加入增强了CAR T细胞的增殖、持久性和抗肿瘤活性，同时毒性仍然可控。
这些CAR T细胞在实体瘤中潜在疗效的新兴信号已经产生了宝贵的经验教训，正在重塑未来成功的策略。CAR T细胞的局部区域给药始终如一地与增强的疗效和降低的系统毒性相关。重复输注、包含细胞因子支持以及使用更高剂量的CAR T细胞都有助于改善CAR T细胞的持久性和抗肿瘤活性。值得注意的是，肿瘤负荷较低或在病程早期接受治疗的患者往往应答更好。临床获益也与肿瘤部位CAR T细胞检测的增加相关，这表明优化CAR T细胞的归巢和增殖仍然至关重要。此外，靶向多种肿瘤抗原和使用具有增强共刺激的第三代CAR构建体在减少免疫逃逸方面显示出前景。尽管取得了这些进展，挑战仍然存在——特别是应答往往是短暂的，在总生存期方面获益有限——强调了持续创新的必要性，以克服T细胞耗竭、免疫逃逸和敌对的TME。
07-
六、改进CAR T细胞的机会
CAR T细胞疗法面临的持续挑战凸显了创新以改善CAR T细胞疗效、安全性和可及性的紧迫和及时的机遇。
增强疗效
在常规治疗抵抗的肿瘤（尤其是实体瘤）中使用CAR T细胞疗法的经验揭示了需要多方面的工程策略来改善CAR T细胞的效力和持久性、克服有限的归巢和肿瘤浸润、解决肿瘤异质性和抗原逃逸问题，并应对免疫抑制性TME。
效力和持久性：已经探索了多种分子和细胞工程策略来增强CAR T细胞的效力和持久性。调节关键转录调节因子已成为特别有效的方法。例如，强制表达FOXO1有助于维持CAR T细胞更少分化的、记忆样状态，并在慢性刺激下改善其代谢适应性，支持持续的增殖和持久的肿瘤控制。同样，JUN的过表达抵消了慢性激活信号下CAR T细胞中耗竭相关的转录重塑，保留了效应功能并改善了持久性。调节BATF的活性也可以塑造CAR T细胞的分化和耗竭轨迹，从而平衡细胞扩增与功能耐久性。
与此同时，对TOX、PRDM1或NR4A1进行调节或完全基因消融的T细胞对终末耗竭更具抵抗力，并具有增强的效应功能和/或记忆编程，共同驱动了优越的持久性和肿瘤清除能力。同样，表观转录调节因子PCIF1的删除增强了CD8⁺ T细胞的活化并保护其免受铁死亡，从而增加了细胞毒性CAR T细胞的抗肿瘤活性。此外，T细胞中代谢和信号通路的重新编程——例如通过调节ACLY、REGNASE1、PRODH2、RASA2、TAGLN2、PTPN2或腺苷A1受体——可以增强线粒体适应性、效应反应和对抑制信号的抵抗力。细胞表面免疫检查点的删除改善了CAR T细胞和TCR T细胞的功能。最近的一项研究使用了来自T细胞淋巴瘤的天然致癌突变来增强CAR T细胞的持久性和抗肿瘤功效，而不会诱导恶性转化。
注意力也已转向优化CAR T细胞的离体制造条件，以保持T细胞适应性并提高最终产品的质量。例如，对YTB323的研究表明，保留幼稚和干细胞记忆表型转化为了临床应答，其剂量仅为常规CAR T细胞产品的二十五分之一。其他策略包括通过培养基组成的代谢调节，例如重定向葡萄糖通量、抑制谷氨酰胺代谢或补充亚油酸或短链脂肪酸，这些都可以促进线粒体健康并减少T细胞耗竭。
CAR T细胞的细胞因子和趋化因子武装——例如使用IL-4、IL-7和IL-21、IL-9、IL-10、IL-7和CCL19、IL-12、IL-15、IL-18、IL-15和IL-21、IL-23、IL-36或FLT3——可以促进代谢和表观遗传重编程，以支持长期持久性和细胞毒功能。这已经在临床试验中进行了探索，并取得了有希望的结果，包括最近报道的在先前CD19靶向CAR T细胞疗法后复发的患者中使用IL-18武装的CD19靶向CAR T细胞。这种方法在3个月时在81%的患者中实现了完全或部分应答，中位应答持续时间为9.6个月。虽然这是一项仅有21名患者的小型研究，但它代表了在展示下一代工程策略克服耐药性并改善复发/难治性疾病预后潜力方面的里程碑式进展。
