细胞进化史 一文读懂细胞治疗进化史

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2、来源：上海细胞治疗工程技术研究中心张如奎

3、导语：时至今天，医学在解决外科手术、病菌感染方面取得了令人瞩目的成就。但是对于细胞损伤性疾病，比如糖尿病、肝硬化、慢性炎症甚至是湿疹等皮肤病，并没有十分有效的治疗方法，这是因为我们身体疾病的恢复依赖于细胞、组织的自我修复，治疗仅仅是提供一个适宜修复的外界环境。因此，可以毫不夸张的说：在科学、医学高度发展的今天，获得健康和治疗疾病的最佳方法是，利用自身活细胞消灭、重建和更新疾病及老化的细胞组织。

4、我们的身体这种“破旧立新”的能力依赖于两种细胞：免疫细胞和干细胞。在体内，免疫细胞负责特异性/非特异性杀伤外来病菌及其衰老病变细胞，干细胞则是进行分化产生和更新细胞，修复受损伤的组织和器官，二者兢兢业业的坚守职责才使得我们的身体维持在一个健康的状态。但是当年纪变大后，这两种细胞的活性则会逐渐下降，身体中病变的细胞、老化的细胞就会相应增多。

5、鉴于此，人类寄希望于细胞治疗，利用患者自体(或异体)的免疫细胞或干细胞对细胞、组织、器官进行修复的科学实践和临床应用不曾停止。到目前，细胞治疗已被广泛用于抗衰老、骨髓移植、晚期肝硬化、器官衰竭、恶性肿瘤等疾病领域。限于篇幅，本文仅讨论以免疫细胞为基础的细胞治疗，特别是在肿瘤治疗领域的应用。

6、1930年，瑞士的代保罗·尼汉斯（DaulNiehans）成为羊胚胎素活细胞治疗皮肤年轻化的著名医师，被誉为“细胞治疗之父”。1950年，医学家将骨髓细胞移植到遭受致死剂量辐射的动物，发现能够挽救生命，重建骨髓造血免疫系统。1967年，多纳尔·托马斯完成第一例骨髓移植，后于1990年获得诺贝尔医学和生理学奖。1985年，美国国家肿瘤中心率先将细胞免疫治疗正式列入肿瘤综合治疗的第四大模式。2011年，加拿大科学家拉尔夫·斯坦曼利用自己发现的DC细胞治疗自己的胰腺癌疾病。这些卓越的成就为驱使人体自身细胞和免疫进程来治疗自体免疫紊乱、肿瘤提供了最好的验证。

7、此后，细胞治疗如雨后春笋般兴起，以其良好的疗效，副作用小，更个体化、个性化等独特的优势，在一些难治性肿瘤疾病的治疗中率先得到尝试应用。肿瘤细胞免疫治疗2013年被Science杂志评为年度10大科技突破之首。现在，细胞治疗在临床治疗中担当着越来越重要的角色。用于治疗性的细胞包括：NK、γδT、LAK/TIL、DC-CIK、TCRT/CART等，其疗效、特异性、整体有效率、副作用反应等方面的情况逐步改善。

8、NK细胞和γδT细胞

9、NK细胞即自然杀伤细胞，无MHC限制，不依赖抗体，NK细胞是人体先天免疫的核心组成部分，是肿瘤细胞免疫的基础。它通常处于休眠状态，一旦被激活，它们会渗透到大多数组织中攻击肿瘤细胞和病毒感染细胞。γδT细胞是介于特异性免疫与非特异性免疫之间的一类免疫细胞，主要分布于皮肤和黏膜组织，由于γδT细胞具有独特的抗原识别特性和组织分布，使其成为最合适的早期抗肿瘤效应细胞之一，与其他天然免疫细胞构成机体防御细胞癌变的第一道屏障，在抗肿瘤免疫监视和免疫效应中发挥着重要的作用。

10、LAK细胞和TIL细胞

11、1982年，美国癌症研究所的Rosenberg发现IL-2刺激的血细胞中产生一类细胞，可以对NK细胞耐受的实体瘤产生杀伤作用，而被命名为淋巴激活杀伤细胞(lymphokineactivatedkillers,LAK)。1984年11月Rosenberg研究组在美国食品和药品检验局（UsFoodandDrugAdministration,FDA）批准下，首次应用IL-2与LAK协同治疗肾细胞癌、黑素瘤、肺癌、结肠癌等肿瘤患者。1986年Rosenberg研究组首先报道了用机械处理和酶消化方法，从肿瘤组织中分离出肿瘤浸润的淋巴细胞（tumorinfiltratinglymphocyte,TIL），加入IL-2体外培养，这样的淋巴细胞其生长、扩增能力强于LAK细胞，对LAK治疗无效的晚期肿瘤具有一定治疗效果。1989年后，有研究发现CD3抗体对LAK和TIL细胞具有增强的活性，事实也表明CD3AK（Anti-CD3Antibodyinducedactivatedkillercells）细胞有比LAK细胞和TIL细胞更强的扩增及抗肿瘤能力。

