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嵌合抗原受體 (CAR)-T 細(xì)胞已成為治療惡性癌癥的傳統(tǒng)放療、化療和免疫療法的有希望的替代方案。 CAR 是一種工程化受體，旨在調(diào)節(jié) T 細(xì)胞受體 (TCR)，由四個(gè)主要部分組成：(i) 細(xì)胞外靶抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)域、(ii)鉸鏈或間隔區(qū)、(iii)跨膜結(jié)構(gòu)域和 (iv) 一個(gè)或幾個(gè)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)域。這些合成結(jié)構(gòu)域隨后被包裝到病毒載體中并轉(zhuǎn)導(dǎo)到 T 細(xì)胞中，在那里它們將免疫反應(yīng)重定向到惡性細(xì)胞。
摻入 T 細(xì)胞膜中的嵌合抗原受體 (CAR) 的結(jié)構(gòu)。
臨床試驗(yàn)引起了科學(xué)界的關(guān)注，并激發(fā)了人們對(duì) CAR 研究和開發(fā)的興趣。因此，CAR 設(shè)計(jì)自誕生以來已經(jīng)發(fā)生了巨大的發(fā)展，但其總體結(jié)構(gòu)經(jīng)受住了多次試驗(yàn)，并繼續(xù)為 T 細(xì)胞療法的開發(fā)提供有效的框架。
與傳統(tǒng)抗體類似，抗原結(jié)合域賦予 CAR 靶點(diǎn)特異性。因此，該結(jié)構(gòu)域還決定了 CAR-T 細(xì)胞療法的親和力和親和力，從而影響其療效。傳統(tǒng)上，CAR 的這一組件源自單克隆抗體的可變重鏈 (V H ) 和輕鏈 (VL )，通過接頭結(jié)合形成單鏈可變片段 (scFv)。
這些 scFv 通常靶向癌細(xì)胞的膜結(jié)合表面受體，并導(dǎo)致主要組織相容性復(fù)合物 (MHC) 獨(dú)立的 T 細(xì)胞激活。由于其在細(xì)胞激活中的作用，抗原親和力必須足夠高和選擇性，但不足以誘導(dǎo)表達(dá) CAR 的 T 細(xì)胞死亡。此外，研究還表明，對(duì)同一靶標(biāo)具有相似親和力的 CAR-T 細(xì)胞可能會(huì)導(dǎo)致截然不同的臨床結(jié)果。這些差異可以通過癌細(xì)胞表面的表位位置和抗原密度等因素來解釋。
抗原結(jié)合域開發(fā)的另一個(gè)重要考慮因素是scFv 聚集。 scFv 在強(qiáng)直信號(hào)傳導(dǎo)（即以不依賴于抗原的方式進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)）中發(fā)揮重要作用，因此，它們的過度聚集可導(dǎo)致高強(qiáng)直信號(hào)傳導(dǎo)和隨后的 T 細(xì)胞早期耗盡。聚集可能是由低折疊穩(wěn)定性或 V H -V L界面處暴露的疏水殘基引起的。限制這種效應(yīng)使我開始對(duì) T 細(xì)胞中 CAR 的表達(dá)水平進(jìn)行精細(xì)控制。
簡(jiǎn)而言之，CAR-T細(xì)胞的最佳治療效率始于在親和力、表位特異性和CAR表達(dá)水平方面實(shí)現(xiàn)平衡。這反過來又凸顯了在開發(fā)早期階段需要進(jìn)行廣泛的 scFv 表征和工程設(shè)計(jì)。
鉸鏈區(qū)或間隔區(qū)是 CAR 的胞外結(jié)構(gòu)，從抗原結(jié)合域延伸至跨膜域。該區(qū)域?yàn)?scFv 提供了靈活性，可用于增強(qiáng)對(duì)空間上無法接近的區(qū)域中目標(biāo)表位的識(shí)別。
鉸鏈設(shè)計(jì)，即長(zhǎng)度和組成，也會(huì)影響 CAR 表達(dá)、信號(hào)傳導(dǎo)和強(qiáng)度激活輸出。最佳間隔長(zhǎng)度取決于靶表位的位置和靶細(xì)胞上的空間位阻水平。例如，大量研究表明，長(zhǎng)間隔區(qū)可以更好地接近近膜表位或糖基化抗原。相反，當(dāng)靶向膜遠(yuǎn)端表位時(shí)，短鉸鏈更有用。但實(shí)際上，間隔區(qū)長(zhǎng)度需要針對(duì)每個(gè)特定的配體-scFv 對(duì)進(jìn)行定制。與 scFv 對(duì)特定抗原的親和力類似，長(zhǎng)間隔區(qū)可以產(chǎn)生特別強(qiáng)烈的體內(nèi)反應(yīng)，但也會(huì)導(dǎo)致激活誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。
常用的鉸鏈區(qū)源自膜結(jié)合受體（CD8 或 CD28）或 IgG（IgG1 或 IgG4）。然而，已知 IgG 衍生的間隔區(qū)與 Fcγ 受體 (FcγR) 相互作用，導(dǎo)致先天免疫反應(yīng)激活和 CAR-T 細(xì)胞耗竭。因此，大多數(shù) IgG 衍生的間隔區(qū)都會(huì)發(fā)生突變，以盡量減少與 FcγR 的相互作用。
