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CAR-T细胞疗法的细胞因子释放综合征和相关的神经毒性

时间:2021-09-16     访问量:2593    来源:生物制品圈

过继转移的肿瘤抗原特异性 T 细胞经过基因工程改造以表达嵌合抗原受体 (CAR)[1],已在某些类型的癌症患者中取得了持久的临床反应,尤其是表达 CD19 的难治性和复发性 B 细胞恶性肿瘤[2-6]。CAR是合成抗原识别受体,包括抗体衍生的单链可变片段 (scFv)、铰链和跨膜域以及细胞内信号域。细胞内信号域,通常是 CD3ζ信号域加上共刺激信号域,例如来自CD28 [7]和4-1BB(也称为TNFRSF9)的信号域以及工程化 T 细胞影响的细胞表型一旦被表达抗原的靶细胞激活[8],CAR T细胞的特异性细胞因子分泌特征和体内增殖能力。

尽管它们在临床上取得了成功,但使用 CAR T 细胞会导致显着的毒性,这些毒性与诱导强大的免疫效应反应直接相关。CAR T 细胞产生的两种主要毒性并未在早期小鼠模型中发现,但最终在临床试验中观察到细胞因子释放综合征 (CRS) 和免疫效应细胞相关神经毒性综合征 (ICANS;通常称为神经毒性)。CRS 通常以发烧和全身症状开始,例如寒战、不适和厌食[9]。发烧可以是高度的并持续数天。在严重的情况下,CRS表现为全身炎症反应的其他特征,包括低血压、缺氧和/或器官功能障碍。器官功能障碍可能继发于低血压或缺氧,但也可能由细胞因子释放的直接影响引起。在CRS患者中观察到所有主要器官系统的功能障碍,包括心脏、肺、肝、肾和胃肠系统。然而,如果CRS的症状和体征被及时识别和处理,这种器官功能障碍在大多数患者中是可以预防或逆转的[9-15]。

ICANS 通常表现为中毒性脑病,并以找词困难、意识模糊、语言障碍、失语症、精细运动技能受损和嗜睡开始[14,16,17]。在更严重的情况下,已经注意到癫痫发作、运动无力、脑水肿和昏迷。大多数出现 ICANS 临床特征的患者都曾有过 CRS。因此,CRS 可以被视为 ICANS 的“启动事件”或辅助因素。ICANS 通常在 CRS 的症状消退后发生(图 1),但偶尔会出现 CRS 和 ICANS 的并发表现[1,18]。相似的对于CRS,ICANS在大多数没有永久性神经功能缺损的患者中是可逆的[10,11,14-17]。

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图1 |示意图显示了 CRS 和 ICAnS 的发生和持续时间的相对时间尺度。

CRS的病理生理学

CRS的病理生理学可分为五个主要阶段。

第一阶段涉及在将CAR T细胞输注到患者体内以及 CAR 介导的抗原表达靶细胞识别后,将其运输到肿瘤部位。

在第二阶段,CAR T细胞在肿瘤部位增殖,激活的CAR T细胞和肿瘤微环境的细胞成分在原位产生细胞因子,激活“旁观者”内源性免疫细胞,直接和间接杀死肿瘤细胞,和CRS的发作。

在第三阶段,外周血中细胞因子水平增加和CAR T细胞群扩增,这与全身炎症反应有关。这会导致多个组织和器官的内皮损伤和血管渗漏,及其相关影响,包括缺氧、低血压和/或器官损伤。

细胞因子的扩散和 CAR T 细胞、内源性 T 细胞和外周激活的单核细胞在第四阶段进入脑脊液 (CSF) 和中枢神经系统 (CNS),包括血脑屏障 (BBB) 的破坏,与ICANS的开始。

在第五阶段,肿瘤根除后 T 细胞的活化诱导细胞死亡导致血清细胞因子水平降低和全身炎症反应降低、CRS和/或ICANS症状结束,并可能导致长期记忆的持续存在CAR T细胞。CRS和ICANS的发生和持续时间的相对时间如图1所示[1]。

临床前未预料到 CRS

CD19 CAR T细胞的研究仅在 CAR T 细胞的I期临床试验开始后才被发现[4,7]。尽管由此导致的患者发热和低血压与血清细胞因子水平升高直接相关,但这种偶发性结果(在高肿瘤负荷患者中更为常见[4,7,21])的潜在机制最初尚不清楚。现在了解到,几乎所有接受CD19 CAR T细胞治疗的患者都会出现一定程度的CRS。