12、CIK细胞免疫治疗

13、继淋巴因子激活杀伤细胞(LAK)、浸润肿瘤淋巴细胞(TIL)、及CD3单抗激活的杀伤细胞(CD3AK)后，细胞因子诱导的杀伤细胞(cytokineinducedkiller,CIK)的杀瘤作用日益受到重视。CIK细胞最早是1991年由美国斯坦福大学SchmidtWolf等首次报道。他们发现在多种细胞因子(γ-干扰素、CD3单抗、IL-1和IL-2)作用下，外周血淋巴细胞可以被定向诱导并大量增值成为肿瘤杀伤细胞。CD3+、CD56+、细胞毒性T淋巴细胞是CIK群体中主要效应细胞，与其他过继性免疫治疗细胞相比，具有增殖速度更快、杀瘤活性更高、杀瘤谱更广等优点，是肿瘤过继兔疫治疗中更为有效的抗肿瘤效应细胞。

14、DC-CIK细胞免疫治疗

15、DC-CIK是指与DC细胞共培养的CIK细胞。树突状细胞（dendriticcell,DC）是专职抗原提呈细胞，成熟的DC可以通过MHC-Ⅱ等途径提呈肿瘤抗原，有效抵制肿瘤细胞的免疫逃逸机制。CIK细胞可通过非特异性免疫杀伤作用清除肿瘤患者体内微小残余病灶，所以负载肿瘤抗原的DC与CIK的有机结合（即TargetDC-CIK细胞）能产生特异性和非特异性的双重抗肿瘤效应。在CIK细胞免疫治疗的基础上，进一步提高了治疗的特异性和有效性。

16、ACTL细胞免疫治疗

17、为了使DC细胞更好的提呈肿瘤特异性抗原，将抗原基因包装成病毒。大家知道每个细胞毒性T淋巴细胞（CytotoxicTLymphocytes，CTL）都表达克隆型独特的TCR以识别特定的靶抗原，CTL识别的是递呈在肿瘤细胞表面的并与MHC-I类分子结合的抗原肽片段。ACTLTM靶向性抗肿瘤细胞免疫技术，就是将无致病性的腺相关病毒通过基因重组技术改建为携带特定肿瘤相关抗原决定簇基因的重组腺相关病毒（RecombinantAdeno-associatedvirus，rAAV）,感染患者的外周血单核细胞，再经细胞因子诱导，单核细胞转化为具有强大抗原提呈功能的树突状细胞（Dendriticcells,DC）。获得的DC可刺激产生有效杀伤肿瘤细胞的细胞毒性T淋巴细胞（CytotoxicTlymphocytes,CTL）。这种经rAAV感染的DC刺激产生的CTL仅针对某种或数种肿瘤相关抗原阳性的肿瘤细胞具有杀伤作用，对抗原阴性的细胞无作用。

18、在肿瘤患者体内，免疫耐受普遍存在，为了重新激活免疫系统，使得制备细胞毒性T淋巴细胞更具靶向性。基因工程改造T细胞受体应运而生，促使诞生更为强大的细胞治疗方法(TCR-T和CAR-T）。TCR-T是对T细胞受体进行基因改造，使得对靶标抗原的结合力更强。2014年6月Kite公司宣布和美国国家癌症研究中心NCI达成协议，合作开发以NY-ESO-1为抗原靶点的TCR-T细胞类抗癌药物。

19、CART细胞是指表达抗原特异性抗体的T细胞，它既有抗体对抗原的高度亲和性，又有T细胞高度杀伤能力。CART是将识别肿瘤相关抗原(TAA)的单链抗体(scFv)和T细胞的活化序列在体外进行基因重组，形成重组质粒，通过体外转染技术，纯化和大规模扩增经过基因改造和修饰后的T细胞。CART在体外及体内都对特定肿瘤抗原具有高度亲和性，同时CART在体内能够迅速扩增，及对抗原负荷肿瘤细胞具有高效选择性杀伤作用。临床试验表明，CART对白血病有高达90%的有效性，所以成为治疗白血病的最新技术。

