CAR-T (chimeric antigen receptors T-cell)是目前最常用的一种免疫癌症治疗方法。它的工作原理就是通过在实验室中改变患者的 T 细胞（一种免疫系统细胞），使其能够攻击癌细胞。 CAR-T疗法的基本过程包括，首先自患者的血液提取T细胞； 然后，在实验室中将与患者癌细胞上的某种蛋白质结合的特殊受体的基因添加到 提取的T 细胞中。 这种特殊的受体称为嵌合抗原受体（CAR）。 大量的 CAR-T 细胞在实验室中培养并通过输注给患者。这些改造后的CAR-T细胞能够精准地摧毁癌细胞，帮助患者重获新生（如图）。
CAR-T治疗癌症的工作流程
作为一种新型免疫疗法，CAR-T在治疗某些类型的癌症，如白血病和淋巴瘤方面已经显示出成功。然而，它对实体瘤的治疗效果并不好。失败的一个原因是T细胞只针对一种抗原(在肿瘤上发现的靶蛋白)，如果一些肿瘤细胞不表达这种抗原，它们就能逃脱T细胞的攻击。因此，如何将CAR-T细胞疗法应用于实体瘤治疗是当下亟待解决的难题。
2023年7月5日，美国麻省理工学院 Darrell Irvine 团队等在 《Cell》 期刊发表题为：Vaccine-boosted CAR T crosstalk with host immunity to reject tumors with antigen heterogeneity（疫苗增强的 CAR T 与宿主免疫串扰，以排斥具有抗原异质性的肿瘤） 的研究论文。该研究找到了一种克服CAR-T细胞疗法在实体瘤治疗中效果不佳的方法：使用一种疫苗来增强CAR-T的反应，帮助免疫系统产生针对其他肿瘤抗原的新的T细胞。在对小鼠的研究中，这种方法更有可能根除实体瘤。
这种疫苗增强似乎驱动了一个叫做抗原扩散（Antigen Spreading，AS）的过程，在这个过程中，自身的免疫系统与工程化CAR-T细胞合作，共同抵抗肿瘤。这极大地增强了对肿瘤的杀伤作用，因为不是所有的肿瘤细胞都表达CAR-T细胞所靶向的抗原。
“疫苗+CAR-T”组合疗法的示意图
“疫苗+CAR-T”组合疗法
近些年来，美国食品和药物管理局（FDA）批准了数款CAR-T细胞治疗血液类癌症。在这些疗法中，来自患者自身的T细胞被改造为表达能够识别癌细胞上发现的特定抗原的受体。然而，这些疗法仅对部分血液类癌症有效，而对实体瘤疗效甚微。
为了尝试将CAR-T疗法应用于胶质母细胞瘤（一种十分致命的脑肿瘤），科学家们设计了靶向EGFR突变版本的CAR-T细胞。然而，并不是所有的胶质母细胞瘤细胞都表达这种抗原，当受到CAR-T细胞的攻击时，一些胶质母细胞瘤细胞的反应是停止靶抗原的产生。
早在2019年，Darrell Irvine 教授和马乐园博士等就在 《Science》 期刊发表论文，他们在给小鼠注射CAR-T细胞后不久后，又给小鼠注射了疫苗，这种疫苗携带CAR-T细胞靶向的相同抗原。出人意料的是，这一组合疗法增强了CAR-T细胞对抗胶质母细胞瘤的有效性。
不仅如此，研究团队还发现，这种“疫苗+CAR-T”组合疗法不但有助于工程化的CAR-T细胞攻击肿瘤，而且还有另一种意想不到的效果——它有助于产生针对其他肿瘤抗原的宿主T细胞。这种被称为“抗原扩散”的现象是有效的，因为它产生了大量的T细胞，这些T细胞一起工作，克服实体肿瘤抗原异质性，可以完全根除肿瘤并防止肿瘤再生。
疫苗加强免疫使 CAR T 细胞能够在多种肿瘤模型中引发内源性 T 细胞反应
增强免疫力
在这项最新研究中，研究团队想要探究额外的T细胞反应是如何被激活的。他们使用了2019年研究中相同类型的CAR-T细胞和相同的疫苗，这些细胞被设计成靶向突变的EGFR。研究中的小鼠被注射了两剂疫苗，每剂间隔一周。
