癌症免疫疗法 CAR-T 的基本原理是什么？

很好的问题，就着新出了一篇nature文章，返朴请来菜菜老师，来为我们讲一讲 CAR-T 疗法和癌症细胞逃脱CAR-T的“移祸江东”的诡计。

今年三月，斯隆-凯特林癌症研究所（Sloan Kettering Institute）的Michel Sadelain团队在Nature 杂志发表了一篇关于肿瘤耐药性的论文。他们通过研究小鼠模型，发现一种肿瘤能够采用类似“移祸江东”的方式，来逃脱CAR-T免疫疗法攻击，并解释了这一新的机制[1]。

在解释这条“诡计”之前，我们先介绍一下CAR-T免疫疗法。

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CAR-T，是Chimeric Antigen Receptor T-Cell Therapy（嵌合抗原受体T细胞疗法）的简称，是一种比较新式的肿瘤免疫疗法。它把病人自身免疫系统的T细胞提取出来，经过体外培养和改造，给这些T细胞装备上特殊分子，使它们能识别并攻击特定的癌细胞，再把改造过后的T细胞注射回病人身体，由这些T细胞针对癌细胞的免疫反应来消灭癌细胞。

CAR-T疗法的关键之一，就是要给T细胞装备能识别特定癌细胞的分子，就像装备特殊的探测器。被改造以后的T细胞就成为CAR-T细胞，它们在身体内四处游走，一旦探测器接收到来自别的细胞表面的特异信号，就会激活CAR-T细胞，发动攻击，把带信号的细胞当作敌人消灭掉。

假如T细胞是个习武之人，投入少林、武当门下（就好比装备好的CAR-T细胞），走在路上，看见另一个人举着“先诛少林、再灭武当、惟我明教、武林称王”的标语招摇过市，会要怎么做呢？

当然是揍他啊……

怎么揍呢？

在最近的一篇JEM论文里，我们可以看到用活体荧光成像在小鼠模型里拍摄到的CAR-T细胞暴揍/杀灭癌细胞的工作过程[2]:

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其中，白色荧光的是急性B淋巴细胞白血病（B-ALL）的癌细胞，绿色荧光的就是经过改造的CAR-T细胞，能特异地探测到B-ALL癌细胞并发动攻击，而发出的蓝色荧光呢，就是癌细胞被攻击后开始凋亡的标志。

从图右的放大部分，可以清楚地看到一个绿色的CAR-T细胞在白色的癌细胞上逗留/撕扯了一会，白色的癌细胞就迅速地显出了蓝色的死气来，而肿瘤杀手小尖兵CAR-T细胞，也不流连战场，迅速离开这个被歼灭的癌细胞，奔着下一个带信号的癌细胞去了。

这些被改造的肿瘤杀手小尖兵CAR-T细胞，其实无法分析对手究竟是不是癌细胞，只能分得清有没有信号：有信号就干掉它，没信号就放开它。

设想一下，如果正常细胞也携带着这个信号分子，T细胞就会不分青红皂白地发动攻击，直至全军覆没、不死不休，从而带来很大的毒副作用。

因此，这个信号分子的特异性就非常重要。

还是用《倚天屠龙记》里的明教和少林做个比方呢：我们知道明教的人喜欢穿白色的衣服、有个鲜明的火焰纹章，还满好认的，而少林以前看明教就是不爽啊，都要杀上光明顶去除魔卫道了。

——如果少林弟子只要看见穿白衣服的人，就冲上去除魔卫道，这个就很累了，而且误伤率也肯定是很高的。

——如果少林弟子只要看见火焰纹章，就冲上去除魔卫道，其实也不太对，因为万一对方并没有做过什么坏事，乱造杀孽也是不好的。

——但是，要是有个人当着他们的面举起“先诛少林……”的横幅招摇过市呢？

——明教的人，只要掩饰得好，不穿白袍子、不佩戴火焰纹章、更不要举着什么招摇过市的横幅，只要让人看不出身份来，哪怕心里想着“先诛少林”呢，也大可以潇洒转身、扬长而去啊。

——那，假如普通老百姓在家门口挂出个“先诛少林……”的大横幅，你猜，奔着光明顶去的少林弟子们经过这户人家门口，又会做些什么呢？

……

特异性，就是明教人士和其他所有人都不一样的点、专属明教的点。找到这样的点，才不会误伤老百姓。

但是，由于癌细胞都是从正常细胞癌变产生的，实际上是很难找到仅仅存在于癌细胞表面、却不存在于正常细胞表面的信号分子的。

目前，CAR-T疗法在临床上取得的成功，大都是在由B细胞发展成的肿瘤中，比如B细胞非霍奇金淋巴瘤（B-cell non-Hodgkin lymphoma，NHL）、弥漫性大B细胞淋巴瘤（Diffuse large B-cell lymphoma，DLBL）以及急性B淋巴细胞白血病（B-ALL）。这是因为被现有技术改造的T细胞，能特异识别B细胞表面抗原，从而把病人体内所有的B细胞——不管是癌还是正常细胞——一股脑儿全都消灭掉。毕竟，一个人即使没有了正常的B细胞还是可以活下去的，这么做问题不大。