20、CART给癌症治疗带来了一种变革，其全球领军企业诺华和Juno展开了激烈的竞争。2011年，宾夕法尼亚大学CarlJune的CART技术治疗了6岁的艾米莉和64岁的奥尔森，不久这项技术被诺华购买。然而诺华的合作伙伴Carl并不是唯一想到利用CART来对付癌症的人，另一批人将他们的努力集中到西雅图的Juno公司，Juno也导演了橄榄球运动员莱特三世的奇迹故事。2015年1月，在CART领域处于领先地位的诺华投资了掌握CRISPR/cas9技术的领跑者IntelliaTherapeutics，两者合作开发细胞治疗新药。2015年5月，不愿屈居第二的Juno与EditasMedicine达成协议，利用后者的CRISPR技术（张锋的公司），共同开发癌症免疫疗法。

21、此外，美国医药巨头辉瑞公司也宣布与法国生物科技公司Cellectis签署了一项联合研发CART免疫治疗的协议（其实早在2014年6月）。Cellectis公司的CART平台技术是基于肿瘤相关抗原作为靶标的一种专有的同种异源（allogeneic）方法。虽然Cellectis公司的免疫治疗研发落后于诺华、Juno、Kite，但是其率先实现CART疗法的工业化生产具有商业运作优势。值得庆幸的是，Cellectis工业化生产的通用性CART细胞被英国GOST医院成功救治一名淋巴癌晚期的婴儿。

22、2016年一开年，另一巨头Baxalta公司就花32亿美元的重金进入肿瘤免疫治疗领域，却不想没过几天，罕见病治疗公司Shire以320亿美元的高价完成了对Baxalta的收购。这促进了Baxalta强势闯入癌症免疫治疗。不仅如此，其他的竞争对手包括MD安德森癌症中心独立进行的CART项目以及生物科技巨头Celgene与小企业Bluebird合作进行的细胞治疗项目。

23、Neo-antigen精准免疫细胞治疗

24、细胞治疗技术的革新并没有终止，随着高通量基因测序技术和生物信息学技术的发展，细胞治疗将迈向更加精准的方向。肿瘤的发生往往有数千个突变类型，每个病人的突变类型不一样，所以传统的治疗模式出现了许多困惑，而这恰恰是精准免疫细胞治疗的突破口。基因检测获得每个肿瘤细胞独特的变异信息，通过数据库和算法预测免疫原性，这样一个个具有免疫原性的特异突变（也可称为癌细胞特异性新抗原neo-antigen）就成了每个肿瘤细胞的阿喀琉斯之踵。一直引领免疫细胞治疗的Rosenberg团队采用外显子测序技术获得突变图谱，并预测T细胞表位肽的MHC结合力，在实验室进行合成。最后刺激并富集针对新抗原的精准T细胞，回输肿瘤患者进行精准免疫治。

25、无独有偶，德国Delamarre研究团队联合应用外显子测序技术以及MHC分子-抗原表位亲和力模拟预测算法，制造能被T细胞识别从而高效激活免疫反应的多肽疫苗，这个疫苗兼具肿瘤预防性和治疗性功效。另德国Sahin研究团队将肿瘤细胞内的多个抗原表位肽串联起来，针对每个患者定制实时化的肿瘤疫苗，彻底攻破肿瘤异质性的难题。可以看出，不管是精准T细胞，还是精准肿瘤疫苗，这都是基于患者基因突变信息的精确到个人的特异性治疗，针对肿瘤细胞才有而健康细胞不可能有的免疫原性突变，可谓真正个人定制的“灵丹妙药”。

26、不管是自然的NK细胞，还是改造过的T细胞，乃至根据基因测序的精准免疫细胞，都是尽力使我们体内免疫细胞的靶向性更特异、杀伤活性更强大和持久性更长期，以致打破宿主免疫耐受状态，克服肿瘤细胞免疫逃逸，最终彻底杀灭肿瘤细胞，帮助人类最终战胜癌症。不过需要客观的说，纵然细胞治疗技术不断发展，但是肿瘤在强大的选择压力之下并不会坐以待毙。靶向特异性和非特异性需要联合使用，细胞治疗更需要和手术、化疗紧密合作，借助于高通量基因测序、大数据分析技术，在与肿瘤的对抗中，才能更多一份胜算。

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