在注册试验中,多达三分之一的B细胞急性淋巴细胞白血病患者发展为严重的CRS和多达二分之一的患者发展为ICANS[22],尽管CRS和ICANS的真实发生率可能低于此。对不同阻断抗体的实证测试很快确定IL-6是CRS[4,7]的关键介质,而托珠单抗(一种阻断 IL-6 受体 (IL-6R) 信号传导的单克隆抗体)成为CRS管理的主要成分[3,23]。由于活化的T细胞可以产生IL-6,因此最初假设 CAR T细胞本身是其主要来源,尽管一些观察表明可能还有其他贡献者[3,24]。然而,下文讨论的后续研究已将巨噬细胞和单核细胞谱系细胞鉴定为 IL-6 的来源。

值得注意的是,尽管在包括 CD28 或 4-1BB信号域在内的CAR T细胞的活化动力学和细胞因子产生能力之间的一些研究中似乎存在显着差异[4,7,10,21,25,26],但与任一类型的 CAR 相关的 CRS高度相似[12,27,28]。尽管由基于CD28的 CAR T 细胞诱导的 CRS往往比基于4-1BB的CAR T细胞引发的CRS发展得更早,但在患者血清中观察到的细胞因子谱在细胞因子和趋化因子的峰值水平方面几乎没有差异,这是一致的具有共同的病理生理机制。IL-6、IL-8、IL-1 受体拮抗剂 (IL-1Ra)、CC-趋化因子配体 2 (CCL2) 和 CCL3(主要不是T细胞衍生产物)的水平通常会升高[7,17,25,29],这表明可能存在CRS 的共同机制,该机制超出了 CAR T 细胞本身并涉及宿主细胞。

CRS 病理生理学的示意图如图2所示[2]。

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图2 | CRS病理生理机制的工作模型。

细胞相互作用和分子介质。两种小鼠模型最终表明CRS是由涉及 CAR T 细胞和宿主细胞的多细胞网络引起的,其中巨噬细胞和单核细胞谱系细胞参与其中。一项研究表明,在 CD19+ 淋巴瘤异种移植模型中,肿瘤部位的几种内源性细胞群,包括树突细胞、单核细胞和巨噬细胞,产生IL-6,巨噬细胞的数量远远超过其他细胞类型[29]。在这种异种环境中,小鼠IL-6的水平大大超过了CAR T细胞产生的人IL-6的水平。IL-6的产生不在远端无肿瘤部位诱导,这支持 CRS 起源于局部但产生全身病理的观点。

另一项研究在使用患者来源的白血病细胞系的人源化NSG小鼠中显示[33,34],在治疗性 CAR T细胞给药之前用氯膦酸盐或 CAR T细胞介导的靶向耗尽吞噬细胞会消除IL-6的产生和明显的CRS。CRS期间分离的白细胞的单细胞RNA测序数据证实单核细胞谱系细胞是IL-6的起源。在这两种模型中,根据临床经验,IL-6 的阻断在很大程度上减轻了CRS相关的毒性[29,33]。这两项研究进一步表明,IL-1是一种单核细胞和巨噬细胞衍生的细胞因子,也是CRS相关毒性的有效驱动因素。

CRS期间巨噬细胞募集或激活的潜在触发因素正在出现。CAR T 细胞本身必须被激活以诱导骨髓细胞产生细胞因子[29],这与临床观察结果一致,即对CAR T细胞疗法无反应的患者中 CRS 轻微或不存在[4,10,11,28,35]。尚不确定是否需要CAR T细胞和宿主骨髓细胞之间的接触依赖性相互作用。CD40-CD40L 相互作用虽然不是引发CRS所必需的,但会加剧巨噬细胞活化,从而增加 IL-6 的产生并加重 CRS[29]。还有待确定哪些其他依赖于接触的机制(如果有)可能对 CRS 的发展或放大至关重要。T 细胞表面分子,如整合素LFA1和共刺激分子 CD28,与骨髓细胞强烈表达的同源受体(分别为ICAM1和CD80或CD86)相互作用[36,37]。CD28-CD80/CD86 轴在CRS的背景下可能特别令人感兴趣,因为它报告了双向信号传导和诱导骨髓细胞产生IL-6的潜在作用[37]。封锁这些相互作用可能会降低 CRS 的严重程度[38,39]。

