读者，你好。

我是王立铭。2024年12月6日，第七十期《巡山报告》又和你见面了。

本期报告的主题又聚焦到了我们最关心的话题之一——癌症治疗。

每年都有无数人因为癌症失去生命，几乎每个家庭都和它有过或远或近的交集。人人都希望有一种方法，能够精准又高效地打败癌症。而我们今天要聊的主角——大名鼎鼎的CAR-T疗法，正是这样一个让人充满希望的突破性技术。

CAR-T疗法的进化之路：从概念到临床奇迹

所谓CAR-T，全称叫做嵌合抗原受体-T细胞（Chimeric Antigen Receptor T-cell），是一类利用免疫细胞的杀伤作用来治疗肿瘤的技术 [1]。

这种药物构想，可以追溯到上个世纪八十年代。在那个时候，人们已经意识到，肿瘤的出现依赖于两个重要的“推手”：向内，肿瘤细胞通过特定的基因变异获得了无限增殖的能力；对外，肿瘤细胞也同样利用特定的基因变异，逃逸了人体免疫系统的追踪和杀伤。换句话说，肿瘤不仅能疯狂“长个儿”，还会“隐身”，躲避免疫系统的清除。

既然问题出在免疫系统被“迷惑”，那为什么不直接“改造”免疫细胞，让它们重新认清敌人并发动攻击？

实际上，这就是CAR-T疗法诞生的逻辑起点。沿着这个思路，研究人员从患者体内提取出了一种特殊的免疫细胞——T淋巴细胞，并在其细胞膜上插入一个人工设计的蛋白，也就是CAR。这个CAR可不简单：它的外部结构能够精准识别肿瘤细胞表面的特定蛋白，而内部结构则能激活T细胞的杀伤功能。这样一来，完成改造的这些T细胞就像“武装升级”的士兵，被大量培养后重新注入患者体内。在身体内，它们会像精准导弹一样，锁定肿瘤细胞，发起猛烈攻击，最终实现杀伤肿瘤、治疗癌症的目的。

在过去30年间，CAR-T疗法经过了几代技术升级，在某些肿瘤中取得了相当惊人的治疗效果。其中，最广为人知的故事，来自一个叫Emily Whitehead的小女孩[2]。

2010年，年仅5岁的小女孩Emily不幸患上了急性淋巴细胞白血病（Acute Lymphoblastic Leukemia），这是一种由体内B淋巴细胞癌变导致的血液肿瘤。走投无路之下，Emily在美国费城儿童医院接受了尚在试验阶段的CAR-T疗法，医生们设计了一种针对CD19蛋白质的CAR-T药物，这种蛋白质在所有B细胞表面都有。这样一来，这种药物就能识别和杀伤所有的B淋巴细胞——当然，包括其中已经癌变的那些B细胞。在接受治疗后，奇迹真的发生了！Emily的白血病得到了彻底治愈，她也因此成为了全世界第一个被CAR-T疗法治愈的儿童癌症患者。在这以后的每年，她都会拍摄一张纪念自己又一年远离癌症的照片，鼓励全球和癌症斗争的人们。

2017年，美国药监局批准了两款类似的CAR-T药物上市，分别是诺华公司开发的Kymriah和Kite公司开发的Yescarta [3]。2023年，高中毕业的Emily正式进入宾州大学读书——这里正是CAR-T疗法最初的发明地。而Emily的故事，也早已成为了CAR-T疗法在人类抗癌历程中一个里程碑式的象征。

不过，虽然CAR-T疗法已经取得了突破性进展，但和所有革命性发明一样，它本身并不完美，至今也仍然在持续优化的道路上。举几个优化的方向：比如，是否可能用CAR-T疗法治疗更多类型的肿瘤，特别是像肺癌、肝癌这样的实体肿瘤，以扩大其治疗范围？和血液癌症不同，实体肿瘤有更复杂的三维结构和局部微环境，CAR-T细胞如何进入肿瘤并持续发挥作用，目前来说仍然是个很有技术挑战的问题。再比如，是否能够制备通用型的CAR-T细胞药物，让一批药物能治疗不同的肿瘤患者？目前CAR-T药物的制备非常繁琐昂贵，需要从患者体内抽取细胞进行体外处理再回输，而来自其他人的免疫细胞未经改造显然不能直接使用，否则会引发强烈的免疫排斥。还有，CAR-T细胞有极强的攻击性，往往会引起严重的免疫反应，如何管控副作用也是研发的重点之一 [4] 。

