长篇连载，续上期。

第19期连载内容是原创科普著作《肿瘤免疫治疗的故事》的第三回（《肿瘤免疫治疗的四支部队》）的第三章（《CAR-T特战队精准打击》）的第1-3节内容。

第三章的篇幅较长，近三万字，包含以下几节内容：

一、什么是CAR-T细胞疗法？

二、CAR-T细胞疗法是怎样消灭癌细胞的？

三、朱恩教授的开创性贡献

四、CAR-T细胞疗法研究中竞争与合作

五、发生在小女孩身上的奇迹

六、2017年，CAR-T细胞疗法元年！

七、为精准打击付出的高昂代价！

八、CAR-T细胞疗法有哪些重大突破？

九、全球已上市的CAR-T药品有几款？

十、120万元“一针”的治癌药值不值？

十一、CAR-T免疫疗法是否“完美无缺”？

十二、CAR-T细胞疗法的未来发展趋势如何？

从上面的目录可以看出，第三章内容是专门介绍当前最热门的“CAR-T细胞疗法”的，也就是老百姓俗称的“120万元一针的治癌药”！

在这一章，我们只讲故事，不谈治疗。可以说，这一章内容很丰富、故事很精彩；看了这一章，你不单知晓了CAR-T细胞疗法的台前幕后故事，还会把所谓的“120万元一针的治癌药”搞得明明白白、清清楚楚！

第三章分四期在《奇云空间》连载（19期-21期）。

谢谢大家！

作者：奇云

2021年12月8日

CAR-T细胞疗法是近年来发展非常迅猛的一种新型肿瘤免疫治疗技术。

你或许听说过，或许没听说过，但它确实给我们带来了惊喜，给癌症病人带来了希望和期待。

你肯定很想了解：

什么是CAR-T细胞疗法？

它的疗效如何？

它的出现是否真的预示着癌症将被彻底攻克？

今天，《奇云空间》将为你打开问号，深度解读CAR-T细胞疗法的科学奥秘。

一、什么是CAR-T细胞疗法？

CAR-T细胞疗法（Chimeric An tigen Receptor T-Cell Immunotherapy）的中文全称叫“嵌合抗原受体T细胞免疫疗法”。它的治疗策略就是帮助免疫系统，主要是T淋巴细胞识别癌细胞，从而促使T细胞把癌细胞清除。

听着一头雾水了吧？是不是很高大上？

其实，说白了，CAR-T并不是一种药物，而是一种技术，确切地说是一种免疫疗法，而且是一种细胞免疫疗法（关于各种肿瘤细胞免疫疗法，作者在“奇云空间”头条号的长篇连载《肿瘤免疫治疗的故事》中已经多次介绍）。

当初，美国科学家针对细胞因子诱导的杀伤细胞（cytokine induced killer，CIK）疗法的临床研究效果不是很好，他们开始反思，问题到底出在哪里？经过总结，他们认为不论是LAK细胞疗法还是CIK细胞疗法，都是把T细胞从人体内取出来，简单粗暴地让它们扩增再回输到体内。但是这两种疗法效果不定，它们就像瞎子一样，撞到敌人就能杀敌，撞不到敌人就束手无策。

习惯于现代精准医疗的美国宾夕法尼亚大学的卡尔﹒朱恩（Carl June）教授，希望终结这种完全“摸黑”的局面。他设想，能否给T细胞装一个“GPS”导航系统，帮助其追踪到癌细胞并将其歼灭。

想法是不错，但怎样才能实现这一目标呢？

大家集思广益，最终认为：如果在T细胞表面安装上能够识别特定癌细胞表面高表达抗原的受体，并设计好识别之后触发T细胞内反应的信号通道，就可以让本来被“蒙住了眼睛”的T细胞正常杀灭癌细胞。

在这种思路的指导下，CAR-T（Chimeric Antigen Receptor T cells，CAR-T）疗法应运而生。

CAR-T细胞疗法的关键词有两个：

一个是“T细胞”，另一个是“CAR”。

“T细胞”是人体白细胞分类下面的淋巴细胞的一种，全称叫T淋巴细胞。T细胞具备超强杀伤能力，可以有效杀灭身体内肿瘤细胞，衰老细胞，异性细胞等等，就像是国家的特种部队，行动迅速，攻击能力强，自身素质好，能快速有效杀灭敌人。所以，肿瘤患者体内这类细胞基本上数量严重减少或者活性极度下降，不足以对抗快速疯长的肿瘤细胞，肿瘤细胞聚集成肿瘤组织就成为必然结果。

