Progress of gene-mediated precision immunotherapy in the treatment of acute myeloid leukemia
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摘要:
急性髓系白血病(acute myeloid leukemia, AML)是一种骨髓内造血干细胞的克隆异常,进而导致大量异常分化的髓系细胞在骨髓内聚集而产生的疾病。传统的治疗手段难以治愈AML,嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor T-cell, CAR-T)免疫疗法的成功应用预示着血液肿瘤的治疗进入精准免疫疗法新阶段。然而CAR-T免疫疗法在临床应用中存在诸多问题,例如治疗周期长、价格高昂、产生脱靶效应、发生细胞因子释放综合征等,因此,需要扩展嵌合抗原受体的应用或提出改进措施来提升治疗效果。本文综述了CAR免疫细胞基因工程化改造新策略、原位编辑产生CAR-T的研究进展与应用,同时对体内递送基因药物的新方法进行了简要介绍,旨在为扩展和改进精准免疫疗法在AML中的应用提供新思路和理论依据。
Abstract:Acute myeloid leukemia (AML) is a disease caused by abnormal cloning of hematopoietic stem cells in the bone marrow, which leads to accumulation of a large number of abnormally differentiated myeloid cells. It is difficult to cure by traditional treatment. The successful application of chimeric antigen receptor T cell (CAR-T) immunotherapy indicates that the treatment of hematological tumors has entered a new stage of precision immunotherapy. However, CAR-T immunotherapy has been found to have many problems in clinical applications, including long treatment cycle, expensive prices, off-target effects, cytokine release syndrome, etc. Therefore, it is necessary to expand the application of CAR or adopt improved measures to enhance the therapeutic effect. This article reviews the new strategies for genetic engineering modification of CAR immune cells and the research progress and application of in situ programming to generate CAR-T, and besides, briefly introduces the new methods about the delivery of gene drugs in vivo, aiming to provide new ideas and theoretical basis for expanding and improving the application of precision immunotherapy in AML.
