CAR-T在治疗血癌方面的突破有目共睹，自2017年以来，已有5款CAR-T疗法获FDA批准上市，累计适应证包括急性淋巴细胞白血病、多种类型淋巴瘤和多发性骨髓瘤。然而，在治疗实体瘤方面，CAR-T仍有很多障碍尚未克服，包括如何确保CAR-T特异性杀伤肿瘤细胞而不影响健康细胞，以及如何使CAR-T细胞能够完全清除抗原异质性实体瘤。封面论文 | CAR-T升级。最新发表的两篇论文证实，只在肿瘤部位开启CAR表达的SynNotch-CAR T细胞具有肿瘤特异性，且可使CAR-T细胞保持在一个较不耗竭的状态。SynNotch-CAR T细胞治疗降低了胶质母细胞瘤、间皮瘤和卵巢癌小鼠模型的肿瘤负担。因此，synNotch-CAR T细胞是克服实体瘤治疗相关挑战的一个有吸引力的选择。（来源：Science Translational Medicine）4月28日，在发表于Science Translational Medicine杂志上的两篇论文中，来自加州大学旧金山分校(UCSF)的科学家们报道称，他们开发出了能够有效对抗实体瘤的新型CAR-T细胞——SynNotch-CAR T，为治疗长期以来CAR-T无法触及的各种癌症打开了大门。这两项成果也登上了当期杂志的封面。来源：Science Translational Medicine在题为“SynNotch-CAR T cells overcome challenges of specificity, heterogeneity, and persistence in treating glioblastoma”的第一篇论文中，Wendell Lim教授领导的研究小组在胶质母细胞瘤中测试了SynNotch-CAR T细胞。胶质母细胞瘤是最具侵袭性的脑癌，由于肿瘤的复杂性，目前医生还没能成功地用免疫疗法来治疗这类癌症。不过，该研究小组证实，SynNotch-CAR T利用一种两步走的过程来寻找癌细胞，能够完全清除小鼠大脑中人类患者来源的肿瘤，且没有显示危险的副作用和高复发风险。事实上，先前，科学家们在开发胶质母细胞瘤CAR-T疗法方面已经做了大量努力，但缺乏理想的靶抗原（既要具有肿瘤特异性，也有具有肿瘤均质性）一直是无法摆脱的困境。一些靶抗原（如EGFRvIII）虽然只在胶质母细胞瘤细胞上表达，但是并不是所有的胶质母细胞瘤细胞都表达这一靶点，因此，一些癌细胞能够逃避相应CAR-T细胞的攻击，最终导致癌症复发。另外有一些靶抗原（如EphA2、IL13Rα2），虽然在绝大多数胶质母细胞瘤细胞中表达，但也存在于健康组织中，如肝脏、肾脏、食道和生殖器官，因此，靶向这些靶点的CAR-T会损害健康组织，使患者处于危险之中。为了解决这一困境，Lim教授实验室设计了一种名为synNotch（synthetic notch）的系统， 也被称为“prime-and-kill”回路。在该回路中，synNotch受体（一种工程化受体，当识别其同源抗原时，可激活转录输出）会启动靶向杀伤性抗原的CAR的表达。利用synNotch系统，科学家可以对CAR-T细胞进行编程，以确保CAR-T只有在遇到它们被编程为目标的分子时才会启动攻击。也就是说，SynNotch-CAR T细胞既需要识别启动抗原（synNotch抗原）也需要识别杀伤性抗原（CAR抗原）。这种“prime-and-kill”回路也可以被认为是“if - then”回路，因为只有先被synNotch配体启动，它们才能执行CAR诱导的杀伤。在T细胞中设计prime-and-kill回路的基本原理：工程T细胞首先由“识别肿瘤特异性但异质性的EGFRvII抗原的synNotch受体”启动，然后通过识别均质性但不完全是肿瘤特异性的抗原EphA2 或IL13Rα2来诱导CAR的表达，进而启动杀伤程序。为了降低肿瘤逃避SynNotch-CAR T杀伤的可能性，科学家们设计了串联CAR，同时靶向两个杀伤性抗原（CAR抗原）：EphA2 和IL13Rα2。这个设计思路是，结合启动抗原（synNotch抗原）的特异性，以及杀伤性抗原（CAR抗原）的均质性，原则上能够产生特异性且完全的肿瘤杀伤效果（来源：Science Translational Medicine）具体来说，为了杀死胶质母细胞瘤，研究小组调查了这类多抗原靶向策略（multi-antigen targeting strategie）。其中一种SynNotch-CAR T以肿瘤特异性胶质母细胞瘤新抗原EGFRvIII为启动抗原（synNotch抗原），以EphA2 和IL13Rα2为杀伤性抗原（CAR抗原）。也就是说，由SynNotch受体识别EGFRvIII抗原启动识别EphA2 和IL13Rα2的串联CAR的局部表达。如前文所说，虽然EphA2 和IL13Rα2在绝大多数胶质母细胞瘤细胞中表达，表现出肿瘤均质性，但它们也存在于健康组织中，因此它们并不是传统单靶向CAR-T的理想靶点。但是，如果通过“启动抗原”使靶向EphA2 和IL13Rα2的双特异性CAR只在胶质母细胞瘤中表达，那么可能既可避免对健康组织的危害，也可实现对胶质母细胞瘤更全面而彻底的杀伤，同时还可以防止因单个抗原丢失而导致的复发。