【上图：T细胞在向癌细胞进攻】

而这位细胞中的“杀手”，在大多数时候却是安静而沉默的；并不执行杀伤任务，只有当抗原提呈细胞（如DC、巨噬细胞等）将“目标”抗原提呈给它，一次暗杀任务才会开始。

接受抗原刺激的T细胞，会分化成为执行任务的“效应T细胞”与记录信息的“记忆T细胞”。效应T细胞会开始在体内寻找那些带有目标抗原的细胞，并毫不留情的清理掉它们。

作为T细胞通缉榜中的一员，癌细胞却更为老道狡猾。为了在T细胞的眼皮下存活，癌细胞进化出了逃避免疫追杀的机制，包括低表达MHC类分子，以及提高细胞表面免疫检查点的数量等，前者会让T细胞无法识别出癌细胞，而后者更是会抑制T细胞的功能。

因此，大部分免疫疗法都是围绕着“如何使T细胞恢复对抗肿瘤的能力”这一主旨而设计的。

【上图为GIF动图：血液中的癌细胞】

【上图为GIF动图：不断繁殖的癌细胞】

正常情况下，T细胞执行杀伤功能前，需要一套复杂的识别机制，来验证所清除的“目标”不是我们的“自己人”。

这种识别过程主要包括了TCR（T Cell Receptor，中文名称叫“T细胞表面受体”）与MHC（Major Histocompatibility Complex，中文名称叫“主要组织相容复合物”）的结合。

而肿瘤表面MHC表达降低，会影响这种识别过程。

为此，人们也设计出了TCR-T，通过调整TCR的结构来增强肿瘤的识别效果。

但相比而言，另一种方式似乎更为有效，即在T细胞表面安装一个全新的受体，可以直接识别肿瘤表面的相关抗原，这便是嵌合抗原受体——CAR。

【上图注释：橙色的CAR-T细胞正在攻击绿色的乳腺癌细胞，这是一个长条的乳腺癌细胞。】

更专业点说，Ｔ细胞的活化主要通过双信号通路完成。

第一信号是抗原特异性信号，由Ｔ细胞表面受体（TCR）与抗原肽-主要组织相容性复合物（MHC）的特异性结合构成。

第二信号是抗原非特异性信号，它由Ｔ细胞与抗原递呈细胞（APC）表面的共刺激分子（CM）相互作用来介导。

这两种信号的共同参与了T细胞的活化，诱导Ｔ细胞产生级联反应，最终使Ｔ细胞可以活化为细胞毒性Ｔ淋巴细胞（CTL）。

当CTL与患者体内含有相同抗原肽-MHC分子复合物的肿瘤细胞相遇后，二者特异性结合，刺激CTL产生释放裂解肿瘤细胞的穿孔素、颗粒酶，直接杀死肿瘤细胞；或者释放细胞因子，改变肿瘤细胞生存环境，抑制肿瘤细胞的生长，也可通过CTL表面表达的FasL与肿瘤细胞表面的Fas结合，诱导肿瘤细胞凋亡。

然而，肿瘤患者体内的T细胞在肿瘤微环境的影响下，T细胞活化受阻，或者T细胞不能识别肿瘤细胞的抗原肽，这就导致了T细胞杀伤作用不足以清除肿瘤细胞，因此通过在体外改造T细胞，使其成为能识别并杀伤肿瘤的细胞，这一想法即是CAR-T的来源。

“CAR”是Chimeric Antigen Receptor的缩写，翻译过来即是“嵌合抗原受体”，它是一种人为设计的、帮助T细胞识别肿瘤的装置。

通俗一点说，CAR就是给T细胞装了一个精准识别武器，让它可以快速、有效、精准的找到肿瘤细胞，科学界通俗地将其称作为能对肿瘤细胞精准制导的GPS导航系统。

通过在基因层面的编辑，我们可以使T细胞在膜表面表达出我们所设的、肿瘤特异性的CAR。这种CAR的结构通常包括了三部分：胞外的抗原结合区、跨膜区、胞内的信号传导区。