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急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)是一种血液系统癌症,其特征是健康的造血细胞减少,造血系统中的恶性增殖、异常分化的细胞浸润骨髓、血液或其他组织[1]。关于该疾病的遗传起源,在AML中经常发生一些常见的细胞遗传学异常[2],如染色体5q缺失[3]、FLT3基因突变[4]、t(8;21)染色体易位[5]以及NPM1突变[6]等。这些由于基因突变产生的异常蛋白,通常是转录因子或参与细胞内细胞生长和分化信号通路的关键蛋白质,增加了造血细胞恶性转化的可能性[7]。例如在正常情况下,NF-κB通路通常会处于静止状态,但在AML细胞中NF-κB通路被过度激活,促进细胞增殖并抑制细胞凋亡,从而加重疾病的进展[8−9]。
AML发病迅速,病死率高。据统计,仅2019年美国就有21450名新患者诊断出AML,并导致10920人死亡[10]。目前AML的治疗模式主要是用诱导缓解的化疗,如标准剂量阿糖胞苷(7 d)加蒽环类药物(3 d)治疗,然后对复发风险高的患者进行巩固化疗或同种异体干细胞移植[11]。在过去的近40年中,这种方法一直是治疗AML的主要手段,尽管这种方法有效,但耐受性较差,有合并症、体能状态差或高龄患者死亡风险高,并且易产生耐药性[11−12]。近年来,一些新疗法的出现为AML患者带来了新的希望,包括抗体偶联药物(antibody-drug conjugate, ADC)、免疫检查点抑制剂、AML疫苗和CAR-T免疫疗法等。ADC是指将特定靶点的单克隆抗体与小分子活性药物进行偶联,将药物精准递送至肿瘤细胞,相关产品Mylotarg®在2017年批准用于CD33+AML的治疗[13];然而,在ADC的应用中发现其具有十分复杂的药代动力学行为,难以使用PD或PK模型来描述临床特征,并且ADC会导致一些不可避免的不良反应,包括严重的血液毒性、抗体部分自带的免疫原性等[14]。免疫检查点抑制剂可解除肿瘤细胞对免疫细胞的抑制,恢复机体免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤作用;然而,免疫检查点抑制剂作为单药治疗复发/难治性AML患者的临床疗效较差,因此需要与甲基化酶抑制剂等化疗药物联合应用[15]。DC疫苗利用AML患者来源的树突状细胞(dendritic cell, DC)可表达肿瘤相关抗原,激活CD8+毒性T细胞和CD4+辅助性T细胞,进而有效杀伤AML细胞,其缺点是主要用于微小残留病变(minimal residual disease, MRD),防止AML的复发,其应用范围有限[16−17]。嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor,CAR)是经过基因工程改造的合成受体,其功能是重定向淋巴细胞(最常见的是T细胞),这相当于为T细胞装上“定位导航装置”,以识别和消除表达特定靶抗原的细胞[18],从而实现对肿瘤细胞的精准杀伤;作为精准免疫疗法的典型,相比于其他治疗策略,CAR-T作用更持久,并且能够独立使用治疗血液系统癌症;上述的治疗策略可相互补充,已形成对AML治疗的新格局。CAR-T免疫疗法的出现具有重大意义,因为它产生了令人满意的临床效果[19],靶向CD19的CAR-T免疫疗法首先获得批准上市,截至2023年11月,已有9种CAR-T先后获得美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)或国家药品监督管理局(National Medical Products Administration, NMPA)批准,主要用于血液系统癌症(表1),同时正在进行的CAR-T免疫疗法治疗AML的临床试验已有数十个。
产品名称 获批适应证 获批时间 靶点 生产机构 Kymriah® 难治/复发的B细胞前体急性淋巴细胞白血病 2017-08-30(FDA) CD19 Novartis Pharmaceuticals Corporation Yescarta® 难治/复发的大B细胞淋巴瘤 2017-10-18(FDA) CD19 Kite Pharma, Incorporated TecartusTM 难治/复发套细胞淋巴瘤 2020-07-24(FDA) CD19 Kite Pharma, Incorporated Breyanzi® 难治/复发大B细胞淋巴瘤 2021-02-05(FDA) CD19 Juno Therapeutics, Incorporated AbecmaTM 难治/复发多发性骨髓瘤 2021-03-26(FDA) BCMA Celgene Corporation 倍诺达® 