细胞因子介质:IL-6 和 IL-1。IL-6是一种多效性细胞因子,具有促炎和抗炎作用。IL-6主要由巨噬细胞和髓系的其他细胞可以以自分泌方式发挥作用,与其他炎症信号结合促进巨噬细胞成熟和活化。IL-6R主要由免疫细胞(包括小胶质细胞)和肝细胞表达[40,41]。IL-6 可以通过顺式信号和反式信号发出信号并促进炎症。当可溶性IL-6–IL-6R与普遍表达的膜结合gp1[30]形成复合物时,反式信号传导在免疫系统之外具有广泛的影响。例如,除了控制急性期反应外,IL-6还参与调节体温过高、葡萄糖代谢、神经内分泌系统和食欲[41,42]。然而,IL-6 在 CRS 中的确切作用仍然难以捉摸。在许多患者中,IL-6 阻断可导致大多数症状的逆转和全面的细胞因子下调[4,7,10,11]。在临床前模型中,还发现 IL-6 介导 CRS的死亡率[29,33],并通过诱导一氧化氮合酶(iNOS)和产生一氧化氮 (NO) 促进巨噬细胞活化[29]。

IL-1 也是一种具有多种功能的多效细胞因子。它主要由单核细胞和巨噬细胞产生。IL-1 受体 (IL-1R1) 普遍表达并负责转导促炎信号。IL-1 可以诱导组织产生下游促炎细胞因子,如 IL-6,以及一系列组织免疫细胞成熟和募集的趋化因子。此外,IL-1 可激活促炎脂质介质(如前列腺素E 2,可促进水肿44)的产生,诱导急性期蛋白并向下丘脑发出信号以诱导发热,以及垂体和肾上腺腺体,对循环系统有直接和间接影响 43,45,46。

在两项独立研究中,发现 IL-1 是 CRS 的关键介质(图 2)。在人源化异种移植模型中,用 IL-1R 拮抗剂阿那白滞素阻断 IL-1 诱导的信号传导可保护小鼠免于体重减轻和发烧,并防止 CRS 相关的死亡33。在SCiD-米色异种移植模型中,阿那白滞素保护小鼠免于CRS相关死亡率并降低iNOS的巨噬细胞表达。被设计为过表达 IL-1Ra 的CAR T细胞同样提供了保护,免受CRS29的致命性影响。重要的是,在两种小鼠模型中,当预防性启动IL-1抑制时,CAR T 细胞的抗肿瘤功效保持不变,同时抑制CRS。抗IL-1 疗法的治疗时机可能对其有效性至关重要。有趣的是,在人源化NSG小鼠模型中,与IL-1R 阻断相比,IL-6 阻断并没有改善巨噬细胞对大脑的浸润。

基于这些动物研究,已经启动了几项临床试验来评估阿那白滞素在 CRS 和神经毒性预防的背景下的给药(ClinicalTrials.gov NCT04148430、NCT04205838、NCT03430011、NCT04432506 和 NCT04359784)。鉴于 IL-1β 阻断药物(如单克隆抗体 canakinumab)的临床可用性,未来的临床前研究应该更多地阐明IL-1α与 IL-1β在CRS级联反应中的具体作用,因为这些细胞因子在pro -炎症功能,但也因表达和疾病背景的差异而不同45。 

损伤相关的分子模式和其他可溶性介质。CAR T 细胞倾向于通过细胞焦亡而不是细胞凋亡的炎症过程诱导细胞死亡,导致释放与损伤相关的分子模式,如ATP和HMGB1(参考文献 47)。肿瘤细胞释放损伤相关分子模式可导致体外巨噬细胞活化以产生IL-6和IL-1,并且在 SCID-米色异种移植模型中体内抑制细胞焦亡可降低CRS相关死亡率(但也可能影响CAR T 细胞的细胞溶解活性)[47]。 

粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子 (GM-CSF) 由多种细胞类型产生,包括激活的 CAR T 细胞,其阻断作用可以消除体外单核细胞产生 IL-6和其他细胞因子。然而,在异种移植模型[29]中,IL-6的产生是稳健的,CRS 最终是致命的,其中人T细胞衍生的GM-CSF 不与同源小鼠受体发生交叉反应[49]。尽管如此,GM-CSF 可能仍然是CRS的一个促成因素,而不是它的必要条件。在人类 PBMC 异种移植模型中,对小鼠和人类GM-CSF的阻断都降低了 IL-6 的产生50(图 2,3)。