其他策略专注于调节CAR表达和信号传导，以减轻慢性抗原刺激导致的耗竭。这些包括使用小分子调节的降解系统瞬时下调CAR表面表达，允许耗竭的T细胞“休息”并恢复功能。CAR的转录控制方法——例如多西环素诱导型或TME响应型启动子——也可以限制持续的CAR信号传导。“自驱动”CAR使用转录响应元件在响应激活信号时诱导CAR表达，从而增强CAR T细胞增殖同时抵抗消耗。将CAR靶向敲入TRAC基因座显示出统一的表达、减少的紧张性信号传导和延迟的CAR T细胞耗竭。此外，可切换CAR和分裂CAR允许对抗原识别和激活信号传导进行外部控制，从而能够精确调节CAR T细胞以防止慢性过度刺激。
归巢与浸润：局部递送CAR T细胞在胶质瘤中的成功强调了增强CAR T细胞向实体瘤部位归巢和浸润的至关重要性。为了解决这个问题，研究人员探索了趋化因子受体工程以引导CAR T细胞向肿瘤来源的趋化信号迁移。例如，经过改造以表达CXCR1、CXCR2、CCR2、CX3CR1或CXCR6等受体的T细胞在胶质母细胞瘤、卵巢癌、结直肠癌、神经母细胞瘤和胰腺癌的小鼠模型中显示出改善的肿瘤浸润和抗肿瘤反应。其他策略包括利用粘附分子（如整合素配体）改善CAR T细胞的血管靶向；血管正常化策略以改善CAR T细胞进入实体瘤；工程化CAR T细胞通过表达酶类重塑细胞外基质以便更容易渗透到肿瘤部位；以及促进组织驻留程序以增强肿瘤滞留。放射治疗也被证明可以预处理TME以改善CAR T细胞浸润。
肿瘤异质性与抗原逃逸：已经出现了几种策略来克服肿瘤异质性和抗原逃逸。首先，可以将联合疗法与CAR T细胞结合使用以增强肿瘤抗原表达和免疫原性。这些包括使用γ-分泌酶抑制剂增加BCMA的表面密度，或使用表观遗传调节剂加强CD70或CD123等抗原的表达，以及EZH2抑制剂增强肿瘤细胞的免疫原性并恢复对CAR T细胞杀伤的易感性。溶瘤病毒和放射治疗也可以类似地增强肿瘤中的抗原呈递。其次，已经使用了多种方法优化CAR构建体以提高其对低密度抗原的敏感性。这些包括设计更强的信号结构域、降低CAR激活阈值、使用膜近端scFv、或整合先进设计如STARs、HITs和TRuCs。适配器CAR平台使用通用CAR与可溶性适配器分子配对，这些分子结合肿瘤抗原，允许相同的CAR T细胞被灵活地重定向、剂量滴定和动态接合不同的靶标。第三，多靶点策略如串联CAR、双重或三价CAR T细胞或序贯输注拓宽了肿瘤抗原覆盖范围并降低了免疫逃逸的风险。最后，优化CAR T细胞与靶细胞之间的免疫突触也已成为一种强大的方法；在CAR中整合PDZ结合基序加强了免疫突触形成，改善了细胞因子分泌，并增强了跨多种模型的细胞毒性和肿瘤控制。
免疫抑制微环境：针对“敌意”TME——其特征是缺氧、酸度、营养缺乏和高水平的活性氧——也一直是研究工作的主要焦点。这些包括开发缺氧可诱导的CAR T细胞，将CAR表达限制在缺氧区域，提高疗效和安全性。其他方法包括促进代谢重编程的基因工程，以及代谢佐剂如二甲双胍和雷帕霉素以增强T细胞在TME中的韧性。联合疗法也正被用于重塑TME，包括CAR T细胞与免疫检查点抑制剂的共同给药以减轻免疫抑制、癌症疫苗增强T细胞应答、溶瘤病毒以免疫原性方式释放肿瘤抗原，以及STING激动剂增加固有炎症反应。将CAR T细胞工程化改造以表达抵抗巨噬细胞介导清除的CD47变体，在与抗CD47抗体结合使用时改善了肿瘤模型中的持久性和抗肿瘤疗效，通过同时接合TME中的巨噬细胞和T细胞。新兴证据还表明肠道微生物组调节可能增强CAR T细胞的持久性和治疗结果。尽管有希望，但这些策略必须在CAR T细胞持久性与增加的复杂性和安全性之间取得平衡。
提高安全性