难治/复发大B细胞淋巴瘤 2021-09-01(NMPA) CD19 苏州药明巨诺生物科技有限公司 CarvyktiTM 难治/复发多发性骨髓瘤 2022-02-28(FDA) BCMA Janssen Biotech, Incorporated 福可苏® 难治/复发多发性骨髓瘤 2023-06-30(NMPA) BCMA 南京驯鹿生物医药有限公司 源瑞达® 难治/复发B细胞急性淋巴细胞白血病 2023-11-08(NMPA) CD19 合源生物科技(天津)有限公司 *数据来源于美国食品药品监督管理局(FDA)或国家药品监督管理局(NMPA) 然而,CAR-T免疫疗法也存在局限性,包括抗原逃逸、脱靶毒性、细胞因子释放综合征(cytokine release syndrome, CRS)等[20],所以CAR-T免疫疗法在AML中的相关应用还有很大的改进空间。随着基因编辑与基因递送技术的日益成熟,使用相关技术对CAR-T免疫疗法进行改进,可以使其具有更好的疗效与更低的不良反应。与此同时,科学家们发现除T细胞之外,多种免疫细胞也可进行CAR改造。本综述将对各种免疫细胞进行CAR改造的研究概况进行总结与探讨,同时对其在AML治疗中的应用进行归纳与展望,以期为开发新一代CAR细胞疗法相关产品提供思路。
1. CAR细胞基因工程改造新策略
CAR-T免疫疗法的概念自1989年提出后,经过30多年的发展,如今至少已更新至第4代[21]。针对CAR-T免疫疗法在临床上的应用限制,研究者们也提出了一系列新型基因工程改造的方法对CAR-T免疫疗法进行完善,包括对多种免疫细胞进行CAR的改造、为CAR-T安装“开关”、引入逻辑门控技术精确操控CAR-T发挥作用的位置与时间。
1.1 CAR-NK细胞策略
NK细胞通过主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC)非依赖性机制识别靶细胞[22]。据相关研究报道称,自体或同种异体NK细胞无需初步抗原呈递以及操纵其他免疫元件识别和攻击癌细胞,它可直接通过旁分泌效应(如IFN-γ)、抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)和直接细胞溶解作用实现对抗恶性肿瘤和病原微生物的生物功能;与CAR-T治疗过程中出现的由于肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)和IL-6等炎症因子大量释放引起的神经毒性和CRS等不良反应相比,CAR-NK(chimeric antigen receptor NK-cell)在直接杀伤癌细胞的同时无明显的CRS或神经毒性风险[21,23−28],因此CAR-NK免疫疗法是能实现AML症状缓解、降低CRS发生率的新型精准免疫疗法。
Albinger等[29]使用负载CAR基因的慢病毒载体转染构建了一种靶向CD33的CAR-NK,实验结果表明,这种CAR-NK在根除模型小鼠骨髓和脾脏浸润的AML细胞的同时并未观察到明显的不良反应,为其下一步的临床试验奠定了基础。然而在进一步的研究中发现,NK细胞的寿命仅为两周左右,严重限制了CAR-NK细胞疗法的应用;针对此现象,Christodoulou等[30]通过将表达IL-15的基因序列与CAR基因序列整合并克隆到逆转录病毒载体中,设计并制造了一种CD123靶向的CAR-NK;体外细胞实验结果表明,IL-15的分泌将CAR-NK的有效持续时间延长了1倍,但这种CAR-NK在模型小鼠体内引起分泌型IL-15的组成型表达,从而产生了致命毒性。为了避免此现象的发生,要将IL-15的作用范围限制在CAR-NK所在的微环境中。Dong等[31]将表达膜结合型IL-15(mb15)的基因与CAR基因连接构建慢病毒载体转染NK细胞,设计了一种靶向NPM1c的CAR-NK;体内外实验结果表明,此种CAR-NK可有效杀伤AML细胞,并且mb15的加入将其作用时间由11 d延长至18 d;这些改进策略的提出及实验验证,为CAR-NK免疫疗法在AML治疗中的进一步转化奠定了基础。