胞外的抗原结合区是根据肿瘤表面抗原设计的，可以与之特异性结合的抗体。

跨膜区则负责将胞外结合区与胞内信号区相连接，并固定在细胞膜上。

而胞内信号传导区则负责将抗原识别的信息传递给胞内，引起T细胞产生相应的反应。而至今，根据胞内信号传导区域的演变，CAR-T已经过了五代更迭，共刺激分子和促炎因子被引入，使其体内作用时间以及疗效都得到了改善。

二、CAR-T细胞疗法是怎样消灭癌细胞的？

T细胞和CAR这两个关键词解释完了，我们就基本把CAR-T细胞疗法的主要核心部件说清楚了。接下来就是CAR-T细胞疗法是怎样消灭癌细胞的？换句话说，CAR-T的原理是什么？

这一疗法的基本原理虽然仍是先从患者体内抽取出T细胞，然后在体外增殖，最终回输人体，攻击癌细胞。

然而，与前几代免疫细胞疗法不同的是，这次的T细胞在培养过程中加入了基因改造技术，是在T细胞上嵌入了一种嵌合抗原受体（Chimeric Antigen Receptor，简称CAR），“嵌合抗原受体”由“GPS导航”（胞外抗原识别区）和“激活按钮”（胞内信号转导区）组成。

当“GPS导航”定位到肿瘤抗原并与之结合之后，“激活按钮”就开始激活T细胞，从而对癌细胞大开杀戒。

说白了，T细胞就好比是一支“普通军队”，CAR-T细胞则是一支拥有了“GPS导航”的“特种部队”；这批经过“改造”的“特种部队”回输到人体后，就可以毫不费力地找到带有特殊标记的“敌人”（癌细胞），并将之消灭。

【上图为GIF动图：图A】

【上图为GIF动图：图B】

【上图为GIF动图：图C】

用专业术语归纳起来，CAR-T细胞疗法的原理是：

通过基因工程技术将识别肿瘤相关抗原（Tumor associated antigen，TAA）的抗体可变区基因序列与胞内信号区序列在体外进行重组（形成CAR），再通过病毒转染方式将编码CAR基因的重组质粒在体外转进已分离出的患者T淋巴细胞中，使T细胞表面表达能识别肿瘤抗原的受体蛋白，经体外大规模培养扩增后表达特异性嵌合抗原受体的T细胞称为CAR-T细胞。当大量CAR-T细胞回输到患者体内后，CAR能特异性地识别靶向肿瘤细胞的抗原，活化后的Ｔ细胞可以杀伤肿瘤细胞，从而达到治疗肿瘤的目的。

当然，CAR-T疗法的治疗流程非常复杂，每一步都包含很多技术问题。

简单来说，一个典型的CAR-T治疗流程，主要分为以下五个步骤：

第一步：患者的选择。

无论是免费的临床试验还是商品化的CAR-T，都有严格的入组条件。患者一般都经历多线化疗、自体移植、靶向药物联合等等多种治疗手段后复发。目前国际上有争议的是，是否需要把CAR-T治疗前移，但是由于治疗费用昂贵、需要高级医疗配备等等原因，一直没有松口。治疗前需要评估患者的一般状况和条件，做基线的影像学检查（一般是PET-CT），如果是完全缓解的患者是不需要做CAR-T治疗的，有钱也不做，因为CAR-T没有攻击的靶点。

第二步：靶点锁定。

通过肿瘤患者肿瘤细胞特异性免疫组化分析，找到相应特异靶点。所谓特异靶点，可以理解为在体内众多正常自己的体细胞表面所没有的膜蛋白，只有肿瘤细胞表面特异性存在，肿瘤细胞与众不同的特性。

第三步：在实验室制备CAR-T细胞。

这是最关键、最复杂的过程。首先采集患者血液，从血液内分离出T细胞。然后，通过慢病毒转染等方式对T细胞进行基因改造，将能特异识别癌细胞的嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor，CAR）结构嵌入T细胞表面，即成为CAR-T细胞。也就是嵌合抗原，给每一个T细胞装置上“GPS导航系统”——CAR。装置上CAR后，T细胞就从普通的细胞变成了升级版的CAR-T细胞。制备的时间是7-14天左右。如果是临床试验，因为临试的特殊要求，患者只能等待（这个期间少部分患者可能因为肿瘤增殖迅速而不治），如果是商品化的CAR-T，临床医生的主动权会更多，可以尝试用一些化疗药物或者靶向药物来暂时阻碍疾病的快速进展。

