免疫细胞治疗作为一种新兴的突破性治疗方式,因其多机制精准杀伤的独特临床治疗优势受到了广泛的关注。在免疫细胞治疗中,来自患者或者供体的免疫细胞经过改造、激活或扩增,增强了在体内进行识别和杀伤致病细胞的能力。2010年,FDA批准上市了首个自体细胞治疗产品——DC细胞疫苗Provenge用于治疗前列腺癌,该产品成为免疫细胞治疗商业化的里程碑。此后多个针对儿童B细胞急性淋巴细胞白血病、弥漫性大B细胞淋巴瘤,多发性骨髓瘤等肿瘤疾病的嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor-T-cell, CAR-T)治疗药物以及用于治疗不可切除或转移性黑色素瘤的肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocyte, TIL)疗法相继获批上市,进一步拓宽了免疫细胞治疗的临床实践。时至今日,在研和已批准上市的免疫细胞治疗药物以CAR-T、体内诱导的嵌合抗原受体in vivo CAR细胞,TIL、T细胞受体工程化T细胞(TCR-transduced T cell, TCR-T),工程化的自然杀伤细胞(natural killer cell, NK)疗法以及巨噬细胞疗法为核心,在肿瘤、自免等疾病领域取得了激动人心的进展。
近年来,新兴的体内诱导CAR-T/NK等细胞治疗药物将编码 CAR构建的DNA或RNA分子装载到LNP、类病毒颗粒、经过改造的慢病毒或AAV等载体中,并给药至患者体内,避免了细胞的体外扩增培养,使得制造更灵活,成本更低。患者体内的细胞被改造为表达 CAR 的效应细胞,识别、杀灭表达相应目标抗原的肿瘤或病变细胞。其中非病毒类载体例如LNP、聚合物纳米粒子等,不将转入的基因整合入患者基因组、可实现短期且更为可控的CAR编辑表达,降低插入致突变风险,同时可携带更大的编码组,装载不同的靶向分子,可多次给药。而如慢病毒、逆转录病毒一类的载体则可以将转导的CAR编码整合入患者体内,做到一次给药,长期表达。多样化的递送系统使得体内诱导CAR细胞临床前安评研究关注点亦有所差异。例如非病毒载体递送系统由于往往需要多次给药,需更加关注药物以及载体各组分的免疫原性,而慢病毒类基因整合型载体则需要关注脱靶风险和被转导改造后T细胞的成瘤性。
细胞治疗相应的法规和技术指南文件
由于非体内诱导的免疫细胞治疗药物为活细胞产品,且涉及到工程化改造,全球多个国家和地区的监管机构针对细胞治疗的特点评估制定了相应的法规和技术指南文件,用以规范和指导临床前和临床阶段中的药理学研究。目前,非临床阶段可以参考的部分国内外法规和技术指导原则如下表所示:
表1:NMPA,FDA和EMA关于细胞治疗非临床研究的部分法规和指导原则
细胞治疗的免疫毒性
免疫毒性评估是药物安全评估的一个重要环节。由于免疫细胞治疗药物具有直接干预利用免疫系统,激活并增强特定免疫应答的独特机制,同时不少免疫细胞治疗药物的靶点也直接作用于致病免疫细胞,因此,免疫毒性风险评估也是免疫细胞治疗药物非临床评价的重点之一。
细胞治疗的免疫毒性类型
免疫细胞治疗药物相关联的免疫毒性主要可被分类为“肿瘤内在靶毒性(on-target, on-tumor)”,“肿瘤外在靶毒性(on-target, off-tumor)”, 以及“脱靶毒性(off-target, off-tumor)”三种1。
靶向肿瘤的在靶毒性
靶向肿瘤的在靶毒性是与免疫细胞介导的治疗杀伤效果直接相关的反应,输入的免疫细胞治疗药物在与靶细胞结合后短时间内形成大量细胞因子的释放和靶细胞杀伤效应2。这类反应主要包括细胞因子释放综合征(Cytokine Release Syndrome, CRS)、巨噬细胞活化综合征(macrophage activation syndrome,MAS)和肿瘤裂解综合征(tumor lysis syndrome, TLS)。
这些反应多见于免疫治疗产品用于肿瘤治疗的报道。而在针对非肿瘤疾病的治疗中,免疫细胞治疗也有可能引发在靶毒性:例如CRS在CAR-T细胞治疗自身免疫疾的临床实验中也有报道3。
细胞因子释放综合征CRS:
在免疫细胞治疗中,细胞因子释放综合征CRS又称细胞因子风暴,是指输入的免疫细胞与目的抗原特异结合后被过度活化,迅速增殖,分泌细胞因子,进一步刺激其他免疫细胞释放大量炎性细胞因子和趋化因子。例如在接受CD19 CAR-T免疫细胞治疗的患者中,观察到输注入体内后被活化的T细胞产生如IL-2、TNF-α、IFN-γ、GM-CSF等细胞因子,刺激CAR-T细胞的增殖和杀伤,这些因子通过血液系统被传递到各处,通过放大效应进一步激活免疫系统中的单核细胞、巨噬细胞和其他免疫细胞,释放更多例如IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IL-15,IFN-γ、IP-10,GM-CSF和 MCP-1等的炎性细胞因子和趋化因子,发生联级反应,引起并加剧组织损伤和多器官功能衰竭4–6。此时免疫细胞、肿瘤细胞、细胞因子和坏死组织之间产生相互作用,形成复杂网络,促进CRS相关的病理生理学改变。在临床上,这些释放的因子特别是IL-6, IL-10, IL-15,和IL-2 Rα被认为是检测CRS的生物标志物,和铁蛋白和CRP蛋白一道,广泛用于CRS的监控和预测5。