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图 3 | CRS当前和潜在治疗干预的示意图。

干扰素-γ (IFNγ) 由活化的 T 细胞大量产生,可通过 iNOS 诱导促进巨噬细胞成熟并增强 NO 产生[53,54]。此外,IFNγ可以通过松开紧密连接[49-51,55-58]来促进其他组织的通透性增加,包括BBB。

肾上腺系统也参与 CRS 的发展和维持,因为儿茶酚胺肾上腺素和去甲肾上腺素直接影响 CAR T 细胞的激活和随后的细胞因子释放。给予心房利钠肽 (ANP)、电解质和细胞外液量调节剂以及细胞因子分泌抑制剂[59]或通过甲氨蝶呤抑制儿茶酚胺合成可减少体外和体内 CAR T 细胞产生的细胞因子,并降低死亡率异种移植小鼠模型[60](图2,3)。在 B 细胞急性淋巴细胞白血病的同基因小鼠模型中,较低剂量的甲氨蝶呤不会损害抗肿瘤功效。有趣的是,据报道,免疫细胞不仅被儿茶酚胺激活,而且在激活后自然产生儿茶酚胺,因此产生了一个正反馈回路[61]。然而,已知 ANP 水平失调会促进水肿、血压降低和电解质失衡,所有这些在CRS病理中都很常见。因此,阻断儿茶酚胺受体的安全性和可行性,尤其是在 CRS 发作时,会引起一些担忧。 

ICANS的病理生理学

尽管 ICANS 的临床特征很容易识别,但其病理生理学仍然知之甚少。除了各种促炎细胞因子的作用外,最近的动物模型还涉及内皮细胞激活和 BBB 的破坏,导致直接的神经元细胞损伤。然而,这些 CAR T 细胞介导的神经毒性模型受限于人类细胞因子和造血细胞的缺乏,以及伴随的异种移植物抗宿主病的发生[33,62-64]。尽管如此,最近对小鼠和非人类灵长类动物的研究产生了重要的见解,这些见解与来自输注 CAR T 细胞后发生 ICANS 的患者的临床试验数据一起,提高了k8凯发(中国)对 ICANS 病理生理学的理解(图 4)。

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图 4 | ICANS 的病理生理学。

血管通透性、内皮破坏和神经胶质细胞损伤。ICANS 患者脑脊液中的蛋白质、CD4+ T 细胞、CD8+ T 细胞和 CAR T 细胞水平升高,这表明 BBB 的完整性丧失。临床研究表明 CAR T 细胞的数量和脑脊液中细胞因子的水平与ICANS的严重程度之间存在关联[17,21,65]。

在患者中观察到的严重CRS和ICANS的一些生化特征,例如低纤维蛋白原血症和纤维蛋白降解产物增加,与弥散性血管内凝血和内皮细胞破坏的特征相同,这些特征通常见于脓毒症和与增加相关的危重疾病中。血管通透性[66]。事实上,有证据表明患有严重ICANS的患者存在血管渗漏。在一项对133名接受CD19 CAR T细胞治疗的患者的单中心研究中,已经描述了血管生成素 (ANG)-TIE2 轴的变化,该轴在健康中调节内皮细胞活化[67]。ANG1由血小板和血管周围细胞组成性产生,当与其内皮受体TIE2结合时,可稳定内皮细胞。在炎症细胞因子激活内皮细胞后,ANG2从内皮Weibel-Palade小体中释放出来并取代ANG1,从而进一步增加内皮细胞活化和微血管通透性。与这种机制一致,与神经毒性较轻的患者相比,严重 ICANS患者的血清ANG2与ANG1的比率在统计学上显着增加,同时血管性血友病因子 (vWF)和CXC趋化因子配体8 (CXCL8) 浓度更高,所有这些都是由血小板和血管周围细胞产生的。此外,在淋巴细胞清除和 CAR T 细胞给药之前血清ANG2与ANG1比率增加的患者患 ICANS 的风险更高。进一步的数据表明重度ICANS患者中高分子量 vWF 多聚体被隔离,导致凝血功能障碍。然而,控制ANG2和ANG1基线和扰动水平的因素仍然难以捉摸。

除了BBB的破坏和血管通透性的增加,在CD19CAR T 细胞治疗后发生ICANS的儿童和年轻成人患者中还报告了神经胶质细胞损伤[69]。在43名患者的队列中,发现急性神经毒性患者脑脊液中的GFAP和S100b水平显着增加。GFAP是一种经过充分验证的星形胶质细胞损伤标志物,无论原因如何[70],而脑脊液中的S100b是星形胶质细胞活化的标志物[71]。在同一研究中,还发现脑脊液中IL-6、IL-10、IFNγ 和颗粒酶B水平升高与神经毒性有关。