第四步：将CAR-T细胞在体外进行培养，让其大量扩增。

细胞培养技术已经有几百年历史，发展至今相当成熟，将改造好的活性T细胞就如电脑复制粘贴文件一样进行大量复制扩增，让同样具备活性并装有GPS导航的T细胞大量产生。

【上图：CAR-T细胞肉眼看不见，它装在一个装有透明液体的小塑料袋中。】

第五步：向患者体内回输CAR-T。

讲到这一步才是真正意义的CAR-T细胞治疗关键的一步，将培养扩增好的CAR-T细胞用静脉输液的方式输入患者体内。然后在规定的时间评估点进行检查，评估疗效及毒副反应。肿瘤负荷越高，反应越剧烈。这个过程一般持续3周到6周之间，患者全程住院，密切监测生命体征和病情变化，同时检测体内各种指标。最常见的反应就是CRS（细胞因子释放综合征），CAR-T细胞在攻击肿瘤细胞时同时会释放大量炎症介质，典型表现就是高热、低血压、心律失常脏器功能受损等等等，严重时会引起中枢CRS，抽搐癫痫样发作，有时太过严重，影响到呼吸和循环，则需要转到重症监护室治疗。由于CAR-T细胞治疗会导致细胞因子风暴及神经毒性等毒副反应，可能危及生命。为尽量减少这些不良事件的发生，在CAR-T细胞治疗前需要患者及其家属熟知CAR-T细胞疗法相关知识及所发生的毒副反应。由于CAR-T细胞治疗所致的毒副反应常在细胞输注后一周内开始出现，1~2周内达到最高峰。因此，在此期间需要患者住院观察，以便出现毒副反应后能得到医护人员的及时处理和专业治疗。

三、朱恩教授的开创性贡献

如果把开创和推进CAR-T疗法的人员名单列成一个明星阵列的话，宾夕法尼亚大学的卡尔﹒朱恩（Carl June）教授绝对是其中最耀眼的巨星。是他第一个将CAR-T概念带进了千家万户。朱恩教授目前任职于宾夕法尼亚大学，担任伯拉姆森家族癌症研究所（Abramson family Cancer Research Institute）下属的细胞免疫治疗中心（Centerfor Cellular Immunotherapy）和转化研究项目（Translational Research Program）的主任。

【上图：卡尔﹒朱恩（Carl June）教授】

【上图：卡尔﹒朱恩教授在中国进行学术交流】

CAR-T疗法的临床研究开始于2010年。当时，朱恩和他的搭档布鲁斯﹒莱文（Bruce Levine）教授利用CAR-T治疗成功缓解了三位其他治疗方法无效的晚期淋巴细胞白血病患者。

第一个接受实验的是威廉·路德维格（William Ludwig），有近十年的白血病病史。他在2010年8月接受了改造T细胞的注射，但是在注射10天之后，出现了一系列剧烈的副作用，发烧、低血压、呼吸困难。后来人们意识到，这种不良作用是由于改造的T细胞产生过多细胞因子引起的。幸运的是，路德维格最终还是挺了过来。一个月后，他的身体里已经没有白血病B细胞了，并且在6年间未出现复发的情况。

其他两名受试者身上，也出现了这样令人欣喜的结果。

在这三名患者之后，研究经费就花光了。

为了获得关注和资金，他们决定公布这些工作的成果。

2011年8月，朱恩教授在著名的临床医学期刊《新英格兰医学杂志》（The New England Journal of Medicine，NEJM）上发表了使用CAR-T技术治疗慢性淋巴性白血病（Chronic Lymphoid Leukemia，CLL）的论文。

也正是这篇论文，引发了一场学术界的“风暴”，让朱恩教授以及CAR-T技术一鸣惊人，同时也为他们带来新的研究资源。其中，诺华公司（Novartis AG）、朱诺公司（JUNO Therapeutics）以及凯特公司（Kite Pharma）等医药巨头企业寻求合作。六个月后，宾夕法尼亚大学、朱恩教授与诺华达成了合作协议，共同研究开发CAR-T疗法用以癌症治疗。

（未完待续）

下期更精彩，敬请关注！