Boyiadzis等[32]在复发/难治性AML患者中进行了CAR-NK免疫疗法的Ⅰ期临床试验,结果表明纳入统计的6例患者虽未能实现完全缓解,但均未发生三级或以上的不良反应,并且其中1例在治疗后体内的AML原始细胞比例由70%降至48%,初步证实了CAR-NK在体内的安全性和有效性。另外一项对CD33靶向的CAR-NK免疫疗法进行的Ⅰ期临床试验结果表明,接受治疗的10位患者中仅有1例出现了二级CRS,对症治疗后快速缓解;并且在6例患者中观测到了微小残留病灶完全缓解[33]。随着对其研究的深入,目前已有多个针对AML的CAR-NK免疫疗法进入临床试验阶段(表2)。
发起单位 产品名称 靶点 临床试验编号 适应证 中国人民解放军军事医学科学院 JD023 Injection CD123 NCT05574608 复发/难治性急性髓系白血病 重庆精准生物技术有限公司 CD123 targeted CAR-NK cells CD123 NCT06006403 复发/难治性急性髓系白血病 母细胞性浆细胞样树突细胞肿瘤 无锡市人民医院 Anti-CD33/CLL1 CAR-NK Cells CD33/CLL1 NCT05215015 急性髓系白血病 浙江大学 NKG2D CAR-NK NKG2D NCT05734898 急性髓系白血病 重庆市新桥医院 Anti-CD33 CAR NK cells CD33 NCT05008575 复发/难治性急性髓系白血病 Nkarta Inc. NKX101 NKG2D NCT04623944 复发/难治性急性髓系白血病 难治性骨髓增生异常综合征 中国医学科学院血液病医院 CD33/CLL1 dual CAR-NK cell CD33/CLL1 NCT05987696 复发/难治性急性髓系白血病 浙江大学 QN-023a CD33 NCT05665075 复发/难治性急性髓系白血病 中国医学科学院血液病医院 QN-023a CD33 NCT05601466 复发/难治性急性髓性白血病 Anderson Cancer Center CAR.70/IL15-transduced CB-NK cells CD70 NCT05092451 B细胞淋巴瘤 骨髓增生异常综合征 急性髓系白血病 *数据来源于ClinicalTrials.gov 1.2 CAR-NKT细胞策略
有一类细胞表面既有T细胞受体,又有NK细胞受体的特殊T细胞亚群,称为NKT细胞[34],NKT细胞可同时作为先天和记忆样淋巴细胞做出反应,从而桥接先天性和适应性免疫反应[35]。与T细胞相比,NKT细胞表现出MHC非依赖性细胞毒性,可通过穿孔素和颗粒酶的分泌杀伤肿瘤细胞。此外,NKT细胞通过以CD40-CD40L依赖的方式诱导DC成熟,并通过产生大量可作用于其他免疫细胞的细胞因子,间接导致肿瘤细胞死亡,如NKT细胞分泌的IFN-γ可作用于CD8+T细胞,促进其杀伤作用[36]。目前已有使用NKT细胞用于CAR基因改造的报道,并且CAR-NKT(chimeric antigen receptor NKT-cell)免疫疗法具有治疗B细胞淋巴瘤的潜力[37],另一项临床试验正在评估一种CAR-NKT细胞KUR-502在B细胞白血病患者中的安全性与有效性(NCT05487651),这表明该亚群的发现也为CAR改造免疫细胞治疗AML提供了一种可行的思路。
1.3 “ON-OFF”CAR-T策略
“ON-OFF”是一种可以精确控制T细胞表面CAR作用的方法,通过将编码控制元件的基因序列与CAR基因序列相连接后再导入至目标T细胞中,从而产生具有相应控制元件的CAR-T细胞;可随时开关CAR-T细胞,使其能够更好地发挥精准治疗作用。2019年Juillerat等[38]提出了一种控制CAR-T开关的策略,是通过将蛋白酶靶位点、蛋白酶和降解决定子组成的降解复合物融合到CAR的一端,在没有蛋白酶抑制剂的情况下,降解复合物被裂解,从而允许靶向CAR在T细胞表面暴露,发挥相应效能;当需要CAR-T暂停发挥作用时,使用NS3/4A蛋白酶抑制剂asunaprevir抑制降解复合物中的蛋白酶,导致降解复合物无法裂解释放CAR,在停用酶抑制剂后,降解复合物中的蛋白酶重新发挥活性,从而实现CAR-T的精准控制,并在细胞实验中验证了此方法的可行性。
相比于上述小分子化合物的控制,Zhang等[39]则设计了一种光感应开关来控制CAR-T的活性,首先构建可特异性识别异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate, FITC)的CAR-T,再制备由邻硝基苄基(一种光敏感型连接键)连接的叶酸和FITC的偶联物,两端分别用于结合CAR-T和靶细胞。在接受光照时,偶联物断裂,CAR-T失活,可通过添加偶联物使CAR-T恢复抗肿瘤活性。此前已有报道称致命性的CRS和脱靶毒性等不良反应是导致CAR-T细胞疗法尚未批准用于AML的主要原因之一[40];上述“ON-OFF”策略可减少AML治疗时致命性不良反应的发生,为保障CAR-T精准杀伤AML细胞提供了一种可行的思路。