安全性仍然是CAR T细胞疗法更广泛临床转化的主要障碍，这既源于其独特的免疫相关毒性（如CRS和神经毒性），也源于靶向-非肿瘤效应的风险。CRS是一种公认的系统性炎症综合征，由CAR T细胞的快速活化和增殖触发，进而募集和激活其他细胞（尤其是髓系细胞）。这一级联反应以广泛免疫激活和高水平促炎细胞因子的释放达到顶峰，包括IL-6、IL-1和干扰素-γ。临床上，CRS可表现为发热、低血压、缺氧以及毛细血管渗漏和/或终末器官功能障碍的迹象，通常通过使用皮质类固醇和/或托珠单抗等药物抑制炎症来进行管理。免疫效应细胞相关神经毒性综合征涵盖了CAR T细胞治疗后可能出现的一系列神经系统并发症，包括头痛和意识模糊，严重时可出现癫痫发作、意识改变或危及生命的脑水肿。免疫效应细胞相关神经毒性综合征被认为是由内皮细胞活化、血脑屏障破坏和细胞因子介导的神经炎症等原因导致的。这些毒性的发生率和严重程度因疾病背景、肿瘤负荷、CAR设计和共刺激结构域而异，基于CD28的CAR通常与更快的CAR T细胞增殖以及比基于4-1BB的构建体更早出现高级别CRS相关。尽管在识别和管理患者中CAR T细胞相关毒性方面取得了实质性进展，但合成生物学的并行努力集中在设计更安全的CAR，以调节、调控或限制CAR信号传导，并最终降低毒性风险。
可调控CAR系统：可调控CAR平台已成为安全控制的创新途径。这些包括使用药物敏感性转录系统的可切换系统、化学诱导二聚化、分裂CAR设计、整合降解结构域以调节CAR降解以及蛋白酶敏感性CAR配置。一个例子是SNIP系统，在ROR1靶向CAR T细胞治疗的模型中展示了优越的抗肿瘤功效和降低的毒性。类似地，synNotch系统的迭代使得CAR表达仅限于抗原定义的TME内，从而最小化了脱靶损伤。
为了进一步增强对CAR T细胞的控制，临床级“杀伤开关”已被用于在经历严重毒性的患者中杀死CAR T细胞。这些包括可诱导的caspase 9和单纯疱疹病毒胸苷激酶。尽管这些方法是有效的，但它们不可逆地消除了治疗细胞。替代解决方案，如由RNA编码的瞬时CAR表达，提供了短期肿瘤靶向，但通常缺乏长期疗效所需的足够持久性。
增强抗原特异性：增强CAR T细胞的抗原特异性是改善其安全性的另一种方式。布尔逻辑门控，如AND和AND NOT电路，可以将CAR T细胞活化限制在肿瘤特异性抗原组合上。例如，syn-Notch和LINK系统实现了双抗原识别，防止CAR T细胞在仅表达其中一种抗原的健康组织中被激活。
亲和力调谐也被用于精细调节CAR敏感性，使其能够区分肿瘤细胞上的高密度抗原表达和正常组织上的低水平抗原表达。例如，低亲和力EGFR靶向CAR T细胞显示出有效杀伤肿瘤的同时毒性降低。同样，TME响应型CAR在酸性肿瘤条件下优先接合靶抗原，增强了选择性。
细胞因子工程以限制系统毒性：更安全的细胞因子工程也已被探索，例如工程化受体-配体系统以将CAR T细胞活化与天然细胞因子途径解耦。用正交IL-2-IL-2受体对工程化改造的T细胞能够选择性地对突变IL-2作出反应，同时使内源性免疫细胞免受细胞因子暴露及其相关的毒性影响。在临床前模型中，这种正交系统改善了T细胞增殖和肿瘤清除，同时避免了系统性IL-2驱动的副作用。在另一种方法中，CAR T细胞被工程化改造为具有合成受体-细胞因子回路，将配体识别与IL-2分泌联系起来，从而允许CAR T细胞的靶向活化和增殖，同时避免IL-2的系统性毒性。另一种策略利用含有亮氨酸拉链的模块化嵌合细胞因子受体，通过增强持久性和抗肿瘤功效来增强CAR T细胞功能，而无需全身性细胞因子暴露。
先进的细胞因子策略还完善了其肿瘤限制性递送；例如，被工程化改造以分泌结合PDL1阻断与局部IL-12递送的双功能融合蛋白的CAR T细胞，在小鼠前列腺癌和卵巢癌模型中导致了增加的IFNγ诱导、TME重塑和抗肿瘤活性，而没有额外的毒性。最近报道的一种创新方法涉及重写内源性调控元件以实现肿瘤限制性细胞因子表达。使用CRISPR敲入在NR4A2或RGS16等启动子控制下的IL-12或IL-2等有效载荷，系统筛选以识别肿瘤限制性表达，CAR T细胞选择性地在TME内递送细胞因子，增强了功效、多功能和系统性安全性。