细胞因子及其细胞来源。在人源化 NSG 小鼠模型中,输注带有 CD28 或4-1BB共刺激域的人CD19CAR T 细胞导致B细胞发育不全、CRS 和神经毒性。这些小鼠在初始 CRS 后出现延迟性致命 ICANS,这种模式也在一些患者中观察到(通常 <1%)[14,72]。然而,在该模型中,通过 IL-6R 阻断信号传导对神经毒性没有影响。相比之下,IL-1R 阻断消除了CRS和神经毒性,而不会影响 CAR T 细胞的功效。单核细胞消融对CAR T细胞增殖和种群扩张有负面影响。这些差异可能是因为已知IL-1R拮抗剂阿那白滞素可以穿过BBB[73,74],而没有明确的证据表明IL-6R特异性单克隆抗体托珠单抗可以穿过CNS。 

最近报道了使用免疫活性恒河猴的非人灵长类 ICANS 模型[74]。这些灵长类动物在输注带有4-1BB共刺激域的CD20 CAR T细胞后发展出与 ICANS一致的特征。尽管在神经毒性峰值期间观察到CAR T细胞和非CAR T细胞在CSF和脑实质中的数量增加,但CAR T细胞的数量按比例高于非CAR T细胞的数量。这与高浓度的IL-6、CXCL8、IL-1Rα、CXCL9、CXCL11、GM-CSF和血管内皮生长因子有关,这些物质在 CSF中的含量高于相应的血清样本。在CAR T细胞输注后8天观察到不同程度的组织学全脑炎,包括多灶性脑膜炎和血管周围T细胞浸润,这与外周血中CAR T细胞增殖的峰值水平相吻合。详细的表型分析发现,与非CAR T细胞相比,CAR T细胞对整联蛋白VLA4的细胞表面表达显着增加,这可能促进了CAR T细胞向CNS的运输增加。综上所述,这些发现表明驱动 ICANS 的机制可能包括促炎细胞因子和CAR T细胞在CNS中的积累,尽管它们的相对贡献目前尚不清楚。

许多临床试验表明,各种细胞因子的血清水平升高与发生 ICANS[10、13、16、17]的风险之间存在关联[10、13、16、17]。在多项研究(使用各种 CAR 构建体和不同靶标恶性肿瘤)中,患者体内持续增加的细胞因子包括IL-2、IL-6、IL-10 和 IL-15。然而,尽管小鼠模型已经表明受体单核细胞衍生的免疫细胞在CRS和ICANS的细胞因子分泌和发病机制中具有明确的作用,但在临床试验中,无法确定ICANS患者细胞因子的特定细胞来源。尽管如此,在患有严重ICANS的患者的脑脊液中观察到骨髓细胞数量显着增加[66]。

中枢神经系统中的靶抗原表达。来自临床试验的数据表明,在 CNS 中存在抗原阳性肿瘤细胞并不是 ICANS的发展所必需的[66]。此外,值得注意的是,当多形性胶质母细胞瘤患者鞘内或瘤内输注 CAR T 细胞时,这些患者不会发生 ICANS。然而,在最近的一项研究中,单细胞 RNA 测序分析表明 CD19 在人脑壁细胞中表达,包括周细胞和血管平滑肌细胞,这增加了靶向肿瘤外效应可能有助于与 CD19CAR T 细胞相关的神经毒性[75]。这一观察结果可以解释与靶向 CD20、CD22 和 BCMA(也称为 TNFRSF17)的疗法相比,CD19 定向疗法观察到的 ICANS 发生率更高,尽管可能存在替代或附加机制。CD22 由人脑中的小胶质细胞表达[76,77],在 CD22 CAR T 细胞治疗中与 ICANS 的较高发病率或严重程度无关。