1.4 Logic-gated CAR-T策略
Logic-gated CAR是一种运用数学运算逻辑“IF/THEN”“AND”“OR”和“NOT”控制CAR-T激活秩序的一种系统。其中“AND”逻辑CAR-T表达两种不同的合成受体,每种受体都以相互独立的方式识别肿瘤相关抗原,只有CAR-T同时结合两种特定的肿瘤相关抗原,才能完全激活,这能有效避免肿瘤外毒性的发生[41]。He等[42]构建了一种肿瘤选择性抗体和抗原检索系统,以快速分离多种纳米抗体(nanobodies, Nbs),再使用编码Nbs的相关基因序列与CAR基因序列连接构建Nb-CAR-T,这些纳米抗体的表达能优先结合表达特定抗原的细胞;运用此方法制备的Nb-CAR-T可特异性表达CD13抗体,并能通过CAR识别TIM3+AML细胞;因此,这种对CD13和TIM3具有双特异性的CAR-T可消除患者来源的TIM3+CD13+的AML细胞,但对TIM3-CD13+的正常造血干细胞无明显毒性。
“IF/THEN”逻辑门控提供了另一种策略,使用此策略生产的CAR-T只有在特定微环境条件下才能发挥作用,可将其杀伤作用限制在某一部位。Kosti等[43]构建了一种双重氧传感方法,除了将HIF1α的氧敏感结构域(oxygen-dependent degradation domain, ODD)融合到CAR结构中之外,还通过基因编辑技术在CAR基因启动子之前加入了9个缺氧响应元件;实验结果表明,这种缺氧传感系统可以将CAR的活性表达严格限制在缺氧环境中,其性能优于单独的ODD响应型CAR-T[44],且未发现有常氧条件下残留的活性CAR-T。AML患者中的白血病干细胞常藏匿于极度缺氧的骨髓微环境中[45],因此缺氧响应型CAR-T在清除骨髓中残余的AML细胞的应用中具有重要意义。
“NOT”逻辑门控包含诱导细胞毒性反应的刺激性CAR和触发有效抑制信号的抑制性CAR(inhibitory CAR, iCAR),其中刺激性CAR主要识别并结合肿瘤细胞中特异表达的标志物,iCAR识别正常组织中表达的标志物,当iCAR被结合后,CAR-T失去细胞毒性,有效阻碍CAR-T杀伤人体正常细胞。Richards等[46]构建了一种CD93-CAR/CD19-iCAR-T,该细胞通过识别CD93发挥细胞杀伤作用,识别CD19停止杀伤作用,在体内可有效清除CD93+AML细胞,对同时表达CD19与CD93的内皮细胞无明显毒性。通过这种策略,给CAR-T装上了一个可靠的“保险装置”,在扩展治疗AML的靶点选择范围的同时,能够使CAR-T更好地发挥对AML细胞的精准杀伤。
2. 原位基因编辑CAR-T细胞
CAR-T免疫疗法在治疗血液系统癌症方面具有重大意义;然而,CAR-T尚未在AML患者中广泛应用,其原因主要包括常发生免疫效应细胞相关神经毒性综合征(immune effector cell-associated neurotoxicity syndrome, ICANS)、CRS、脱靶毒性和T细胞耗竭等不良反应[47]。除此之外,生产临床使用的CAR-T所需的复杂程序、昂贵费用以及较长的生产周期严重限制了CAR-T免疫疗法的大规模应用[48−49]。采用原位基因编辑的方式制备CAR-T可有效降低AML治疗过程中的不良反应;相对于从人体内提取T细胞并在严苛的GMP条件下进行扩增,再重新输注至患者体内的常规生产流程,使用易于标准化制备的递送载体对T细胞进行原位编程(图1),可实现重复给药,使其在体内长期发挥作用。这种方式简化了CAR-T细胞制备、存储和用药的过程,有望大幅度降低成本[50],对于发病迅速且容易复发的AML患者具有重要意义。