CAR-T疗法的挑战：突破瓶颈，提高持久性

而除了上面提到的几个方向，CAR-T药物优化其实亟需解决一个大问题，这也是我们今天探讨的重点：如何提高药物作用的持久性，减少肿瘤复发。

让我们回到刚刚提到的，5岁小女孩Emily的例子。她的故事非常鼓舞人心，在接受治疗后白血病彻底消失，至今没有任何复发迹象。但实际上，她只是这项治疗中非常幸运的一位患者。而在更广泛的临床应用中，人们却发现了一个很大的问题：CAR-T疗法虽然往往短期效果很好，但在治疗后的半年到一年时间内，会有大约50%的患者复发。因此，提高药物作用的持久性，成了CAR-T疗法研究的关键之一。

经过研究我们发现，具体到急性淋巴细胞白血病来说，复发的原因大致可以归结于两点：第一，肿瘤细胞发生了基因变异，丢失了细胞表面的CD19蛋白，让CAR-T细胞无从识别，从而实现了免疫逃逸 [5]；第二，CAR-T细胞的功能和活动被抑制，失去了攻击肿瘤细胞的能力 [6]。

让我们来具体分析一下这两点：对于前者，肿瘤细胞发生了基因变异，解决方案在于开发新的CAR-T药物。如果CD19失效，那就换一个肿瘤细胞特有的其他蛋白作为靶点开发药物，这不难理解。但对于后者，也就是CAR-T细胞的功能和活动被抑制，它背后的可能因素就值得探究了。比如一个广为人知的现象是，肿瘤及周边微环境能够通过各种手段抑制免疫细胞的功能，为免疫系统踩刹车。这也是PD-1/PD-L1类型的肿瘤免疫药物的开发依据。这类药物能够解除肿瘤对免疫系统的刹车，恢复免疫系统对肿瘤的杀伤 [7]。

而这次我们要介绍的研究，则围绕CAR-T细胞功能和活动受抑制这一问题，探索了另一个可能的方向：也许CAR-T药物在一开始被制备出来的时候，质量就参差不齐，从而影响了治疗效果。

这个说法听起来有点怪异，但细想却有合理性。和常规的小分子、大分子药物不同，CAR-T药物本质上是一群从不同患者体内提取的、在体外基因改造和扩增的活细胞。患者身体状态和癌症状态不同，T细胞数量和质量差异，体外培养过程中的操作差异，都有可能让它们在重新进入人体后表现出不同的行为。

沿着这个思路，在2022年，有研究者研究了12位患有急性淋巴细胞白血病、并接受了CAR-T细胞疗法的患者[8]。他们收集了一部分从患者体内提取、已经完成体外制备但还没有输回患者体内的CAR-T细胞，并进行了超过10万次单细胞RNA测序。这12位患者可以大致分为三类：2位患者一开始就对CAR-T没有反应；5位患者一开始效果很好，但在1年内陆续复发；另外5位患者药效能长期持续，超过4年还没有复发迹象。

测序结果揭示了几个很有趣的现象。首先，这些细胞当中那些直接负责杀伤作用的部分（CSF2+ T cell），在三类患者中没有明显的数量区别，而且在体外实验中也都能对肿瘤抗原（也就是CD19）有明显的反应。但之后，研究者们又对这些CAR-T细胞进行了进一步的功能细分，他们发现，其中2型免疫细胞的比例区别很大。在长期治愈的患者类别，2型免疫细胞占比超过10%；而在无效或者快速复发的患者中，这个比例只有3-5%，而且这类细胞对应的基因表达活动也很低。也就是说，可能是因为2型免疫细胞在CAR-T药物中的缺席，导致了不太理想的治疗效果。