小胶质细胞是一种特殊的吞噬细胞,可在中枢神经系统中持续存在数十年。它们吞噬髓鞘碎片和蛋白质聚集体,从而防止对神经元细胞的损伤并保持脑内稳态和功能[78-80]。使用CRISPR-Cas9 敲除筛选结合 RNA 测序,已经确定了CD22作为小胶质细胞吞噬作用的负调节因子的先前未描述的作用。在具有衰老小胶质细胞的老年小鼠中,CD22 上调,这会损害体内髓鞘碎片、β-淀粉样蛋白寡聚体和 α-突触核蛋白原纤维的清除。CD22 阻断抗体的给药逆转了小胶质细胞功能障碍并改善了吞噬作用和认知功能。小胶质细胞吞噬作用在 ICANS 发病机制中的作用以及小胶质细胞表达 CD22 对 CD22CAR T 细胞治疗的影响尚待阐明,但已在脑型疟疾儿童中描述了细胞因子介导的小胶质细胞活化[76]。这些儿童会出现弥漫性脑病,伴有 BBB 中断和脑水肿,这些临床特征与 ICANS 的临床特征并无不同。

脑水肿。脑水肿是一种罕见但可能致命的神经系统并发症,已在CAR T细胞治疗后观察到[16,65,81]。现有证据表明,脑水肿的病理生理学可能与ICANS中更常见的脑病表现不同。在一项评估成年 B 细胞急性淋巴细胞白血病患者的 CD19 CAR T细胞的临床试验中,5 名患者出现了致命的脑水肿,导致试验终止[81]。评估患者特征、调理疗法和产品属性的根本原因分析表明,发生脑水肿的患者年龄小于30岁,CAR T细胞产品中CD8+T细胞百分比较高,CAR T 细胞输注前血清IL-15水平和血小板水平低,并且在第一周内 CAR T 细胞群迅速扩张达到峰值,这与血清 IL-2 和 TNF81 水平的急剧增加有关。重要的是,两名患者的尸检显示BBB完全分解,但中枢神经系统中没有激活的 T 细胞。虽然它们不是确定的,但这些结果表明BBB的破坏和随后的脑水肿可能是由于炎性细胞因子激增,而不是CAR T细胞浸润到中枢神经系统。此外,分析表明,脑水肿可能是由包括患者特征和产品属性在内的多种因素共同引起的。

CRS和ICANS的临床管理

低度 CRS 通过支持性治疗和退热药进行管理,同时确保没有并发的发烧原因,例如感染。中度至重度CRS使用IL-6R阻断性抗体托珠单抗治疗,联合或不联合皮质类固醇免疫抑制,以及重症支持治疗,包括液体复苏和血管加压药治疗低血压以及缺氧需要补充氧气[9,14,82-84]。低级别 ICANS 通常也通过诊断检查和支持治疗来管理,而严重的ICANS通常在大多数中心使用皮质类固醇进行治疗[14,84]。托珠单抗的使用显着降低了严重CRS的发生率,这可能是因为 IL-6 水平在CRS早期达到峰值,并且它是下游炎症级联反应的关键介质[4]。然而,在非常严重的CRS病例中,也需要皮质类固醇进行治疗;多种细胞因子可能在CRS[13]的后期发挥作用,皮质类固醇可以诱导整体免疫抑制,包括抑制CAR T细胞和其他旁观者免疫细胞,特别是骨髓细胞的增殖和细胞因子分泌。

尽管托珠单抗对CRS的管理非常有效,但它在ICANS[14、16、17、84]的大多数情况下无效。这可能是因为CRS和ICANS之间的病理生理学差异和/或托珠单抗在BBB中的渗透性差。事实上,托珠单抗的预防性使用降低了严重CRS的发生率,但增加了严重ICANS的发生率,这可能是由于在托珠单抗给药后观察到的血清IL-6水平升高,这是由于受体阻滞阻止其被外周组织吸收[65,85]。然而,这些观察结果需要谨慎解释,因为该研究不是随机化的,样本量很小65。尽管皮质类固醇可以穿过 BBB 并常用于治疗ICANS10,86,但缺乏其对 ICANS 严重程度或持续时间的临床益处的确切证据。大多数研究表明,托珠单抗的使用似乎不会影响 CAR T 细胞的功效[10,15,86]。然而,关于皮质类固醇对 CAR T 细胞功效影响的数据是相互矛盾的,一些研究表明没有影响,但其他研究表明不利的临床结果会增加早期进展和死亡的风险[10,87,88]。这进一步强调了需要更好地了解CRS和ICANS的病理生理机制以及开发新的管理策略。