但是，假如没有了正常的神经细胞、血管细胞、皮肤细胞，人就比较痛苦了。所以CAR-T疗法还未能针对其他细胞——这也是CAR-T目前在实体瘤里尚未取得突破的原因之一。

NEJM在2018年7月发表过CAR-T界两位大佬Carl June和Michel Sadelain的综述文章，介绍了CAR-T的发展、应用、毒性、挑战和前景[3]，大家可以点击文末“阅读原文”，查阅NEJM医学前沿翻译的中文版。

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<figcaption style="user-select: text !important; margin-top: calc(0.666667em); padding: 0px 1em; font-size: 0.9em; line-height: 1.5; text-align: center; color: rgb(153, 153, 153);">可免费阅读全文。https://nejmqianyan.cn/article/YXQYra1706169?sg=AbW1NGsHw3NxPd6F</figcaption>

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CAR-T疗法的诞生，很大程度上要归功于Michel Sadelain医生等人从上世纪九十年代早期就开始潜心研究怎样改造T细胞、让它们攻击癌细胞。

而CAR-T疗法后来能成功走向临床应用、并走入大众视野，则与费城儿童医院的Carl June医生用CAR-T试验疗法成功治疗了Emily Whitehead小姑娘的故事分不开的。

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一名叫Emily Whitehead的小姑娘在五岁时不幸患上急性B淋巴细胞白血病（B-ALL）。B-ALL是一种在儿童中最常见的白血病，治愈率高达85-90%，但是那另外10-15%的难治、易复发患者的病情就比较棘手，存活率很低。

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<figcaption style="user-select: text !important; margin-top: calc(0.666667em); padding: 0px 1em; font-size: 0.9em; line-height: 1.5; text-align: center; color: rgb(153, 153, 153);">（来源：http://emilywhiteheadfoundation.org/emily-whitehead-story/）</figcaption>

而Emily小姑娘患上的B-ALL，就是难治的这一种，在经过化疗、骨髓移植以后仍然复发，到了无药可救的阶段。当时费城医院刚启动CAR-T疗法的临床试验，Emily幸运地成为了第一个接受这种疗法的儿童。

Emily的T细胞被改造之后，回到她的体内，非常积极地清除癌细胞，在它们努力消灭白血病过程中释放出的大量细胞因子，一度到了令Emily的身体无法承受的程度。这是医疗团队事先完全无法预料的危险状况，险些令人措手不及。

而巧合的是，Carl June医生的女儿因为患有类风湿关节炎，正在接受抑制同一种细胞因子的治疗，这让Carl June能够迅速地做出判断，争分夺秒地找到有效药，控制住了Emily的细胞因子风暴，救了Emily的命，也救了CAR-T——Emily从细胞因子风暴中活了下来，CAR-T疗法旗开得胜，治好了她的白血病。

今年，Emily 14岁了。她无癌生活七年，有一个以自己名字命名的基金会，专门为肿瘤研究治疗募款（http://emilywhiteheadfoundation.org/）。

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随着Emily的例子被媒体广泛报道，CAR-T疗法也走到聚光灯下。几家公司为了抢头筹，战得如火如荼，吃瓜群众看得好不热闹！后来还是诺华的药物Kymriah抢先一步，于2017年8月成为首个获得FDA批准上市的CAR-T疗法。而Kite公司的药物Yescarta则紧随其后，于同年10月获批。

想想CAR-T疗法的复杂程度，就知道它一定很贵，据说诺华的Kymriah好像是要40w+美刀？要是不考虑价格的话，对那些无药可救的患者来说， CAR-T确实赋予了他们生存的机会。

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Nature Medicine杂志去年10月在一篇论文中附带总结了多个CAR-T临床试验的结果，在369个接受CAR-T治疗的病例中，仅有79例复发[4]，对于已经别无选择、绝境中的患者来说，这样的成功率，还是很高的，很不容易。

01

在那些经过CAR-T治疗后复发的病例中，很多都是因为癌细胞学会了自我调整，不再表达能被T细胞识别的特殊信号，从而逃脱了被消灭的命运，才导致了白血病的卷土重来——就好比是，放弃白袍子、火焰纹章和横幅等一切可识别信号的明教徒，变得和普通路人一样，也就躲过了少林团队以及六大门派的围攻。

02

上面提到的这篇论文[4]，讲述的是由来自CAR-T重镇费城的团队发现的、另一种与CAR-T制造技术有关的白血病耐药、复发的机制：一位B-ALL患者的T细胞通过抽血被提取出去、在体外培养和改造的同时，有一个白血病胚细胞也混在T细胞当中，接受了改造，最终导致其白血病复发。

“白血病胚细胞被改造”的结果，就是它表面的特殊信号被掩盖了，不再被T细胞识别，从而逃脱了攻击，再不断自我复制，从星星之火变成燎原——这就相当于是明教的人剃光头发、混进了少林当卧底、在光明顶覆灭之后再卷土重来吧。