免疫新发现：2型细胞如何增强CAR-T疗效

在这里，我们需要引入一个新的概念：2型免疫系统。在这做一个非常简略的解释。这是1980年代首先提出的一个概念，人们发现免疫细胞可以根据其分泌的蛋白进行区分。1型免疫细胞主要分泌gamma干扰素（IFNG），而2型免疫细胞主要分泌白介素4（IL4），两类免疫细胞的功能虽然都是抵抗内外入侵者，但作用场景却不太一样。1型免疫细胞主要激活细胞免疫，在清除细胞内病原体等过程起作用，过度激活会引起自身免疫病——也就是对人体自身细胞的过度攻击；而2型免疫细胞主要激活体液免疫，在清除细胞外寄生虫中起作用，过度激活会导致过敏——也就是对外来物质的过度敏感[9] 。

从这个粗略分类你应该能感觉到，和杀伤肿瘤直接相关的应该是1型免疫反应，肿瘤细胞也可以看成是一种自身出现毛病的细胞。甚至在传统观点里，人们认为1/2型免疫反应其实是跷跷板一样相互遏制的，2型免疫反应会压制1型免疫反应。例如在某些临床操作中，医生甚至会引入寄生虫，激活2型免疫反应，来治疗严重的自身免疫病 [10] 。既然如此，我们就很难想象，难道缺少2型免疫细胞，居然会影响CAR-T治疗肿瘤的作用？

到了2024年9月，两篇同时发表在《自然》杂志的论文，对这个问题进行了进一步的探讨和验证，从中找到了一条更好的制备CAR-T药物、提高其治疗效果的办法。

研究者们首先对来自82个急性淋巴细胞白血病患者使用的CAR-T药物进行了超过100万次单细胞RNA测序，得到了和刚提到的研究基本相似的结论：在CAR-T疗法持久起效的患者类别中，2型免疫细胞所占的比例明显更大，相关的基因表达活动明显更强 [11] 。

接下来，研究者们自然希望搞清楚这多出来的一群2型免疫细胞是怎么促进CAR-T起效的。他们发现，这群2型免疫细胞应该能直接影响另一群免疫细胞的功能。这背后的道理倒不难理解：这群2型免疫细胞主要是通过分泌一些蛋白质分子起作用的，例如白介素4等等；那么显然，携带这些蛋白质受体的免疫细胞，会直接被其影响。而这些被影响的细胞，正是那些因免疫功能过度激活而陷入困境的类型——它们无法继续释放细胞因子或增殖繁殖，同时细胞死亡信号上调，失去了杀伤肿瘤的能力。

这样一来，一个直接的解释就浮出了水面：CAR-T细胞药物本身来自患者体内，其源头就是多种T细胞的混合物。也许，这其中本来就有一群免疫细胞的功能实际上已经是处于衰竭状态、无法持久发挥治疗效果的。而如果这剂药物中恰好存在比较多的2型免疫细胞，它们就能挽救这些衰竭细胞的功能，从而实现持久的治疗。反过来，如果恰好2型免疫细胞数量少，那这一剂药物的效果就会大打折扣，输入患者要么压根没有作用，要么肿瘤很快就会复发。

如果这个解释成立，一个直接的应用方案就呼之欲出了：如果CAR-T细胞中的2型免疫细胞比例更大、更活跃，也许其治疗效果也更好。

紧接着，研究者们就通过两种方法验证了这一思路的可行性。

他们首先证明了，在那些CAR-T细胞疗法持久有效的患者体内，即便在治疗完成几年之后，他们体内尚存的CAR-T细胞仍然有很活跃的2型免疫细胞；在小鼠模型中，这种类型的CAR-T细胞治疗效果也确实好于没有2型免疫细胞的CAR-T。

同时，在体外实验中，研究者们做了更直接的测试。他们在培养皿中培养CAR-T的时候，添加了微量的白介素4分子，这个分子本身就是2型免疫细胞所释放的，但反过来也能增加2型免疫细胞的数量和活性。而结果就是，处理后的CAR-T细胞在小鼠模型中确实展示出了更好的杀伤效果。