研究团队发现，在这些免疫增强的小鼠中，CAR-T细胞发生了代谢变化——增加了γ干扰素（IFN-γ）的产生。IFN-γ是一种有助于刺激强烈免疫反应的细胞因子，这有助于T细胞克服肿瘤的免疫抑制环境，这种环境通常会抑制肿瘤附近的任何T细胞。
内源性肿瘤浸润 T 细胞表现出与抗肿瘤活性增强相关的转录变化CAR T-vax疗法
当CAR-T细胞杀死表达目标抗原的肿瘤细胞时，宿主T细胞，而不是工程化的CAR-T细胞，接触到来自这些肿瘤细胞的其他抗原，进而刺激这些宿主T细胞靶向这些抗原并帮助摧毁肿瘤细胞。
研究团队发现，如果没有宿主T细胞的反应，即使CAR-T细胞摧毁了大部分原始肿瘤细胞，肿瘤也会重新生长。这是因为CAR-T细胞治疗的肿瘤细胞会通过突变而不在表达被工程T细胞靶向的肿瘤抗原，从而实现免疫逃逸。
免疫活性小鼠的长期肿瘤控制需要疫苗驱动的抗原扩散
根除肿瘤
紧接着，研究团队在具有不同水平靶抗原的荷瘤小鼠身上测试了“疫苗+CAR-T”组合疗法。他们发现，即使在只有50%的肿瘤细胞表达靶抗原的肿瘤中，通过CAR-T细胞和宿主T细胞的结合，可以根除其中大约25%的肿瘤类型。靶抗原水平较高的肿瘤成功率更高，当80%的肿瘤细胞表达CAR-T细胞靶向的抗原时，大约80%的小鼠的肿瘤被完全消除。
总的来说，这项研究表明，“疫苗+CAR-T”组合疗法可以有效刺激内源性免疫系统，以避免抗原阴性肿瘤的逃逸。更具体地来说，“疫苗+CAR-T”组合疗法促进树突状细胞（DC）向肿瘤的募集，增加DC对肿瘤抗原的摄取，并引发内源性抗肿瘤T细胞的启动。
这一过程伴随着CAR-T代谢向氧化磷酸化（OXPHOS）的转变，并且严重依赖于CAR-T产生的IFN-γ。由疫苗增强的CAR-T诱导的抗原扩散即使在初始肿瘤为50%CAR抗原阴性时也能实现一定比例的完全缓解，并且通过CAR-T IFN-γ表达的基因扩增进一步增强了异质肿瘤控制。这一组合疗法有望成为治疗实体瘤的有力手段！
改造 CAR T 细胞以增加 IFN-g 表达，与疫苗加强协同作用，以增强抗原传播和排斥具有预先存在的抗原异质性的实体瘤
长期记忆
该项研究的通讯作者Irvine教授说，“这种技术也有望预防肿瘤复发”。在初始治疗大约75天后，这些研究人员给这些小鼠注射与形成原始肿瘤的细胞相同的肿瘤细胞，随后它们被免疫系统清除。接着在大约50天后，他们注射了略有不同的并不表达初始CAR-T细胞靶向的抗原的肿瘤细胞，这些小鼠也能够消除这些肿瘤细胞。
这表明，一旦这些CAR-T细胞开始破坏肿瘤，免疫系统就能够检测到其他的肿瘤抗原并产生也靶向这些肿瘤抗原的“记忆”T细胞群体。虽然这项研究的大部分都是在小鼠体内进行的，但是这些研究人员发现包被着CAR抗原的人细胞也会刺激人CAR-T细胞，这表明这种相同的方法也可能在人类患者身上发挥作用。
Irvine说道，“如果我们选择那些看起来已经治愈的小鼠并用肿瘤细胞重新挑战它们，那么它们会全部清除这些肿瘤细胞。这是这种战略的另一个令人兴奋的方面。人们需要让T细胞攻击许多不同的抗原才能取得成功，这是因为如果CAR-T细胞仅识别一种抗原，那么肿瘤仅需要让这种抗原发生突变就可逃避免疫攻击。如果这种疗法诱导新的T细胞启动，那么这种逃逸机制将变得更加困难。”
Irvine继续说，“在患者身上很快就能做到这一点真的没有障碍，这是因为如果我们获取CAR-T细胞，为它们配备一种任意的肽配体，那么我们就不必改变这些CAR-T细胞。我希望在未来一到两年内，无论如何这种方法都能在患者身上进行测试。”
麻省理工Darrell J. Irvine教授