自嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法问世以来,其在血液系统恶性肿瘤治疗领域取得的突破性成就令人瞩目。靶向CD19或BCMA的CAR-T细胞产品已经成功治愈了大量复发或难治性的淋巴瘤、白血病患者,确立了其作为癌症治疗里程碑的地位。然而,与血液肿瘤相比,实体瘤占据了癌症发病率和死亡率的绝大多数。如何将CAR-T疗法成功应用于实体瘤,一直是肿瘤免疫治疗领域面临的难题。基于此,本文系统性地梳理了CAR-T疗法在实体瘤领域的临床进展,深入剖析了当前面临的核心障碍,并探讨了包括合成免疫学、基因编辑及联合疗法在内的多种前沿解决方案。
一、CAR-T疗法治疗实体瘤的临床实践与现状
尽管CAR-T在血液瘤中大放异彩,但在实体瘤中,由于肿瘤微环境(TME)的复杂性和抗原表达的异质性,其疗效一直受到限制。近年来,随着靶点的发现和技术的改良,CAR-T疗法在包括肺癌、肝癌、胃癌、胶质瘤等多种实体瘤中展现出了一定的治疗潜力。1.1肺癌
作为全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤,肺癌的治疗需求极为迫切。虽然PD-1/PD-L1抑制剂改变了治疗格局,但总体缓解率仍有提升空间。目前,CAR-T疗法在肺癌中的探索主要集中在EGFR、MSLN(间皮素)、CEA、ROR1及B7-H3等靶点。临床研究显示,采用piggyBac转座系统生成的EGFR-CAR-T细胞在患者输注后表现出了良好的耐受性。相关数据显示,患者的无进展生存期(PFS)达到7.13个月,中位总生存期(mOS)达到15.63个月。这一结果为晚期肺癌患者提供了新的治疗思路。1.2肝细胞癌
肝细胞癌(HCC)预后较差,确诊时多为晚期,手术机会渺茫。索拉非尼等靶向药物和免疫检查点抑制剂虽然有一定效果,但响应率有限。硫酸乙酰肝素蛋白多糖3(GPC3)在70%至80%的HCC中过表达,而在健康组织中极少表达,因此被视为理想的靶点。在一项针对GPC3的I期临床试验中,接受治疗的患者不仅有部分达到部分缓解(PR),还有部分患者病情稳定(SD),中位生存期达到11.6个月。更令人振奋的是,通过共表达IL-15来武装GPC3 CAR-T细胞,显著促进了T细胞的扩增,使得疾病控制率(DCR)达到66%。而后续升级的C-CAR031产品更是将客观缓解率提升至50%,DCR高达90.9%,展现了极高的治疗潜力。1.3胃癌
胃癌是全球第三大癌症死因。对于晚期患者,现有的化疗和免疫治疗手段往往只能带来有限的总生存期延长。Claudin18.2(CLDN18.2)是一种在胃腺癌中高度表达的异构体,成为了胃癌CAR-T治疗的核心靶点。目前,多项关于CT041(一种靶向CLDN18.2的CAR-T细胞)的临床试验正在开展。汇总数据显示,在晚期消化道肿瘤患者中,CT041的客观缓解率为38.8%,疾病控制率高达91.8%。这一数据充分证明了CAR-T疗法在胃癌治疗中的可行性和巨大潜力。1.4前列腺癌与卵巢癌
前列腺癌免疫原性弱,突变负荷低,传统免疫疗法效果不佳。前列腺特异性膜抗原(PSMA)因其高度特异性成为了主要靶标。临床试验显示,去除TGFβ受体的PSMA CAR-T细胞在去势抵抗性前列腺癌中展示了可行性和安全性,部分患者PSA水平显著下降。在卵巢癌中,间皮素(MSLN)在约70%的病例中高表达。临床试验表明,淋巴耗竭后输注MSLN靶向CAR-T细胞,患者的6个月生存率达到70.2%,且未出现不可控的严重毒性。1.5胶质瘤
