引言
嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法成为免疫肿瘤学的革命性飞跃，它能够通过不依赖MHC的机制靶向消除肿瘤细胞。通过离体工程化患者来源的T细胞以表达识别肿瘤相关抗原的合成受体，CAR T细胞已经取得了前所未有的临床结果，特别是在血液系统恶性肿瘤中。到目前为止，七种不同的CAR-T细胞疗法已获得美国食品和药物管理局（FDA）的批准，为复发或难治性B细胞急性淋巴细胞白血病，B细胞非霍奇金淋巴瘤，滤泡性淋巴瘤，套细胞淋巴瘤和多发性骨髓瘤提供了有效的治疗选择。
尽管取得了这些成功，但将CAR-T细胞疗法转化为实体瘤仍然是一项艰巨的挑战。 实体瘤的免疫抑制性肿瘤微环境（TME）对CAR-T细胞浸润，持久性和细胞毒性功能构成了相当大的障碍，需要进一步创新。 CAR-T细胞设计的演变是一个反复改进的过程，从基本的构建过渡到高度工程化的细胞系统。第一代CAR由与跨膜结构域连接以进行表面表达的抗原结合结构域组成，与细胞内CD3ζ信号分子偶联，由于活化和持久性不足而表现出有限的功效。第二代CAR的出现，其包含通常来源于CD28，CD134或CD137（也称为4-1BB）的共刺激结构域，标志着治疗效力的关键改善。具有两个共刺激结构域的第三代暗示了进一步的治疗潜力。
在这些基础设计的基础上，第四波创新的重点是用免疫调节有效载荷武装CAR-T细胞，以积极重塑TME。这些“装甲”CAR-T细胞共表达CAR和细胞因子，细胞因子受体，转录因子，抗体或酶，从而增强效应子功能和对免疫抑制信号的抗性。其中，细胞因子装甲型CAR-T由于其重塑肿瘤内免疫景观的能力而引起了人们的特别兴趣，目前正在自身免疫和神经炎症模型中进行探索。
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一、CAR-T细胞的细胞因子增强策略
细胞因子信号在免疫细胞功能中占据核心地位，通过共享和异二聚体受体的复杂网络介导多种效应。免疫刺激细胞因子如IL-2、IL-7、IL-12、IL-15、IL-18、IL-21和IL-23可以促进T细胞扩增、效应功能、TME重塑和免疫记忆形成，使其成为CAR T细胞工程的有吸引力的载荷。相反，免疫抑制细胞因子如TGFβ、IL-4和IL-10通常通过破坏其信号传导的策略来对抗。有趣的是，装备IL-10的CAR T细胞在小鼠模型中显示出对实体瘤的改善功能，突显了IL-10生物学的情境特异性。细胞因子谱在不同肿瘤类型间的异质性需要将细胞因子增强与特定的免疫环境进行合理配对。
IL-12：早期探索与毒性挑战
IL-12是首批用于武装CAR T细胞的细胞因子之一。它是一种异二聚体促炎细胞因子，由p35和p40亚基组成。早期的临床前研究表明，在CAR T细胞中组成型共表达IL-12在小鼠淋巴瘤模型中导致了强效的肿瘤清除。在卵巢癌小鼠模型中，靶向Muc16的CAR T细胞通过自分泌IL-12信号传导，增加了FasL的表达，使其能够通过Fas-FasL信号耗竭免疫抑制性的F4/80⁺CD11b⁺肿瘤相关巨噬细胞。
这些有希望的数据促使了一项针对复发性卵巢癌的Muc16靶向、IL-12装甲型CAR T细胞的I期试验的启动。2020年的中期更新报告称，在15名接受CAR T细胞治疗的患者中未观察到剂量限制性毒性，但在所有剂量水平都发生了细胞因子释放综合征。值得注意的是，在输注前接受淋巴细胞清除的三名患者中，有两名经历了剂量限制性毒性，突显了预处理带来的附加毒性风险。虽然组成型IL-12表达提供了强效的免疫刺激能力，但正在转向瞬时、诱导、肿瘤限制或可调的系统，以保留疗效并减轻全身毒性。
IL-18：应对肿瘤异质性
IL-18是一种促炎细胞因子，作为CAR T细胞装甲的强效候选因子，因其能够激活先天和适应性免疫细胞，提供了治疗异质性肿瘤的潜力。在免疫缺陷和免疫健全小鼠模型中，IL-18装甲型CAR T细胞改善了生存期并促进了TME重塑，表现为免疫抑制性M2样巨噬细胞的减少和APC上CD86表达的增强。重要的是，IL-18分泌支持旁观者T细胞以抗原非依赖性方式增殖。
在小鼠模型中，用IL-18装甲的CD19靶向CAR T细胞治疗实现了持久的肿瘤控制，而未装甲的CAR T细胞未能根除抗原阴性克隆。近期发现表明，IL-18装甲可能使CAR T细胞克服抗原密度阈值，消除低BCMA表达的肿瘤细胞。GD2靶向的IL-18分泌型TRUCKs已成功制造，并正在进行早期临床转化。在一项针对难治性或复发性非霍奇金淋巴瘤患者的试验中，IL-18装甲型CD19靶向CAR T细胞治疗在输注后3个月达到了52%的完全缓解率和29%的部分缓解率。