长期安全性：最后，CAR T细胞的长期安全性仍然是一个担忧，特别是插入诱变和T细胞转化的风险，因为最近的报告记录了在输注商业和研究性产品后出现的CAR⁺ T细胞恶性肿瘤。在输注使用piggyBac转座子基因转移从HLA匹配的同胞供体产生的供体来源CAR T细胞后，报道了产品来源的淋巴瘤病例，其中证实了输注的CAR表达T细胞的恶性转化。然而，大规模临床研究表明，使用标准方法生成的自体CAR T细胞产品输注后转化的风险非常低，可能归因于插入性肿瘤发生以及其他因素，如经过大量预处理患者中预先存在的基因组不稳定性。尽管如此，这些观察结果强调了安全载体整合和精确基因组编辑策略对于CAR T细胞未来应用的重要性。
扩大可及性
扩大CAR T细胞疗法可及性的努力越来越关注通过开发可扩展的、现成的替代方案来克服自体产品的物流、经济和生物学限制。
异体CAR T细胞：从健康供体制造异体CAR T细胞用于多个患者降低了成本、简化了生产、最小化了变异性，从而增加了可及性。然而，异体CAR T细胞存在安全性、持久性和免疫原性方面的担忧。供体来源的TCR αβ T细胞可以通过其TCR识别宿主HLA分子诱导GVHD。相反，宿主抗移植物排斥反应——由此宿主免疫应答可以清除输注的供体细胞——对CAR T细胞持久性和持续疗效构成了平行障碍。为了解决这些挑战，正在优化多种工程策略以实现异体CAR T细胞的生产。这些包括TCR敲除以预防GVHD；HLA I类和II类破坏以逃避宿主排斥；以及使用替代细胞来源以最小化同种异体反应性。一些额外的新型策略用于创建“低免疫原性”异体CAR T细胞包括过表达“不要吃我”信号CD47以逃避先天免疫杀伤，或使用聚糖屏蔽以减轻宿主同种异体反应性。SPPL3的删除重新编程了T细胞表面糖基化，从而减少了异体免疫细胞的识别，使得能够生成TCR充足的异体CAR T细胞，具有降低的免疫原性并维持强大的抗肿瘤活性。下一代基因编辑平台现在允许对CAR T细胞进行多重、精确的基因修饰以增强安全性和持久性，同时标准化大规模制造。
除了细胞内在工程外，预处理方案的优化已成为决定异体CAR T细胞疗效的关键因素。强化淋巴细胞耗竭可以提高CAR T细胞增殖和持久性，通过减少宿主免疫排斥。在这种情况下，输注的CAR T细胞的CD52敲除允许使用抗CD52抗体而不消除治疗产品。此类策略的采用加速了异体CAR T细胞疗法在多种肿瘤学和自身免疫适应症中的临床转化，并取得了令人鼓舞的安全性和有效性数据。然而，这些方法必须与长期免疫抑制、延迟免疫重建和增加的感染并发症风险相平衡。总体而言，使用异体CAR T细胞的早期试验中GVHD的发生率较低，主要限于临床上可管理的低级别事件。来自评估CD19靶向异体CAR T细胞产品cemacabtagene ansegedleucel的I期研究的最新数据进一步支持了这一策略实现强大的CAR T细胞增殖和持久性以及持久的完全应答且无GVHD的可行性。值得注意的是，CD70靶向异体CAR T细胞产品CTX130在肾细胞癌患者中实现了异体CAR T细胞的首个完全应答，这表明异体方法即使在实体瘤中也可能可行。
增加优化这些异体产品所需的基因组编辑数量也引发了关于累积脱靶效应、染色体重排、大缺失或其他可能损害基因组完整性事件的理论和实际担忧。这些考虑因素强调了采用更精确基因组编辑平台的重要性。对于所有这些安全性问题，可诱导杀伤开关的整合已被用于在严重毒性、不受控增殖或意外同种异体反应性事件中允许快速消融输注的细胞。总的来说，尽管免疫排斥、持久性和基因组安全性仍然是使用异体CAR T细胞的核心挑战，但基因编辑精度、预处理策略和内置安全控制的迭代进步正在逐步完善现成CAR T细胞平台的治疗窗口，并推进其扩大患者可及性的潜力。