除了在 CAR 信號(hào)傳導(dǎo)中的作用外，鉸鏈區(qū)還常用于在工程化后量化和純化 T 細(xì)胞的 CAR 陽(yáng)性子集。為此，當(dāng)與 IgG 衍生的間隔區(qū)一起使用時(shí)，可以使用抗 Fc 抗體。此外，Strep標(biāo)簽序列已成功引入CAR間隔區(qū)，以確保更有效地定量和純化CAR陽(yáng)性細(xì)胞。
跨膜結(jié)構(gòu)域將胞外 CAR 結(jié)構(gòu)域錨定到 T 細(xì)胞膜上。與 CAR-T 細(xì)胞結(jié)構(gòu)的其他模塊相比，評(píng)估跨膜結(jié)構(gòu)域的重要性和作用的文獻(xiàn)要少得多。然而，最近的報(bào)告表明，該結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)和組成可以改變表面表達(dá)水平并決定所表達(dá)的 CAR 的膜穩(wěn)定性。跨膜結(jié)構(gòu)域已被證明可以控制涉及CAR 組裝、激活和聚類的其他關(guān)鍵反應(yīng)。此外，已知該結(jié)構(gòu)域會(huì)影響細(xì)胞因子的釋放，如果過量，可能會(huì)導(dǎo)致高度的非特異性毒性。
作為一般規(guī)則，大多數(shù) CAR 包含源自相鄰鉸鏈或信號(hào)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)域的同一蛋白質(zhì)的跨膜序列。這些結(jié)構(gòu)域大部分源自CD3z、CD4、CD8α 或 CD28，每個(gè)結(jié)構(gòu)域都賦予 CAR-T 細(xì)胞截然不同的特性。例如，CD3δ衍生的跨膜結(jié)構(gòu)域?qū)е?CAR 摻入內(nèi)源性 TCR（T 細(xì)胞受體）中，這通常伴隨著 T 細(xì)胞激活的增加和復(fù)合物穩(wěn)定性的降低。相比之下，CD8α 或 CD28 衍生的跨膜結(jié)構(gòu)域顯示出增強(qiáng)的膜穩(wěn)定性。有必要更多地研究這些結(jié)構(gòu)域?qū)?CAR-T 穩(wěn)定性和療效的影響。
胞質(zhì)內(nèi)或胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域是受體的功能末端。雖然胞外域（抗原結(jié)合域和間隔域）負(fù)責(zé)引導(dǎo) T 細(xì)胞朝向特定靶點(diǎn)，而跨膜域?qū)?CAR 錨定在膜上，但胞內(nèi)域的作用是將信號(hào)傳遞至 T 細(xì)胞并啟動(dòng)信號(hào)級(jí)聯(lián)。
然而，為了有效響應(yīng)，共刺激信號(hào)對(duì)于維持級(jí)聯(lián)至關(guān)重要。在絕大多數(shù) FDA 批準(zhǔn)的 CAR-T 細(xì)胞中，主要信號(hào)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)域通常源自 CD3z，而共刺激結(jié)構(gòu)域（與 CD3z 相鄰）源自 CD28 和 4-1BB (CD137)。其他共刺激信號(hào)，例如 ICOS、CD27、MYD88 加 CD40 和 OX40 也在臨床前試驗(yàn)中證明了功效，但需要更多的研究來確定它們的體內(nèi)功效。
共刺激結(jié)構(gòu)域還決定T 細(xì)胞分化途徑、代謝周期、細(xì)胞凋亡和激活誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。近年來，功能性細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)域的研究在科學(xué)界中越來越重要，因此，優(yōu)化其設(shè)計(jì)策略是確保功效的重要方法。
盡管 CAR-T 細(xì)胞療法很復(fù)雜，但當(dāng)根據(jù) CAR 的基本結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行分解和分析時(shí)，可以更好地理解它們。 CAR 是合成受體，旨在引導(dǎo) T 細(xì)胞到達(dá)特定靶點(diǎn)，因此，它們包含一個(gè)抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)域并鉸接在細(xì)胞外空間、一個(gè)負(fù)責(zé)錨定到細(xì)胞膜上的跨膜結(jié)構(gòu)域以及一個(gè)旨在觸發(fā)的內(nèi)質(zhì)結(jié)構(gòu)域。信號(hào)級(jí)聯(lián)，是 CAR-T 細(xì)胞功效的基礎(chǔ)。
盡管 CAR-T 細(xì)胞設(shè)計(jì)最近取得了進(jìn)展，但這些基本結(jié)構(gòu)模塊仍然充當(dāng)構(gòu)建新療法的框架。然而，目前CAR-T細(xì)胞開發(fā)的困難表明需要更好的高通量篩選工具，以確保這些細(xì)胞的所有結(jié)構(gòu)成分都得到優(yōu)化并適應(yīng)每種特定疾病。
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