目前使用纳米递送载体进行体内运送基因编辑系统产生CAR-T的相关研究已被广泛报道[51−52]。Pfeiffer等[53]设计了一种T细胞靶向的慢病毒载体(LV),此载体通过携带CAR基因转染CD8+T细胞,从而产生CAR-T细胞;实验结果表明,在移植人造血干细胞的NSG小鼠体内单次注射此载体可以产生CD19反应性的CD8+CAR-T,占CD8+T细胞总数的15%。相对于病毒类载体,脂质纳米粒(lipid nanoparticle, LNP)具有更高的安全性,且能设计更全面的功能;因此,Smith等[50]设计并制造了一种聚合物纳米粒,他们将T细胞靶向的抗CD3ef(ab')2片段偶联到可生物降解的聚(β-氨基酯)纳米颗粒的表面,可使纳米颗粒通过T淋巴细胞受体介导的内吞作用进入细胞内部。同时使用含有微管相关序列和核定位信号的肽对聚合物进行了功能化,以确保纳米粒携带的质粒DNA中的CAR基因能够快速进入细胞核中。实验结果表明,此纳米粒在体内可产生CD19靶向的CAR-T,并使小鼠的中位存活期由13 d延长至58 d;除此之外,此纳米粒在白血病小鼠体内的功效与输注体外制备的CAR-T相比无明显差异。已有报道称,某些AML患者体内高表达CD19[54];因此,上述策略对于CD19+AML患者的治疗具有重要意义。Zhou等[55]制备了CD3抗体修饰的LNP,该LNP包裹了含有人源IL-6的shRNA和CAR基因的质粒。静脉注射后,LNP在体内能够成功转染T细胞,并且在体内产生不表达IL-6的CAR-T;动物实验结果表明,向人源化NSG小鼠体内注射LNP的第21天,CD3+T细胞当中有74.6%表达CAR;药效实验结果显示,此方式对动物模型产生的治疗效果与输注CAR-T无明显差异,可介导对白血病细胞的有效杀伤;与此同时,由于IL-6 shRNA的加入减少了IL-6的释放,这可降低CAR-T治疗AML患者时产生重度CRS的可能性。
与质粒DNA相比,mRNA无需进入细胞核即可发挥作用;mRNA不会整合到基因组中,也就减少了插入突变的风险[56−57];此外,体外转录产生mRNA比制造DNA更加容易,便于控制与定制化生产[58−59]。Parayath等[60]使用可生物降解的PBAE聚合物纳米粒作为主体,再将CD8抗体与聚谷氨酸(PGA)连接形成偶联物,此偶联物可通过静电吸附络合在纳米颗粒表面,从而使纳米颗粒具有CD8+细胞靶向性;实验结果表明,该纳米颗粒负载编码CAR的mRNA可在体内编程循环T细胞,该纳米颗粒注射后可将白血病小鼠的平均生存期延长了37 d,这与过继转移的CAR-T疗效相当,并且该方法还能应用于其他肿瘤的治疗。以上实例表明构建基因递送载体,注射后可在体内形成CAR-T,为简化CAR-T制备的繁琐过程、降低相关医疗成本以及改善患者的顺应性提供了一种新的解决思路。
3. 体内基因药物递送协同策略
使用CRISPR系统、转录激活因子样效应核酸酶(transcription activator-like effector nucleases, TALENs)或锌指核酸酶(zinc finger nuclease, ZFN)等基因编辑技术精确操纵和编辑人类核酸序列使基因治疗AML成为可能。使用基因编辑工具敲除特定的基因位点以及向体内递送特定的siRNA、miRNA、mRNA等基因药物对异常基因进行转录后调控是治疗AML的常用手段。除此之外,基因介导的免疫疗法还可以和小分子药物、细胞因子等联合应用,协同发挥精准治疗作用。需要注意的是,基因编辑系统或者基因药物到达指定位点发挥相应功能,必须借助一定的载体,才能实现高效、安全和精准的递送[52,61]。
3.1 CRISPR-Cas9基因编辑递送
CRISPR-Cas9是一种Ⅱ型CRISPR系统,由单链向导RNA和Cas9核酸酶组成,可以通过编码向导RNA在特定DNA位置诱导双链断裂,由于其具有特异性强、灵敏度高、效率高等诸多优点,被广泛应用于各种肿瘤的治疗中[62]。Ren等[63]利用海藻酸盐和鱼精蛋白为主体,制备了一种多功能基因编辑系统递送载体,可向MUC1和CXCR4过表达的AML细胞中递送CRISPR-Cas9质粒,进而实现对CXCR4基因的敲除,阻断CXCR4以及其配体CXCL12参与的多种信号通路,从而达到治疗AML的目的。有报道称由于白血病干细胞(leukemia stem cells, LSC)藏匿于骨髓微环境中无法根除,导致治疗后的高复发率,已成为目前治疗AML最大挑战之一[64]。而CXCL12/CXCR4等趋化因子及其配体的高表达,会促进白血病细胞向骨髓迁移并藏匿于骨髓微环境中,从而使白血病细胞对化疗耐药[64−65],因此靶向CXCL12/CXCR4轴的治疗策略具有重大意义。Ho等[66]构建了一种模拟骨髓微环境的间充质干细胞膜包被的纳米纤维(mesenchymal stem cell membrane-coated nanofibril, MSCM-NF),再将趋化因子CXCL12α以及负载基因编辑系统Cas9/sgRNA RNP的脂质纳米粒加载到MSCM-NF当中,形成功能化支架;实验表明,由于CXCL12α的释放诱导LSC向支架迁移,LNP-Cas9 RNP能够对其进行有效的基因编辑;通过CXCL12α与基因编辑系统的协同作用,可特异性敲除白细胞介素-1受体辅助蛋白基因,降低LSC集落形成能力,减少AML的复发。