体内CAR T细胞工程：合成递送平台的进步打开了体内CAR T细胞工程的大门，绕过了离体操作的复杂性。已经设计出多种策略，包括携带mRNA或DNA有效载荷的脂质和聚合物纳米颗粒、慢病毒和腺相关病毒基因递送系统、混合生物指导支架，以及下一代载体。除了简化制造外，体内CAR T细胞工程还具有超越常规离体方法或其他免疫疗法的机制优势。通过直接重编程内源性T细胞，体内工程保留了表型适应性，避免了培养诱导的耗竭，并允许这些细胞在宿主体内的生理活化、归巢和增殖。早期研究表明，与离体制造的产品相比，体内工程化的CAR T细胞可能具有更轻微的毒性特征，由于渐进的内源性T细胞增殖，CRS和神经毒性发生率较低。使用某些递送系统（如mRNA或非整合载体）可以实现的CAR表达的瞬时性质可能进一步减少CAR T细胞的长期毒性并改善安全控制。最近一份将AAV递送与包膜递送车辆相结合的体内工程方法在精确位点进行T细胞特异性CAR构建体插入的报告，为平衡安全性与持久疗效提供了一条有希望的途径。
然而，在体内CAR T细胞工程被广泛可及之前，必须解决几个关键障碍。内源性T细胞的高效和选择性靶向仍然是一个主要挑战，因为系统性递送载体必须避免可能导致的非靶向转导，从而引起意外的CAR表达和毒性。此外，递送平台的免疫原性可能限制重复给药、加速免疫清除或引发炎症反应。最后，用于体内工程的病毒递送载体带有与永久性基因组整合相关的风险，包括插入诱变、长期且可能不受控的CAR T细胞增殖以及延迟的炎症毒性。相比之下，非整合递送系统受到瞬时CAR表达的限制，可能需要重复给药，从而增加了肝脏定向毒性、输注反应和累积的剂量限制性炎症不良事件的风险。尽管存在这些挑战，几种体内CAR T细胞平台已经在癌症、自身免疫性疾病及其他领域进入或在临床开发中推进，得到了主要行业投资和快速技术优化的支持。随着临床评估的推进，这些新一代策略有望通过实现重复给药、联合方案，并最终以更低的成本实现更广泛的临床应用，从而普及CAR T细胞疗法。
-08-
结语
CAR T细胞疗法的发展，从20世纪60年代T细胞的鉴定到现代合成免疫工程时代，已经解锁了T细胞的多样化细胞治疗机会。T细胞生物学的基础发现，加上开创性的从实验室到临床的转化努力，使得靶向CD19或BCMA的自体CAR T细胞产品得以开发，这些产品已经重塑了B细胞淋巴瘤、白血病和多发性骨髓瘤的治疗策略，为更广泛的应用奠定了。然而，重要的挑战依然存在。将CAR T细胞疗法的成功扩展到实体瘤、髓系肿瘤和T细胞恶性肿瘤将需要创新的解决方案来克服抗原异质性、肿瘤介导的免疫抑制和T细胞耗竭。
解决这些障碍不仅取决于推进我们对T细胞生物学的机制性理解，还取决于发现研究方式的转变。基因组规模CRISPR筛选、单细胞多组学、空间转录组学和高分辨率临床相关分析等技术正在提供前所未有的对CAR T细胞持久性和功能性决定因素的洞察，预示着T细胞生物学发现的新时代。
另一个前沿在于将CAR T细胞理解为不是静态产品，而是以巨大的功能可塑性为特征的动态群体。T细胞响应抗原负荷、组织定位和炎症信号，在转录、代谢和表观遗传状态之间持续转换。这种时空可塑性塑造了CAR T细胞的持久性、效应能力和耗竭轨迹。
一个潜在的颠覆性进展可能来自将人工智能与这些高维数据集整合，从描述性分析转向预测性建模。AI驱动的对大规模扰动筛选和临床数据集的查询可能阐明调节T细胞可塑性和耐久性的功能尚不明确的受体和信号网络的作用。计算框架可能使得能够构建模拟工程化细胞如何响应定义扰动、共刺激信号或微环境应激源的“虚拟CAR T细胞”。将此类模型扩展到作为相互作用生态系统的TME可能允许通过模拟CAR T细胞、肿瘤细胞、基质细胞和免疫群体之间的相互作用来预测治疗耐药性或反应。
最终，CAR T细胞疗法的下一阶段将由跨学科创新和对科学发现与临床需求对接的持续承诺来塑造。该领域正准备进入其下一阶段，不仅建立在靶向细胞毒性上，而且建立在持久的免疫调节、精确控制和更广泛治疗范围的基础上。
参考资料：
A guide to CAR T cell therapies: development, current status and future prospects. Nat Rev Immunol. 2026 Jul 2.
热门跟贴