因此，起码对于CAR-T细胞疗法来说，在制备生产细胞的时候，利用白介素4这个分子来人为提高2型免疫反应的活性，看起来确实可以提升其治疗效果。

当然，这里面有一个问题不得不请你注意，2型免疫细胞对1型免疫细胞的影响比较复杂，至少说到现在，我们应该已经知道它起码有两个截然相反的作用：（传统观点）抑制1型免疫反应、（新观点）刺激1型免疫反应。对于杀伤肿瘤来说，其作用也正好相反，前者干扰了肿瘤杀伤，而后者则促进了肿瘤治疗。因此，如何调节2型免疫反应也是个技术活。

2024年9月，同期发表在《自然》杂志的另一篇论文进一步思考和拓展了这个思路 [12] 。研究者们发现，如果在肿瘤局部刺激2型免疫反应，不光可以促进CAR-T的疗效，对于其他肿瘤免疫药物，特别是PD-1/PD-L1抗体，也有增强作用。

简单来说，在这项研究中，研究者们干脆把白介素4分子做成了一款能够直接注射到肿瘤部位的蛋白质药物。这样一来，2型免疫反应的人为增强，就被局限在了肿瘤微环境当中。这时，不管是使用CAR-T细胞疗法，还是使用PD-1/PD-L1抗体药物，对多种肿瘤的杀伤都有显著增强。这可能说明，尽管1/2型免疫细胞的相互作用很复杂，但起码在肿瘤局部，2型促进了1型免疫反应，帮助了后者杀伤肿瘤。

更进一步地，研究者们还详细分析了原因。他们发现，白介素4在肿瘤环境中可以直接结合1型免疫细胞，调节这些细胞的代谢活性，增强其生存时间和杀伤活动，从而产生了强烈和持久的肿瘤治疗效果。

如果整合以上论文的研究成果，我们可以得出一个更普适的结论：

人们认为肿瘤杀伤过程中主要依赖1型免疫细胞的功能，而2型免疫反应传统上被认为主要是压制1型免疫反应。但在肿瘤环境中，很可能2型免疫系统更多起到的是辅助1型免疫系统的作用。

这样一来，对于CAR-T这类肿瘤免疫药物来说，如果来自患者体内的T细胞中天然就缺乏有活力的2型免疫细胞，这样制备出来的CAR-T药物其肿瘤杀伤活性就更弱、更难以持久。而对于PD-1/PD-L1类抗体药物来说，道理也是类似的。如果患者肿瘤位置附近的T细胞中天然就缺乏有活力的2型免疫细胞，这类抗体药物也难以起效。

与之相对应的，如果在CAR-T细胞制备过程中，或者在肿瘤免疫药物使用过程中，人为使用例如白介素4这样的分子，刺激2型免疫反应，那么肿瘤治疗效果也能提高。

这就是本期报告我们讨论的话题：如何利用这样一种全新的思路，改善肿瘤免疫疗法的治疗效果。

以CAR-T和PD-1/PD-L1类药物为代表的肿瘤免疫疗法，无疑是过去半个多世纪癌症治疗领域的一场革命。它不仅彻底改写了肿瘤治疗的规则，也为无数患者带来了新的希望。我们非常期待，这类研究能持续突破，不断刷新肿瘤免疫疗法的“天花板”，最终为多种癌症带来持久而全面的治愈之路。

我是王立铭，下个月6号，我继续为你巡山。

参考资料
[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10225594/
[2] https://journals.lww.com/oncolog ... tehead___car.1.aspx
[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6343443/
[4] https://www.nature.com/articles/ ... ll%20products%20can,vivo%20persistence%20and%20preventing%20exhaustion.
[5] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26907630/
[6]https://www.frontiersin.org/journals/pediatrics/articles/10.3389/fped.2023.1305657/full
[7]https://www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2023.1296341/full
[8] https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj2820
[9] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25528359/
[10] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27080105
[11] https://www.nature.com/articles/s41586-024-07762-w
[12] https://www.nature.com/articles/s41586-024-07962-4#ref-CR4