TCR-T细胞肿瘤免疫治疗的研究进展

2021-07-29 10:07

前言

目前，肿瘤免疫治疗方兴未艾，群雄并起，其中最有效的治疗策略之一就是过继细胞转移疗法（ACT）。嵌合抗原受体（CAR）和工程化T细胞受体（TCR）是近年来主要的过继性T细胞免疫疗法。TCR工程T细胞表达肿瘤抗原特异性受体，其α链和β链由高质量、高亲和力的抗原特异性T细胞克隆产生。

TCR分子属于免疫球蛋白的一个超家族，由两个共价结合的多态性亚单位组成，每个亚单位都是抗原特异性的，它们至少与四种不同类型的信号转导链有关。为了激活T细胞，TCR和主要组织相容性复合体（MHC）之间必须存在相互作用。

TCRs与pMHC（peptide－MHC）相互作用的强弱决定了未成熟胸腺细胞的命运，对幼稚T细胞的存活至关重要。因此，TCR－T免疫治疗技术通过与MHC特别是Ⅱ类分子的有效相互作用激活宿主的免疫系统，后者被TCR－T细胞和CAR－T细胞特异识别。TCR－T细胞可以识别细胞内的肿瘤特异性抗原，而CAR－T细胞主要识别肿瘤表面的特异性抗原。这使得TCR－T细胞在肿瘤治疗中更有效。

CAR－T与TCR－T的比较

在ACT疗法中、TCR－T和CAR－T细胞都已被成功地用于实体瘤的临床治疗。

CAR包含肿瘤抗原靶向的单链抗体、跨膜结构域和CD3ζ的胞内激活结构域。通过这种方式，工程化的CAR能够识别特定的肿瘤相关抗原，CAR能够在不经过MHC处理的情况下结合未经处理的肿瘤表面抗原。

第一代CAR－T细胞表现出有限的扩增和相对较短的持久性， “第二代”CAR－T加入了共刺激受体CD28、4－1BB／CD137和OX40。将这些共刺激受体添加到CAR－T细胞的CD3ζ结构域中，从而促进更强大和持久的T细胞反应。第三代CARs同时结合两个共刺激信号（CD28和4－1BB），这比第二代CARs具有更好的扩增和更长的持续性。

相反，TCR是与MHC抗原复合物结合的α／β异二聚体。与TCR相比，CARs识别肿瘤抗原具有某些缺点，如肿瘤外毒性。与CARs相比，TCRs在基于T细胞的治疗中具有一些结构性优势，例如其受体结构中有更多的亚单位（10：1），免疫受体基于酪氨酸的激活基序（ITAMs）更多（10：3），对抗原的依赖性更小（1：100），以及更多的共刺激受体（CD3，CD4，CD28等等）。具有低MHC亲和力范围（104－106M－1）的TCR就可以有效的激活T细胞，相反，CARs需要更高的亲和力范围（106－109M－1）。

因此，CAR介导的细胞毒性依赖于更高密度的细胞表面抗原。此外，T细胞／抗原相互作用在免疫突触（IS）结构中启动，其中TCR呈现具有外周LFA－1粘附的环状区域，而CAR呈现无环状区域的弥散LFA－1分布。因此，TCR－IS比CAR－IS发出的信令速度慢但持续时间长。同时，CAR－T细胞呈现出更快的杀伤功能，并向下一个肿瘤靶点迁移（连环杀伤），这与TCR－T细胞延长信号传导和延长杀伤时间形成鲜明对比。

重组TCRs

TCR是人体最复杂的受体之一，它包含六种不同的受体亚单位，它们在T细胞中具有非常广泛的功能。肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）的TCR的改变显著影响肿瘤特异性T细胞。其中TCR的变化有助于T细胞的增殖，TCR多样性与抗肿瘤作用相关。