除此之外,基因编辑技术还能直接敲除细胞中的异常基因,促进AML细胞的凋亡,终止LSC的异常分化。Montaño等[67]将CRISPR/Cas9基因编辑系统敲除ETV6/RUNX1融合基因并与长春新碱联合使用,可抑制白血病细胞增殖并诱导其凋亡。Vuelta等[68]同样使用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除白血病细胞中的Bcr/Abl癌基因,可阻断LSC的致癌作用,与酪氨酸激酶抑制剂联用,有望在治疗AML的同时,清除动物骨髓中藏匿的LSC;并且将体外敲除Bcr/Abl癌基因的LSC移植到造血障碍模型小鼠体内,可观察到LSC恢复了多向分化潜能,驱动造血功能恢复。这些实验结果均有效证实了通过CRISPR-Cas9基因编辑系统可以精准敲除AML细胞的异常基因,并能与细胞因子以及化疗药呈现出协同治疗效果,可有效减缓AML疾病的进展。
3.2 小核酸药物精准递送
除了使用基因编辑技术直接敲除某些基因之外,还可以使用载体运送基因药物,通过转录后调控治疗AML。Yong等[69]以精氨酸与CD64单链抗体形成的融合蛋白为载体,开发了一种靶向CD64+AML细胞的纳米递送系统;该系统搭载可特异性沉默血红素加氧酶-1(heme oxygenase 1, HO-1)的siRNA,HO-1基因是一种细胞保护基因,促使AML细胞对化疗药物耐药;体内外实验结果表明,siHO-1与化疗药物柔红霉素呈现出协同治疗作用,HO-1基因的沉默将柔红霉素对AML细胞的杀伤作用提升了一倍,并有效延长了接受治疗的模型小鼠的生存期。AML的一个重要标志是染色体重排,这能介导致病性融合基因的产生,如RUNX1/ETO、MLL-AF9融合基因等,通过表达相应的异常蛋白,驱动白血病的发生[70−71]。Issa等[72]使用已上市的Dlin-MC3-DMA可电离脂质及其他辅助脂材制备了一种负载RUNX1/ETO融合基因siRNA的LNP;AML模型小鼠体内药效实验表明,该LNP可显著降低RUNX1/ETO融合基因的表达,使模型小鼠的中位存活期从44 d增加到80 d。Mohammed等[73]使用类似的策略制备了一种负载可沉默SHARP1的siRNA的脂质体;作为MLL-AF6融合基因下游的关键介质,SHARP1基因的沉默可促使MLL-AF6型AML细胞凋亡30%以上。
值得注意的是,CD123是IL-3R的α链,在AML中经常高水平表达,并且主要是在白血病干细胞或祖细胞上,而在正常的造血细胞中很少表达[74],因此CD123或IL-3R常作为AML治疗的靶点。为了进一步增强纳米载体的靶向性,Guo等[75]制备了一种靶向AML细胞上CD123的siRNA递送载体,该载体是将硫醇化的CD123单克隆抗体的抗原结合片段(fragment antigen-binding, Fab)与DSPE-PEG反应制备DSPE-PEG-Fab,再将其插入到环糊精与溴结构域蛋白4(BRD4)-siRNA复合形成的纳米颗粒表面;DSPE-PEG-Fab的插入使纳米颗粒具有良好的AML细胞靶向性以及较低的生理毒性;并在患者来源的AML细胞实验中发现,负载BRD4-siRNA的纳米颗粒可杀伤约70%的肿瘤细胞,在与阿糖胞苷联合给药时,对肿瘤细胞的杀伤提高至90%以上,表明此纳米颗粒与阿糖胞苷联合应用在治疗AML时具有一定的协同作用。
4. 总结及展望