胶质母细胞瘤是中枢神经系统最致命的肿瘤,十年生存率极低。由于血脑屏障的存在,药物递送极其困难。CAR-T疗法在此领域的应用多采用局部区域递送,如脑室内或鞘内注射。针对IL-13Rα2、EGFRvIII以及B7-H3的CAR-T细胞在临床试验中均显示出一定的抗肿瘤活性。特别是靶向GD2的CAR-T细胞,在H3K27M突变型弥漫性中线胶质瘤患者中,通过脑室内输注实现了完全且持久的临床反应。此外,同种异体GD2靶向CAR-T细胞的应用,也提高了疗法的临床可及性。
图1. 目前正在进行的嵌合抗原受体T细胞治疗实体瘤的临床试验二、CAR-T疗法治疗实体瘤面临的障碍
尽管临床数据展现出曙光,但CAR-T疗法在实体瘤中的广泛应用仍面临严峻挑战。这些挑战主要集中在抗原逃逸、肿瘤微环境以及安全性隐患与脱靶毒性等五个方面。2.1实体瘤的异质性与抗原逃逸
实体瘤具有高度的遗传和表型多样性,导致肿瘤细胞间的抗原表达呈现动态和差异化的模式。抗原丢失是CAR-T疗法面临的关键挑战,肿瘤细胞可通过下调或完全消除靶抗原来逃避免疫监视。此外,肿瘤的克隆多样性使得部分亚群缺乏靶抗原或通过进化产生耐药机制,导致对治疗的反应不一。这种内在的异质性强调了开发多靶点CAR-T策略或联合治疗方案的必要性,以有效解决抗原逃逸问题。2.2免疫抑制的肿瘤微环境(TME)
实体瘤的肿瘤微环境本质上是免疫抑制性的,严重限制了CAR-T细胞的功能。抑制性细胞群(如Tregs、MDSCs和TAMs)通过分泌抑制性细胞因子或直接细胞接触抑制T细胞功能;TGF-β、IL-10和PD-L1等可溶性抑制因子则会阻碍T细胞的活化、增殖,并促进其耗竭。同时,致密的细胞外基质(ECM)和纤维基质等物理屏障,显著阻碍了CAR-T细胞向肿瘤组织的浸润和空间分布,共同构成了限制CAR-T细胞疗效的恶劣环境。2.3 CAR-T细胞的持久性不足与功能耗竭
在治疗实体瘤时,CAR-T细胞常表现出有限的持久性和严重的功能耗竭。长期暴露于肿瘤相关抗原以及免疫抑制微环境,会导致T细胞表面PD-1、CTLA-4和TIM-3等抑制性受体上调,进而降低其增殖能力和效应功能。此外,缺乏强效共刺激信号会显著限制CAR-T细胞体内的扩增和存活,最终导致其无法维持长效的抗肿瘤活性。2.4安全性隐患与脱靶毒性
安全性问题是限制CAR-T疗法在实体瘤中应用的重要障碍。由于理想的肿瘤特异性抗原(仅在肿瘤细胞高表达且在正常组织不表达)十分稀缺,CAR-T细胞可能错误识别并攻击表达低水平靶抗原的正常组织,从而引发脱靶毒性。这可能导致严重的副作用,如细胞因子释放综合征(CRS)和神经毒性,显著缩小了治疗窗口并限制了疗法的适用性。2.5制造工艺复杂与递送效率低下
CAR-T细胞疗法的生产涉及高度个性化的复杂流程,包括T细胞分离、基因工程改造、体外扩增和严格的质量控制。这些繁琐的步骤不仅对资源造成巨大压力,也导致了高昂的治疗成本。同时,全身性给药常导致CAR-T细胞难以有效穿透并浸润实体瘤,加之肿瘤微环境和物理屏障的阻碍,使得CAR-T细胞无法高效递送至肿瘤部位,严重影响了其治疗效果。
图2. CAR-T疗法治疗实体瘤面临的障碍三、破局之道:前沿技术与创新策略
面对上述挑战,研究人员正在利用合成生物学、基因编辑等前沿技术,从增强T细胞功能、克服微环境限制、优化受体设计及制造工艺等多个维度进行改良。3.1 增强T细胞功能与持久性