对TIL的TCR工程化是肿瘤的最佳治疗方法之一。TCR由结合到肽－MHC配体的α链和β链、CD3复合体的信号亚单位（?、γ和δ）以及CD3ζ同源二聚体组成。除CD3ζ外，所有亚单位均具有细胞外免疫球蛋白（Ig）结构域。基于这些结构，利用工程化TCR的新技术有ImmTAC、TRuCs和TAC等。

免疫动员单克隆T细胞受体（ImmTAC）

ImmTACs是使用工程化、可溶性和亲和增强的单克隆TCRs（mTCRs）设计的。ImmTACs基本上是融合蛋白，结合了工程化的TCR靶向系统和单链抗体片段（scFv）效应器功能。在ImmTACs的构建中， TCR能够识别来自人类白细胞抗原（HLA）呈递的细胞内靶点的肽。

ImmTAC通过特异性靶向肿瘤细胞表面的HLA－肽复合物，并通过scFv抗体片段与CD3的相互作用促进T细胞介导的效应器功能。ImmTAC还以剂量依赖性方式激活CD8＋T细胞，并能有效地重定向和激活效应和记忆CD8＋和CD4＋细胞。ImmTAC通过分泌多种细胞因子表现出多功能反应，如TNF－α、IFN－γ、IL－6、MIP1α－β和IFN－γ诱导蛋白10。

此外，选择合适的靶抗原是ImmTACs的关键，质谱技术和MHC多聚体技术有助于识别合适的抗原。值得注意的是，TCR工程化T细胞也表现出非预期靶向毒性。总的来说，ImmTACs已被证明能增强TCR－T细胞的抗肿瘤反应，但其安全性有待进一步研究。

T细胞受体融合结构

T细胞受体融合结构（TRuCs），一种与T细胞受体亚单位融合的抗体结合域，设计用于有效识别肿瘤表面抗原。TRuCs由靶向肿瘤相关抗原的特异性抗体融合到5个TCR亚基（TCRα、TCRβ、CD3?、CD3γ和CD3δ）的胞外N－末端组成，为工程化T细胞提供了新的靶向特异性和HLA非依赖性靶细胞清除能力，可被相应的靶细胞激活。

与第二代CAR－T细胞相比，该方法显示出更好的抗肿瘤效果。此外，TRuCs支配TCR复合体的全部信号机制，而CARs仅利用分离的CD3ζ胞内段的有限信号。

T细胞抗原偶联剂（TAC）

T细胞抗原偶联剂是另一个工程化TCR细胞，以非MHC依赖性方式诱导更有效的抗肿瘤反应并降低毒性。TAC嵌合蛋白通过与CD3结构域的结合，从而形成TCR／CD3复合物并获得更多的T细胞应答。

TAC受体的活性与CD3结合域的选择密切相关。例如，与UCHT1相比，来自OKT3（muromonab－CD3）的单链抗体具有较低的细胞因子产生和细胞毒性，这可能导致实质上不同的功能结果。与第二代CARs相比，TAC基因工程化的T细胞不仅有利于过继后在实体瘤的更大浸润，而且减少了T细胞在表达抗原的健康组织中的扩增和肿瘤外毒性。

TCR－T的安全性

TCR－T细胞的ACT显示出很高的肿瘤杀伤，但在一些临床研究中也出现了一些严重的不良事件。优化工程化T细胞中的TCR亲和力至关重要，受体亲和力能够决定T细胞治疗的安全性和有效性。就疗效而言，亲和力TCR相互作用足以激活T细胞，但需要强亲和力来维持T细胞的扩增。

在I／II期ACT临床试验中，低亲和力工程化T细胞显示出更安全的特性，但它们的抗肿瘤反应较弱。通过识别T细胞的TCR－pMHC相互作用，可以将工程化T细胞分为高亲和力型和低亲和力型。此外，人们也开发了一些技术来提高TCR－T的安全性。

基于工程化T细胞的安全开关机制是一种有吸引力的策略。来源于单纯疱疹病毒Ⅰ型（HSV－TK）的胸苷激酶基因是最常见的自杀基因之一。