其他临床因素的影响。CAR T细胞治疗后CRS和ICANS的发生、严重程度和持续时间可能受到与宿主、肿瘤和/或治疗相关的因素的影响。基线炎症状态较高(由C反应蛋白、铁蛋白、D-二聚体和促炎细胞因子水平定义)的患者发生CRS和ICANS的风险增加89,90。这些患者在输注CAR T细胞后可能更容易发生炎症反应。更严重的CRS 和/或 ICANS 病例也与多种恶性肿瘤(包括白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤)的更高肿瘤负荷有关,这可能与 CAR T 细胞群的更大扩张和同步激活有关[13,31,86,91-93]。CAR T 细胞输注前调理治疗的强度似乎也影响这些毒性的严重程度,更强烈的方案会增加严重CRS和/或ICANS的风险,这可能是通过诱导更大的淋巴细胞减少,从而消除细胞因子下沉并使更高水平的稳态细胞因子,如 IL-2 和 IL-15,可用于 CAR T 细胞增殖[5,94-96]。有趣的是,老年与严重 CRS 或 ICANS 的风险增加无关86,90,97。

CAR设计的影响。最近的研究表明,CAR 分子本身的设计可以显着影响 CAR T 细胞的增殖和细胞因子谱,从而影响 CRS 和/或 ICANS 的发生率和严重程度。如上所述,具有 CD28 共刺激信号域的 CAR T 细胞产品在输注后似乎增殖得更快,并且它们的数量似乎比使用 4-1BB 共刺激信号域设计的产品更早达到峰值。在临床研究中,这与更严重的 CRS 和 ICANS 的更早发病和更高发生率相关[10,15]。然而,迄今为止尚未对 CAR T 细胞产品与 CD28 与 4-1BB 共刺激结构域进行直接比较。研究之间的肿瘤负荷和毒性监测和分级的变化等患者特征的差异可能解释了CD28和4-1BB域之间在药代动力学和不良事件方面的一些报告差异。

文献中的证据还表明,改变CAR分子的非信号结构域,包括铰链和跨膜区或抗原结合域 (scFv),可能会影响与CAR T细胞疗法相关的毒性。例如,改变CD8α铰链和跨膜结构域的长度会降低带有4-1BB和 CD3ζ 信号结构域的 CD19CAR T细胞的细胞因子产生并降低它们的增殖,但在临床前模型和 I 期试验中保留了它们的溶细胞活性临床试验[98]。重要的是,在B细胞淋巴瘤患者中测试该产品后,完全缓解率很高,只有低级别 CRS,没有 ICANS[98]。与使用 tisagenlecleucel(一种使用高亲和力 scFv[11,99]的 CD19CAR T 细胞疗法)的已发表研究相比,具有低亲和力scFv的CD19CAR T细胞具有较高的抗肿瘤功效,但不会在患有急性淋巴细胞白血病的儿科患者中引起严重的 CRS。B 细胞淋巴瘤患者接受 CD19CAR T细胞治疗,CD19CAR T 细胞含有与批准的 CD19CAR T 细胞疗法 axicabtagene ciloleucel[95,100]相同的 CD28 和 CD3ζ 信号域,但具有不同的 scFv和铰链和跨膜域,具有相似的抗淋巴瘤活性但更多ICANS101 的发生率和严重程度较低。

在一项测试 CD19CAR 自然杀伤细胞的小型研究中,在没有诱导 CRS 或 ICANS 的 B 细胞恶性肿瘤患者中观察到高完全反应率,这表明不同的免疫效应细胞可能具有不同的毒性特征[102]。最后,临床前研究显示,在 CD3ζ 中编码单个免疫受体酪氨酸基激活基序(而不是其中三个基序)的 CAR 可以增强治疗效果和记忆 T 细胞分化,而不会增加炎症活性[103]。

总的来说,这些报告表明,减少肿瘤负荷和基线炎症状态、调整预处理方案和优化CAR分子和/或CAR T细胞产品的设计可能会降低CRS和ICANS的发生率和/或严重程度。

