CAR-T細胞的殺傷機制

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嵌合抗原受體T細胞療法作為一種革命性的過繼性細胞免疫治療策略，通過基因工程改造T細胞，使其能夠以MHC非限制性的方式識別并殺傷腫瘤細胞。CAR-T細胞的抗腫瘤活性并非依賴單一機制，而是通過一個復(fù)雜而精密的多軸協(xié)同網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。

非經(jīng)典免疫突觸的形成

與傳統(tǒng)T細胞受體（TCR）T細胞相比，CAR-T細胞與靶細胞形成的免疫突觸在結(jié)構(gòu)和動力學(xué)上存在顯著差異，這些差異是其實現(xiàn)高效殺傷的基礎(chǔ)。

經(jīng)典的TCR免疫突觸是一個高度組織化的“牛眼”狀結(jié)構(gòu)，由中央超分子活化簇、外周超分子活化簇和遠端超分子活化簇構(gòu)成，確保了信號傳導(dǎo)的精確性和細胞毒性顆粒的定向釋放。然而，CAR-T細胞形成的免疫突觸則呈現(xiàn)出一種更為無序和緊湊的模式。研究發(fā)現(xiàn)，CAR免疫突觸缺乏Lck在cSMAC中的聚集，并且其內(nèi)徑顯著小于TCR免疫突觸，這與CAR-T細胞更快的脫離速度相關(guān) 。此外，蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，CAR-T細胞中近端信號蛋白PKCδ被迅速下調(diào)，提示CAR啟動的信號持續(xù)時間更短 。

這些結(jié)構(gòu)上的差異直接導(dǎo)致了功能上的不同。盡管CAR-T細胞與TCR T細胞在顆粒酶和穿孔素的釋放總量上相當(dāng)，但CAR-T細胞的釋放動力學(xué)更快，信號強度更強 。這種“快進快出”的接觸模式，使得CAR-T細胞能夠在更短的時間內(nèi)完成對靶細胞的識別、殺傷和脫離，從而啟動下一輪攻擊，為其高效的“連環(huán)殺手”行為奠定了基礎(chǔ) 。

CAR-T的核心殺傷機制

CAR-T細胞主要通過三個相互關(guān)聯(lián)的軸來介導(dǎo)其強大的抗腫瘤效應(yīng)，這三個軸共同構(gòu)成了一個立體、多層次的攻擊網(wǎng)絡(luò)。

1. 穿孔素與顆粒酶

這是CAR-T細胞介導(dǎo)靶細胞凋亡最主要、最快速的途徑。當(dāng)CAR-T細胞與靶細胞形成免疫突觸后，其胞內(nèi)的溶酶體顆粒會極化并遷移至突觸界面，通過胞吐作用將內(nèi)容物釋放到突觸間隙 。穿孔素在靶細胞膜上“打孔”，形成通道，隨后顆粒酶通過這些通道進入靶細胞胞質(zhì) 。一旦進入胞質(zhì)，顆粒酶通過激活caspase依賴或非依賴性途徑，切割關(guān)鍵底物，最終誘導(dǎo)靶細胞凋亡 。

在人類系統(tǒng)中，無論是CD4+還是CD8+的CAR-T細胞，都主要依賴這一途徑來發(fā)揮細胞毒性作用 。實驗證明，使用鈣離子螯合劑EGTA阻斷穿孔素的釋放，能夠基本消除CAR-T細胞介導(dǎo)的大部分殺傷活性，凸顯了該軸的核心地位 。值得注意的是，CD4+ CAR-T細胞由于胞內(nèi)穿孔素和顆粒酶的含量低于CD8+ CAR-T細胞，其殺傷效率通常較低或需要更長的結(jié)合時間 。

2. Fas與Fas配體軸

Fas/FasL軸是CAR-T細胞發(fā)揮殺傷作用的另一重要途徑，尤其在處理腫瘤異質(zhì)性方面扮演著關(guān)鍵角色。該軸通過鈣非依賴性方式介導(dǎo)靶細胞裂解 。

其機制是，CAR-T細胞在識別并結(jié)合抗原陽性腫瘤細胞后被激活，從而上調(diào)其表面的FasL（Fas配體）的表達 。FasL與靶細胞表面的Fas受體結(jié)合，導(dǎo)致其三聚化，進而激活caspase 8，最終啟動caspase級聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)細胞凋亡 。

這一機制最引人注目的特性是能夠介導(dǎo)“旁觀者殺傷”。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CAR-T細胞處于一個同時包含抗原陽性和抗原陰性腫瘤細胞的微環(huán)境中時，它們被抗原陽性細胞激活后，能夠通過Fas/FasL軸殺傷鄰近的抗原陰性腫瘤細胞 。這種抗原非依賴性、細胞接觸依賴性的殺傷方式，為克服因抗原丟失導(dǎo)致的腫瘤復(fù)發(fā)提供了重要的機制性解決方案 。此外，在穿孔素/顆粒酶途徑受阻的情況下，F(xiàn)asL介導(dǎo)的殺傷作用可以作為補充，確保CAR-T細胞能夠維持其抗腫瘤活性 。

3. 細胞因子分泌

除了直接殺傷腫瘤細胞，CAR-T細胞還能通過分泌細胞因子來間接增強抗腫瘤效應(yīng)，這一機制在實體瘤治療中尤為重要 。

CAR-T細胞分泌的細胞因子，如干擾素-γ（IFN-γ），能夠作用于腫瘤基質(zhì)，上調(diào)其上的IFN-γ受體表達，并驅(qū)動免疫細胞的重教育，例如將巨噬細胞極化為具有抗腫瘤活性的M1表型 。這種對腫瘤基質(zhì)的“致敏”作用，打破了腫瘤微環(huán)境的免疫抑制狀態(tài)，為CAR-T細胞及其他免疫細胞的功能發(fā)揮創(chuàng)造了有利條件。