IL-2和IL-33：支持T细胞增殖与重塑微环境
IL-2是主要由激活T细胞分泌的单体促炎细胞因子，对于维持效应T细胞增殖和生存至关重要。IL-33是一种警报素，激活先天和适应性淋巴细胞，促进免疫招募和TME调节。共同表达IL-2和IL-33的原理在于其互补能力，可扩增细胞毒性淋巴细胞数量并重塑TME。在黑色素瘤免疫健全小鼠模型中，工程化分泌这两种细胞因子的CAR T细胞导致了显著的TME重构，包括TIL浸润增强、Treg与CD8⁺ T细胞比率降低、T细胞耗竭标志物表达减少以及免疫抑制性肿瘤相关巨噬细胞频率降低。
IL-23：维持持续抗肿瘤免疫
IL-23是一种异二聚体促炎细胞因子，虽然其失调与自身免疫病理有关，但其促进组织驻留和干细胞样记忆CD4⁺ T细胞生成的能力是持续抗肿瘤活性的关键特征。最近的研究表明，工程化表达p40亚基的CAR T细胞在神经母细胞瘤或胰腺导管腺癌模型中显示出优越的肿瘤控制和生存延长。这种战略工程的概念是通过精确选择和表达细胞因子亚基，而不是整个异二聚体，来放大功能性细胞因子的可用性。
IL-7和CCL19：促进T细胞浸润
IL-7是一种单体细胞因子，主要由胸腺、骨髓和次级淋巴器官内的上皮细胞和基质细胞分泌。IL-7通过异二聚体IL-7受体起作用，激活JAK-STAT信号级联反应。下游STAT5激活促进记忆T细胞的存活和稳态增殖，有助于维持较不分化的T细胞表型。将IL-7与稳态趋化因子CCL19结合的原理基于次级淋巴器官的架构。淋巴结内的T细胞区由共分泌IL-7和CCL19的成纤维网状细胞维持，从而支持T细胞存活、空间组织和运输。
在临床前模型中，工程化共表达IL-7和CCL19的CAR T细胞在肥大细胞瘤小鼠模型中诱导了完全的肿瘤消退，并促进了T细胞和树突状细胞的强劲浸润。在一项I期临床试验中，39名复发或难治性弥漫性大B细胞淋巴瘤成人患者接受了工程化表达IL-7和CCL19的CD19靶向CAR T细胞治疗，输注后3个月的完全缓解率和部分缓解率分别为56.4%和23.1%。
IL-15：增强T细胞持久性和记忆
IL-15因其引发APC、刺激CD4⁺ T细胞分泌IFNγ以及促进激活的CD8⁺ T细胞分化为记忆T细胞的潜能而受到关注。临床前研究表明，IL-15装甲可以增强CAR T细胞的持久性并富集中枢记忆T细胞群。然而，IL-15过表达始终与毒性相关。在NSG小鼠白血病模型中，IL-15装甲的CAR T细胞引起了肝毒性。在急性髓系白血病小鼠模型中，IL-15装甲触发了致命的TNF介导的炎症。尽管如此，几项I期临床试验已在患有癌症的成人和儿童患者中进行。在一项针对实体瘤患者的IL-15装甲GPC3靶向CAR T细胞研究中，一半患者经历了超过20%的肿瘤体积缩小，而未装甲组中无一例发生，但也观察到了更高的CRS发生率。
IL-10：多效性作用
IL-10传统上被视为一种关键的抗炎细胞因子，但越来越多的证据表明它具有情境依赖性的多效性，不仅作为免疫抑制剂，还能在特定条件下增强T细胞代谢适应性、生存、效应功能和记忆形成。一项研究表明，CAR T细胞组成型分泌IL-10在免疫健全小鼠的结肠癌、黑色素瘤和转移性乳腺癌模型中改善了肿瘤控制。在一项I期临床试验中，接受IL-10装甲CD19靶向CAR T细胞治疗的复发性或难治性DLBCL和B-ALL患者，在输注后3个月报告了100%的完全缓解率。
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二、条件性基因表达系统的进展
为了将细胞因子表达限制在TME内，已经开发了几种条件性基因表达策略。第一种是通过依赖情境的启动子进行转录调控：细胞因子表达由在T细胞激活背景下促进基因表达的启动子（如NFAT、NR4A2、PDCD1）诱导，确保细胞因子分泌仅限于激活的CAR T细胞。例如，在CAR T细胞中，NFAT驱动的IL-12表达盒在胃癌小鼠模型中显示出与原始高亲和力CAR T细胞相当的疗效，但避免了健康组织受损。
第二种策略基于合成逻辑门控回路，工程化的CAR T细胞整合多个环境输入（如抗原存在或解剖位置）来激活细胞因子表达。这包括合成Notch受体和合成膜内蛋白水解受体。在这些系统中，细胞因子分泌仅在synNotch介导的肿瘤抗原识别后发生，从而将细胞因子分泌限制在肿瘤部位。
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结语
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