管理 CRS 和 ICANS 的新策略

细胞因子分泌过多和失调是 CRS 病理学的核心。在许多情况下,非特异性免疫抑制剂(如皮质类固醇)可缓解患者症状[4,7,12,27,104]。此外,其他广谱细胞因子抑制剂,例如阻断JAK1和JAK2的鲁索替尼,或阻断 JAK1(细胞因子受体信号传导所需的激酶)的伊他替尼,有望减弱促炎细胞因子的作用,例如IFNγ 和 IL-6[37,105]。事实上,在 CAR T 细胞相关毒性的临床前模型中,鲁索替尼和伊他替尼降低了毒性和细胞因子分泌[105]。同样,依鲁替尼是一种布鲁顿酪氨酸激酶 (BTK) 抑制剂,也抑制IL-2酪氨酸激酶(ITK;一种参与近端 T 细胞受体信号传导的激酶)[106],导致小鼠模型体内细胞因子分泌减少,包括分泌IL-6 减少,但也导致 CAR T 细胞衍生的细胞因子水平降低,例如 IFΝγ,这可能表明 CAR T 细胞活化减弱。在这项研究中,仅在短期内(CAR T 细胞转移后第 4 天)监测抗肿瘤功效,没有观察到差[107]。有趣的是,在与套细胞淋巴瘤细胞系共培养时,依鲁替尼减少了肿瘤细胞的细胞因子分泌,证明了这种治疗方法的广泛效果。小分子激酶抑制剂通常可以与多个目标结合。这些结果提出了鲁索替尼和依鲁替尼可以直接影响CAR T细胞活化水平,从而影响临床结果的可能性。

另一项研究利用激酶抑制剂的不完全特异性为基于CD3ζ链的CAR T细胞创建了一个开/关开关[108]。达沙替尼是一种BCR-ABL靶向激酶抑制剂,已被批准用于治疗各种血液系统恶性肿瘤,显示能够以快速且可逆的方式有效抑制CAR T细胞介导的细胞毒性和细胞因子产生。此外,在临床前模型中短期给药达沙替尼可降低CRS相关死亡率,而不会削弱药物去除和CAR T细胞活性恢复后的体内抗肿瘤功效[108](图3)。进一步支持活化的CAR T细胞在启动 CRS 中的不可或缺的作用,最近的另一项临床前研究表明,通过将磷酸酶SHP1工程招募到免疫突触来减弱 LCK 信号可以减少CAR T细胞产生的效应细胞因子和CRS严重程度[109]。此外,BBz CAR(带有4-1BB和CD3ζ共刺激结构域)的铰链结构、跨膜结构域和近膜胞内结构域的结构有所改进,具有钝化激活和效应细胞因子产生减少的表型,导致临床前毒性降低[98]在 SCID-米色异种移植模型30和临床与历史数据相比98。    

累积起来,这些研究表明,通过不同机制抑制广谱细胞因子可以减少 CRS 病理,鉴于k8凯发(中国)对 CRS 病理生理机制的了解,这是预期的结果。尽管如此,细胞因子的长期抑制可能不利于CAR T细胞的抗肿瘤功效,因此,旨在选择性破坏特定细胞因子信号通路的靶向干预可能会受到青睐。在8名接受CD19 CAR T 细胞治疗后出现严重ICANS或噬血细胞性淋巴组织细胞增生症的小病例系列中,阿那白滞素阻断IL-1R似乎使一半患者受益[110]。明智地使用靶向其他细胞因子的新型药物,如 IFNγ(例如,emapalumab)可能有助于阐明它们在严重CRS111的管理中的作用。未来的临床研究应该能够证明这些方法在预防和/或治疗环境中使用时的好处。

目前,CAR T 细胞疗法的广泛采用受到限制,部分原因是需要在管理 CRS 和 ICANS 常见毒性方面经验丰富的中心进行治疗,以及由此产生的财务和健康负担。对CRS和ICANS的分子和细胞病理生理学有更深入的了解将有助于开发有效的靶向疗法,在不影响抗肿瘤活性的情况下降低毒性。已经在设计新的 CAR 构建体,以最大限度地降低引发CRS和ICANS的风险,同时优化对肿瘤抗原的识别和有效的T细胞信号传导。

当前的另一个限制是需要更深入地了解CAR T细胞的生物学和作用机制。这包括CAR的生物物理特性及其共刺激域对基因表达谱的影响,这可能会改变T细胞亚群、功能、记忆潜力和衰竭。为了提高CAR T细胞疗法的临床疗效,迫切需要生成具有最佳体内适应性、持久持久性和功效的T细胞。

除了肿瘤学,在自身免疫和实体器官移植领域,人们对使用基于CAR的技术产生抗原特异性调节性T细胞非常感兴趣,这些细胞有可能提供靶向免疫抑制[112-115]。这些调节性CAR T细胞的体内生物学和功能将不同于迄今为止观察到的效应CAR T细胞的那些特性,并且还可能出现一些新的毒性。工程化T细胞疗法在肿瘤学和非恶性适应症中的安全和广泛使用将取决于对这些并发症的有效和可靠预防。

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