SynNotch-CAR T细胞在清除异质性GBM6 PDX肿瘤方面比传统CAR-T显示出更高的疗疗效和持久性（来源：Science Translational Medicine）
最新的研究结果表明，这种策略是有效的。在移植了人类患者来源的胶质母细胞瘤的小鼠中，单次静脉输注EGFRvIII SynNotch-CAR T清除了正常T细胞和传统CAR-T细胞不能清除的肿瘤，表现出了更高的抗肿瘤疗效和T细胞持久性，且没有显示危险副作用的迹象（without off-tumor killing）。成像研究显示，SynNotch-CART细胞的启动和杀伤精确地局限于肿瘤区域（来源：Science Translational Medicine）研究团队称，这些结果表明，他们提高了对抗胶质母细胞瘤的CAR-T细胞的特异性和持久性，为治疗其它实体瘤提供了通用的策略。来源：Science Translational Medicine在题为“SynNotch CAR circuits enhance solidtumor recognition and promote persistent antitumor activity in mouse models”的第二篇论文中，UCSF的Kole Roybal博士和BinLiu教授带领的团队揭示了SynNotch-CAR T的组件是如何实现“切换”，以靶向身体其余部位其它难以治疗的癌症的。ALPPL2是一种高度特异性和广泛适用的肿瘤抗原，可用于synNotch-CAR T的开发（来源：Science Translational Medicine）具体来说，在这项研究中，科学家们试图通过寻找可用于SynNotch系统的其它靶点来证明SynNotch-CAR T的有效性。他们发现一种叫做ALPPL2的分子在多种癌症中都很常见，包括由石棉驱动的间皮瘤，以及卵巢、胰腺和睾丸恶性肿瘤。重要的是，该分子在健康组织中很罕见。研究证实，被设计用于检测ALPPL2的SynNotch-CAR T能够准确地识别并杀死间皮瘤和卵巢癌细胞。ALPPL2 SynNotch-CAR T细胞能够有效靶向间皮素（mesothelin）和HER2阳性肿瘤，且在肿瘤rechallenge实验中表现了持久的活性（来源：Science Translational Medicine）这两项研究的一个惊人发现是，synNotch-CAR T在整个抗癌过程中保持了稳定的活性水平，消除了阻碍传统CAR-T治疗的T细胞衰竭的挑战。研究人员认为，出现耗竭是因为传统CAR-T被设计成持续表达一个“杀死开关”，这意味着它们一直处于开启状态，最终耗尽它们的资源。而SynNotch-CAR T可以在不直接接触癌症时，通过切换到“待机模式”来保存能量。synNotch调控的CAR表达可以避免“tonic signaling”（这类信号传导会导致T细胞耗竭增加）和耗竭，使较高比例的T细胞维持在naïve/ stem cell memory状态。SynNotch-CAR T细胞在体内显示出增强的naïve/干细胞记忆表型，减少的耗竭，改善的持久性（来源：Science Translational Medicine）总结来说，这两项研究均证明，synNotch-CAR T细胞在控制肿瘤方面要比传统CAR-T更好，且不会导致毒性或损伤健康组织。这些结果表明，synNotch- CAR T可能是治疗实体瘤的有效策略。据UCSF官方新闻稿透露，这种新型synNotch-CAR T可能在不久的将来即可进行临床试验。[1] Joseph H. Choe et al. SynNotch-CAR Tcells overcome challenges of specificity, heterogeneity, and persistence intreating glioblastoma. Science Translational Medicine (2021).[2] Axel Hyrenius-Wittsten et al. SynNotch CAR circuits enhance solid tumor recognition and promote persistent antitumor activity in mouse models. Science Translational Medicine (2021).[3] Smart Cell Therapies for Solid Cancers Ready to Move Towards Clinical Trials(来源：UCSF).