在免疫细胞治疗的非临床研究中,通常使用体外细胞因子释放实验和动物模型(如适用)相结合的方式,来模拟预测临床上CRS可能的释放。在动物模型预测CRS时,主要评估来源于细胞治疗药物及其替代分子的细胞因子,考虑到药物和动物模型的不同特征,有时也需要评估动物模型宿主本身来源的细胞因子释放来观察毒性反应,这点在使用非重度免疫缺陷的动物模型时尤为重要。
巨噬细胞活化综合征MAS
与CRS一样,获得性巨噬细胞活化综合征/噬血细胞性淋巴细胞组织增生症(macrophage activation syndrome or haemophagocytic lymphohistiocytosis, MAS/HLH)也是一种临床CAR-T治疗中出现的严重不良反应。在T细胞相关的细胞治疗药物中,MAS/HLH 与CRS一样,都被认为是T细胞主导的炎症反应导致网状内皮组织的过度激活的表现。
由于CAR-T细胞高度的活化作用,CRS和MAS反应多见于CAR-T细胞治疗的报道中,在TCR-T与TIL则比例略少7,8。在已被FDA批准上市的TIL疗法 Lifileucel 的临床毒理学实验9以及其他TIL疗法的临床实验报道10,11中,研究者认为观察到严重的CRS等临床副作用主要由刺激TIL体内增殖的IL-2细胞因子给药引起,与IL-2给药剂量正相关,且在IL-2给药停止后观察到病人很快从严重副作用中恢复,不影响后续TIL的药效。
肿瘤裂解综合征TLS
肿瘤裂解综合征(tumor lysis syndrome, TLS)是一种理论上可能涉及多种免疫细胞治疗的免疫毒性反应。在这种反应中,有效的治疗使大量肿瘤细胞在短时间内裂解,导致胞内大量钾、磷离子以及核糖核酸从肿瘤细胞中释放进入体循环,形成电解质以及新陈代谢紊乱12,13。在CAR-T细胞治疗临床实验中,多种靶向CD19和BCMA的CAR-T均有TLS相关的报道产生17。
靶向非肿瘤的在靶毒性
由于免疫细胞治疗靶向的肿瘤相关抗原(tumor-associated antigens, TAA)在某些非肿瘤细胞中往往也有一定表达,免疫治疗细胞对于健康的细胞或组织也能产生在靶的免疫毒性2。例如在TCR-T 细胞治疗中,针对TAA肽段优化编辑的TCR亦可能识别其他组织中的低表达的该抗原并反应。此外,靶向CD19 的B细胞靶标的CAR-T治疗同时会抑制表达CD19的健康B细胞,引发B细胞发育不良,以及相关继发性的免疫毒性,长期可能会降低体内抗体表达,损伤针对体外抗原的免疫反应,并且提高感染性疾病发生的可能性14
免疫效应细胞相关神经毒性综合征ICANS
除了CRS之外, CAR-T治疗常见报道的另一严重不良反应为免疫效应细胞相关神经毒性综合征(immune effector cell-associated neurotoxicity syndrome, ICANS),又称为CAR-T细胞相关脑病(CAR T cell-related encephalopathy syndrome, CRES)15。尽管ICANs的机理还未完全探明,现有的共识是大量的炎症细胞因子聚集后,造成血管内皮的破碎、激活,消耗性凝血障碍以及血脑屏障的破坏16-18。
脱靶毒性
被激活的免疫细胞药物可能会通过非特异性的杀伤机制,例如旁观者效应,对不表达靶标的健康器官和组织造成脱靶毒性。此外,工程化细胞治疗类产品会在基因编辑中用到一些基因插入片段以及载体系统,在临床上可能会激发患者对于移植物的排异反应 (host-vesus-graft reaction, HvGR)。除了由于免疫原性造成被输注的治疗药物细胞在患者体内被清除外,也可能诱发免疫毒性19。
在下期推文中,我们将会介绍免疫细胞治疗的临床前免疫毒性分析关注点。目前,药明康德临床前大分子生物分析平台已建立全面的能力,拥有支持CAR-T/NK,in vivo CAR等免疫细胞治疗的临床前生物分析经验:qPCR、ddPCR、FACS平台可以支持细胞动力学/药代动力学考察,以及进行目标细胞耗竭的检测,支持药效学评估。qPCR、ddPCR 平台还可在常用动物模型如小鼠/NHP等中进行免疫细胞治疗药物的组织分布等分析。质谱分析平台拥有多种阳离子脂质和PEG检测的内部方法,可以支持新型LNP载体组分的检测。另外,ELISA,MSD,Luminex及FACS平台也建立了丰富的内部方法,可以进行各种免疫毒性细胞因子和生物标志物的分析,以及 CAR/PEG/AAV等免疫细胞治疗药物组分的抗药抗体检测,以便在临床前阶段更全面地考察细胞治疗产品的有效性和安全性。我们也将持续建设新能力,打造免疫细胞治疗产品临床前研究的全面的一体化赋能平台。
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