更進一步，一些被稱為“TRUCKs”（T cells redirected for universal cytokine killing）的第四代CAR-T細胞被設(shè)計成能夠可控地在腫瘤局部釋放細胞因子（如IL-12）的“細胞工廠” 。這種策略實現(xiàn)了細胞因子的位點特異性遞送，避免了全身給藥帶來的毒副作用，同時通過招募和激活先天免疫細胞、重編程基質(zhì)相關(guān)免疫抑制細胞等多重機制，極大地增強了抗腫瘤免疫力 。

CAR-T的動力學(xué)特性

理想的過繼性T細胞療法應(yīng)能以相對較低數(shù)量的效應(yīng)細胞快速清除腫瘤，從而更好地控制副作用。CAR-T細胞已被證實具備這種“連環(huán)殺手”的潛力。

活細胞顯微鏡技術(shù)等先進研究手段揭示，CAR-T細胞與TCR T細胞在連續(xù)殺傷多個靶細胞的頻率上是相當(dāng)?shù)?。盡管CAR-T細胞與單個靶細胞的結(jié)合時間更短，但其更強的信號強度和更快的殺傷動力學(xué)，使其能夠在相同時間內(nèi)完成同等數(shù)量的殺傷循環(huán) 。

此外，CAR-T細胞產(chǎn)品的組成，特別是CD4+與CD8+ T細胞的比例，對其整體功能至關(guān)重要。CD4+ T輔助細胞的缺失會導(dǎo)致CD8+ T細胞的功能障礙和凋亡 。研究表明，CD4+ CAR-T細胞雖然殺傷動力學(xué)較慢，但它們不易發(fā)生激活誘導(dǎo)的細胞死亡（AICD），并且能夠通過多重殺傷（同時與兩個或多個靶細胞結(jié)合）和連續(xù)殺傷兩種模式來貢獻抗腫瘤活性。因此，優(yōu)化CAR-T細胞產(chǎn)品中不同亞群的比例，是提升其整體療效的關(guān)鍵研究方向之一。

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優(yōu)化CAR-T細胞殺傷效能的設(shè)計策略

為了最大化CAR-T細胞的殺傷潛力并克服臨床挑戰(zhàn)，研究人員在CAR分子設(shè)計上進行了多種優(yōu)化。

1. 親和力調(diào)節(jié)

scFv的親和力是決定CAR-T細胞活性的關(guān)鍵因素。然而，并非親和力越高越好。過高的親和力可能導(dǎo)致CAR-T細胞無法有效區(qū)分靶抗原高表達和低表達的細胞，從而增加“在靶脫瘤”毒性風(fēng)險 。通過降低scFv的親和力，可以顯著增加CAR-T細胞的治療窗口，在保持強大抗腫瘤活性的同時，顯著降低對正常組織的攻擊 。

2. 共刺激信號域的選擇

共刺激信號域的選擇深刻影響CAR-T細胞的命運和功能。第二代CAR-T細胞通常整合CD28或4-1BB等共刺激信號域。研究表明，整合CD28信號域的CAR-T細胞表現(xiàn)出更強的信號強度和更快的動力學(xué)，傾向于分化為效應(yīng)T細胞表型；而整合4-1BB信號域的CAR-T細胞則更傾向于表達記憶相關(guān)基因，并在體內(nèi)表現(xiàn)出更持久的抗腫瘤活性 。第三代CAR-T細胞結(jié)合了兩種共刺激信號域，雖然增強了細胞毒性和細胞因子產(chǎn)生，但也可能因FasL表達上調(diào)而更容易發(fā)生AICD 。

3. 基因編輯技術(shù)的應(yīng)用

CRISPR等基因編輯技術(shù)為優(yōu)化CAR-T細胞功能提供了強大工具。通過基因編輯，可以同時實現(xiàn)多個目標，例如：敲除內(nèi)源性TCR和HLA分子以開發(fā)“通用型”CAR-T細胞；敲除PD-1、LAG-3等免疫檢查點分子以解除免疫抑制；敲除Fas基因以降低AICD，抵抗凋亡 。這些多基因編輯策略有望顯著增強CAR-T細胞的殺傷持久性和有效性。

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結(jié)語

CAR-T細胞的殺傷機制是一個高度復(fù)雜且精密的生物學(xué)過程，它超越了傳統(tǒng)的單一模式，通過形成非經(jīng)典免疫突觸，并協(xié)同運用穿孔素/顆粒酶、Fas/FasL和細胞因子分泌三大殺傷軸，實現(xiàn)了對腫瘤細胞快速、精準且多維度的立體攻擊。其作為“連環(huán)殺手”的動力學(xué)特性，以及通過親和力調(diào)諧、共刺激域選擇和基因編輯等策略進行的優(yōu)化，共同構(gòu)成了CAR-T細胞強大抗腫瘤活性的基礎(chǔ)。隨著對這些機制理解的不斷深入和技術(shù)的持續(xù)進步，CAR-T細胞療法必將在未來的腫瘤治療中扮演更加核心的角色。

參考文獻：

Killing Mechanisms of Chimeric Antigen Receptor (CAR) T Cells. Int J Mol Sci. 2019 Mar 14;20(6):1283.
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