CAR-T免疫疗法作为精准免疫疗法的重要组成部分,在治疗血液肿瘤的应用中取得了前所未有的成功,是一种具有革命性意义的细胞药物,并在全球上市了数款产品。然而,CAR-T细胞疗法存在一些目前未能解决的问题,如脱靶毒性、重度CRS的产生以及复杂的生产工艺等,限制了CAR-T的应用范围,也未能有针对AML的CAR-T产品上市。针对这些问题,研究者们使用一系列基因介导的方式对其进行改进,旨在扩展CAR-T免疫疗法的应用范围,包括使用CAR改造多种免疫细胞制备CAR-NK、CAR-NKT,利用与T细胞不同的特性来弥补CAR-T在AML治疗中的不足;使用“ON-OFF”策略精准控制CAR-T的作用时间;采用逻辑门控策略,精准控制CAR-T发挥作用的位点以及减少CAR-T免疫疗法的脱靶毒性;选用纳米载体进行体内编辑产生CAR-T来降低其全身毒性并简化治疗过程、降低应用成本等。此外,通过基因编辑系统与小核酸药物的精准递送,可敲除或沉默AML细胞中的致病与耐药基因,有效控制AML进展,并且在与其他药物联合使用时,表现出良好的协同作用。本文对目前治疗AML的CAR-T免疫疗法的各种改进策略和前沿方向进行了回顾与展望,并对基因药物协同递送策略治疗AML进行了总结,以期推进CAR改造相关细胞的进一步研究与转化,从而促进精准免疫疗法在AML患者中的应用。
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表 1 目前已经上市的CAR-T免疫疗法*
产品名称 获批适应证 获批时间 靶点 生产机构 Kymriah® 难治/复发的B细胞前体急性淋巴细胞白血病 2017-08-30(FDA) CD19 Novartis Pharmaceuticals Corporation Yescarta® 难治/复发的大B细胞淋巴瘤 2017-10-18(FDA) CD19 Kite Pharma, Incorporated TecartusTM 难治/复发套细胞淋巴瘤 2020-07-24(FDA) CD19 Kite Pharma, Incorporated Breyanzi® 难治/复发大B细胞淋巴瘤 2021-02-05(FDA) CD19 Juno Therapeutics, Incorporated AbecmaTM 难治/复发多发性骨髓瘤 2021-03-26(FDA) BCMA Celgene Corporation 倍诺达® 难治/复发大B细胞淋巴瘤 2021-09-01(NMPA) CD19 苏州药明巨诺生物科技有限公司 CarvyktiTM 难治/复发多发性骨髓瘤 2022-02-28(FDA) BCMA Janssen Biotech, Incorporated 福可苏® 难治/复发多发性骨髓瘤 2023-06-30(NMPA) BCMA 南京驯鹿生物医药有限公司 源瑞达® 难治/复发B细胞急性淋巴细胞白血病 2023-11-08(NMPA) CD19 合源生物科技(天津)有限公司 *数据来源于美国食品药品监督管理局(FDA)或国家药品监督管理局(NMPA) 表 2 正在进行招募的CAR-NK细胞疗法临床试验*
发起单位 产品名称 靶点 临床试验编号 适应证 中国人民解放军军事医学科学院 JD023 Injection CD123 NCT05574608 复发/难治性急性髓系白血病 重庆精准生物技术有限公司 CD123 targeted CAR-NK cells CD123 NCT06006403 复发/难治性急性髓系白血病 母细胞性浆细胞样树突细胞肿瘤 无锡市人民医院 Anti-CD33/CLL1 CAR-NK Cells CD33/CLL1 NCT05215015 急性髓系白血病 浙江大学 NKG2D CAR-NK NKG2D NCT05734898 急性髓系白血病 重庆市新桥医院 Anti-CD33 CAR NK cells CD33 NCT05008575 复发/难治性急性髓系白血病 Nkarta Inc. NKX101 NKG2D NCT04623944 复发/难治性急性髓系白血病 难治性骨髓增生异常综合征 中国医学科学院血液病医院 CD33/CLL1 dual CAR-NK cell CD33/CLL1 NCT05987696 复发/难治性急性髓系白血病 浙江大学 QN-023a CD33 NCT05665075 复发/难治性急性髓系白血病 中国医学科学院血液病医院 QN-023a CD33 NCT05601466 复发/难治性急性髓性白血病 Anderson Cancer Center CAR.70/IL15-transduced CB-NK cells CD70 NCT05092451 B细胞淋巴瘤 骨髓增生异常综合征 急性髓系白血病 *数据来源于ClinicalTrials.gov -
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