费城的研究团队又仔细分析了其它患者样本，发现这个情况是无独有偶的，因此这算是一种新的抗药复发机制。这说明，现在已经很严格了的CAR-T制造技术，还是需要不断改进，才能在体外培养改造的T细胞中更严格地避免癌细胞的污染、以及随后可能会产生的抗药性。

03

而 “移祸江东”，就是现在发现的第三种癌细胞对CAR-T疗法抗药、复发的方式了。

研究人员发现，有一些经过CAR-T治疗后复发的患者，他们的癌细胞还保留着能被T细胞识别的特殊信号——虽然表达水平有所降低，毕竟这些信号还在，为什么T细胞不能识别信号、杀灭癌细胞呢？

通过在小鼠模型里的研究，他们发现，癌细胞是通过一种叫做“胞啃作用”（trogocytosis）的方法，把自己身上的特殊信号给转移到T细胞身上去了[1]——这样一来，不但降低了癌细胞自己的特殊信号、减少了被攻击的可能，还能引起T细胞之间的自相残杀和疲敝——T细胞减少攻击性，癌细胞也就躲过了一劫。

这个，差不多就是在六大派围攻光明顶之际，昆仑派的营地被挂上了“先诛少林……”的横幅，从而引发六大派内斗、光明顶得以喘息的意思吧。

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不是啊，其实不是的。

剑桥大学有位卷卷头发的Gerard Evan先生，最近在Nature上发表了一篇书评文章，评论Michael S. Kinch 的新书 The End of the Beginning: Cancer, Immunity, and the Future of a Cure 的时候，对科普写作中常见的把癌细胞拟人化的写法，提出了一定的批评，认为这种写法会误导读者对肿瘤细胞科学的理解。（https://www.nature.com/articles/d41586-019-01100-1）

他是这么说的：“癌症没有大脑、没有计划、没有自由意志；它们既没有美德也不存在恶意。对于癌细胞来说，不存在‘粗心’或者‘大胆’的做法，没有所谓的细胞决定不执行常规功能的‘选择’，也不存在主动利用T细胞当作盾牌的做法。癌细胞没有邪恶的主观意志，它们只是由于软件故障而自动运行的机器人。”

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Cancers have no brain, no plan, no free will; they bear neither virtue nor malice. Cancer cells do not exhibit "carelessness" and are not "audacious"; there are not "choices by a cell not to perform its regular housekeeping chores" or to use T cells as "human shields". Cancer cells are automatons that act because of corrupted software, not evil purpose. We must never forget that people with cancer are patients — not contestants locked in some epic struggle with their disease.

我觉得他说的是很有道理的。虽然我自己在跟别人解释一些现象的时候，也免不了会用到拟人的说法和比喻。

但是，癌细胞并没有心机、不会思考，它们也并没有主动地刻意设计出各种逃脱CAR-T疗法（或者其它疗法）的生存策略。

癌细胞的耐药和复发，与英国斑点蛾、耐药细菌一样，都是自然选择的结果：不同的癌细胞在不同的时间、地点做着不一样的动作，那些被抗癌疗法杀死了的，便是被杀死了，变成过眼云烟。但是在数不胜数的癌细胞中，倘若刚好其中有细胞能够偶然地逃脱疗法、偶然地存活下来、偶然地卷土重来……这些经过抗癌疗法的筛选后还活着、复发的癌细胞后代，就会造成新的、可能更大的麻烦，自然也就被发现了。

而我们这些搞基础科研的人，在面对这个自然界茫茫多的可能性时，在无垠的偶然里，可以说是从事着一份盲人摸象般的工作，只能尽力去更多地了解这些自然选择的真相和逻辑，以便更好地推测有可能会发生的状况，从而寻找和准备更多的对策。

希望有一天，我们知道的足够多，就可以兵来将挡、水来土掩，能给癌症患者提供更安全有效不复发的治疗方法。

有王告大臣：“汝牵一象来示众盲者。”……时彼众盲各以手触，大王即唤众盲各各问言：“象类何物？”触牙者即言“象形如萝菔根”；其触耳者言象“如箕”；其触头者言象“如石”；其触鼻者言象“如杵”；其触脚者言象“如臼”；其触脊者言象“如床”；其触腹者言象“如瓮”，其触尾者言象“如绳”。

——《瞎子触象》

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作者（自我）介绍

菜菜，科学女青年，哈佛医学院讲师。

参考文献

1. Hamieh, M. et al. CAR T cell trogocytosis and cooperative killing regulate tumour antigen escape. Nature 568, 112-116, doi:10.1038/s41586-019-1054-1 (2019).

2. Cazaux, M. et al. Single-cell imaging of CAR T cell activity in vivo reveals extensive functional and anatomical heterogeneity. J Exp Med, doi:10.1084/jem.20182375 (2019).

3. June, C. H. & Sadelain, M. Chimeric Antigen Receptor Therapy. The New England journal of medicine 379, 64-73, doi:10.1056/NEJMra1706169 (2018).

4. Ruella, M. et al. Induction of resistance to chimeric antigen receptor T cell therapy by transduction of a single leukemic B cell. Nat Med 24, 1499-1503, doi:10.1038/s41591-018-0201-9 (2018).

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