为了对抗T细胞耗竭,研究人员正在探索转录因子的调控作用。研究发现,过表达转录因子FOXO1可以促进记忆T细胞的形成并抑制耗竭;而过表达c-Jun或BATF也能显著增强CAR-T细胞的扩增潜力和抗肿瘤效力。
代谢重编程是另一大热点。通过敲除RASA2或PTPN2,可以增强下游信号传导,提高CAR-T细胞的活性。过表达PRODH2或利用腺苷脱氨酶清除免疫抑制性代谢产物腺苷,也能显著改善T细胞在肿瘤微环境中的生存能力和杀伤力。3.2 克服肿瘤微环境的壁垒
针对物理屏障,科学家们尝试通过工程化手段改造CAR-T细胞。例如,过表达肝素酶以降解细胞外基质,或敲除Osr2以减轻生物力学信号诱导的耗竭,从而促进T细胞浸润。
为了改善归巢,研究人员通过分析趋化因子谱,给CAR-T细胞加装了如CXCR2等受体,使其能顺着趋化因子的梯度主动迁移至肿瘤部位。此外,改造CAR-T细胞使其分泌IL-7和CCL19等免疫调节因子,也能在肿瘤局部招募更多的内源性免疫细胞,协同抗肿瘤。
图3. 利用免疫微环境响应细胞因子系统对CAR-T细胞进行工程改造3.3 合成生物学受体与逻辑门控
为了避免脱靶毒性和解决抗原逃逸,合成生物学提供了精细化的解决方案。
双特异性靶向与逻辑门控:利用布尔逻辑,设计AND门控CAR(需同时识别两个抗原才激活)可提高特异性,避免误伤正常组织;OR门控CAR(识别任一抗原即激活)则可覆盖抗原异质性,防止肿瘤逃逸。
新型受体设计:针对传统CAR信号过于强烈易导致耗竭的问题,科研人员开发了合成T细胞受体和抗原受体(STAR)。STAR-T细胞模拟了天然TCR的信号传导方式,反应更温和持久,在低抗原密度肿瘤模型中表现出优于传统CAR-T的效果。此外,通过人工智能优化CAR设计,减少基线信号,也是减少耗竭的重要方向。3.4 创新制造工艺与通用型CAR-T
传统的自体CAR-T制备周期长、成本高。利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术,开发通用型(同种异体)CAR-T细胞已成为趋势。通过敲除T细胞受体(TCR)和HLA分子,可以避免移植物抗宿主病(GVHD)和免疫排斥。这种现货型产品不仅降低了成本,还能利用健康供体T细胞更优的功能状态。
此外,体内直接生成CAR-T的技术也正在兴起。利用脂质纳米颗粒(LNP)将CAR mRNA递送至体内的T细胞,使其在体内直接重编程,这一技术有望彻底改变未来的CAR-T制造模式,极大提高治疗的可及性。四、总结
综上所述,CAR-T疗法在实体瘤中的征途虽然充满荆棘,但随着生物学技术的迭代升级,我们已经看到了突破的曙光。从刘明耀教授团队的综述中可以看出,通过深入解析肿瘤微环境的抑制机制、利用合成生物学设计更智能的CAR受体、以及结合基因编辑技术优化T细胞功能,科学家们正在逐步拆解实体瘤的防御工事。未来,CAR-T疗法不再是单打独斗的细胞药物,而是将联合免疫检查点抑制剂、放疗、化疗及mRNA疫苗等多种手段,形成综合性的治疗矩阵。特别是通用型CAR-T和体内CAR-T制造技术的发展,有望解决成本和可及性的痛点,让更多实体瘤患者能够用得起、用得上这一前沿疗法。尽管前路依然漫长,但在全球科研人员的共同努力下,CAR-T疗法终将跨越实体瘤的鸿沟,成为癌症治疗版图中不可或缺的基石力量,为广大患者带来新生的希望。
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