CAR-巨噬细胞的研究现状与挑战

CAR-T细胞治疗是一种细胞免疫疗法，是指通过基因克隆技术将具有特异性抗原识别域和T细胞激活信号的遗传物质转移到T细胞中，使T细胞与肿瘤细胞表面的特异性抗原结合直接激活的方法。 CAR-T细胞已成功用于治疗循环系统恶性肿瘤，如B细胞源性恶性肿瘤。 CAR-T治疗成功后，人们又将CAR策略应用于NK细胞，开发出了类似于CAR-T治疗的CAR-NK细胞疗法。

单核吞噬细胞系统（ MPS ）的两种主要细胞类型是单核细胞和单核细胞衍生的巨噬细胞，它们都具有吞噬功能。MPS选择性地吞噬外部目标如微生物，然而，巨噬细胞无法识别和攻击肿瘤。即使在肿瘤组织内，巨噬细胞也不会在吞噬或抗原呈递中发挥作用，而是转变为免疫抑制M2型，阻止免疫系统清除肿瘤细胞。

此外，除了巨噬细胞吞噬的阳性信号外，还有相反的信号阻止巨噬细胞吞噬目标肿瘤细胞，如CD47。这些信号自从被发现以来就成为一个热门的研究领域。

鉴于目前CAR-T细胞治疗的成功和CAR-NK细胞的发展潜力，研究人员对开发用于肿瘤免疫治疗的CAR巨噬细胞（ CAR-M ）产生了极大的兴趣。CAR-M的出现为治疗实体瘤开辟了新的可能性：用特异性CARs修饰人巨噬细胞，以提高巨噬细胞对肿瘤的吞噬活性和抗原呈递。

目前使用CAR-M治疗癌症已进行了多种尝试。研究人员设计了嵌合抗原受体吞噬细胞（ CAR-P ），它可以引导巨噬细胞吞噬特定的靶细胞。

研究证明，表达Megf10或FcRv胞内结构域的CAR-P可促进对靶抗原的吞噬能力。CAR-PMegf10可以特异性地触发对靶向配体的吞噬作用，通过酪氨酸磷酸化的局部信号级联反应启动吞噬，TCR-CD3ζ可能通过招募syk激酶而促进CAR-P的吞噬作用。

全细胞吞噬是比较罕见的，而啃咬靶细胞更为频繁，这表明CAR-P巨噬细胞与靶细胞之间的相互作用不足以触发直接的全细胞吞噬。已有研究发现，PI3K信号在大靶点的内吞过程中起重要作用，可以促进巨噬细胞的吞噬作用。研究人员将pI3K p85亚单位与CAR-P-FcRv连接起来，形成一个“串联”CAR（ CAR-Ptandem ）。CAR-Ptandem具有较好的全细胞吞噬功能。

宾夕法尼亚大学的研究人员使用含有CD3-ζ胞内结构域的抗HER2的CAR-M。在两种实体瘤移植的异位小鼠模型中，单次注射抗HER2-CAR-M可降低肿瘤负荷，延长小鼠存活时间。在人源化小鼠模型中还发现， HER2-CAR-M能够将M2巨噬细胞转化为M1巨噬细胞，诱导炎症性肿瘤微环境，增强T细胞的抗肿瘤细胞毒性。此外，还发现HER2-CAR-M可能产生表位扩散，为避免肿瘤免疫逃逸提供了新思路。

Zhang等人利用诱导多能干细胞（ iPSCs ）表达CAR结构并分化为巨噬细胞，命名为CAR-iMac。研究表明，表达CAR的iPSCs能分化为巨噬细胞样细胞，在无抗原的情况下，CAR-iMac更接近M2极化状态。然而，在存在特异性抗原的情况下如CD19，CAR介导的信号促进了CAR-iMac的吞噬作用，并导致CAR-iMac向促炎的M1型的转化。iPSC来源的巨噬细胞可能成为髓系肿瘤免疫治疗的重要细胞来源。

CAR-T治疗实体瘤无效的一个重要原因是T细胞难以进入肿瘤组织。这是因为实体瘤细胞外基质（ ECM ）形成的物理屏障阻止了T细胞进入肿瘤组织。ECM由高度有序的纤维分子、糖蛋白和其他大分子产生，其合成和降解主要受基质金属蛋白酶（ MMPs ）和金属蛋白酶组织抑制剂（ TIMPs ）的调控，而巨噬细胞就是MMP的重要来源。

研究人员设计了一种CAR-147的结构，它由靶向人HER2的单链抗体、IghG1的铰链区和小鼠CD147分子的跨膜和细胞内区域组成。CAR-147与HER2+人乳腺癌细胞共培养后，在CAR-147巨噬细胞中诱导多个MMP的表达，证明CAR-147能特异性识别HER2抗原，有效激活巨噬细胞中MMP的表达。CAR-147巨噬细胞在体外不抑制肿瘤细胞增殖，但静脉注射CAR-147巨噬细胞可显著抑制4T1乳腺癌小鼠模型的肿瘤生长。同时发现用CAR-147巨噬细胞治疗的肿瘤中T细胞所占的比例远高于对照巨噬细胞治疗的肿瘤，说明CAR-147巨噬细胞能破坏肿瘤细胞外基质，促进T细胞向肿瘤浸润。

直到2020年11月，两个基于CAR-M策略的临床试验已经获得FDA的批准。第一个是来自CARISMA Therapeutics的候选药物CT-0508，它用抗HER2的CAR-M治疗复发/难治性HER2过度表达的肿瘤患者（ I期临床试验 ）。另一个是Maxyte的MCY-M11，它利用mRNA转染PBMC表达靶向间皮素的CAR（ 包括CAR-M ），治疗复发/难治性卵巢癌和腹膜间皮瘤患者，目前正在招募志愿者进行I期临床试验。

关于CAR-M的临床转化，有几个方面需要注意：第一，CAR-M的安全性和有效性是该疗法的基础，虽然已经通过动物实验进行了验证，但CAR-M在人体内的安全性和有效性仍有待验证；其次，可靠的细胞来源和扩增是CAR-M临床应用的必要条件，CAR-M可由PBMC或iPSCs制备。此外，与T细胞不同，巨噬细胞发生GVHD的风险较低，这意味着可以提前生产产品，供患者按需使用。第三，还有一个问题必须考虑，目前，CAR-M多采用病毒转染的方法，可能会诱发插入突变， CRISPR/Cas9为解决这一问题提供了新的可能性，仅需一周即可完成CAR-T基因的编辑。

与CAR-T和CAR-NK细胞相似，CAR-M细胞由识别特定肿瘤抗原的细胞外信号传导域、跨膜区域和细胞内激活信号区域组成。 目前，对细胞外信号域的研究主要几种在几种常见的肿瘤靶点，如CD19和HER2。

与CAR-T细胞不同，CAR-M细胞具有以下三个优点。

1）由于肿瘤细胞周围基质形成的物理屏障，T细胞不能进入肿瘤环境，而巨噬细胞可以明显地浸入肿瘤环境中。TAM在肿瘤侵袭、转移、免疫抑制和血管生成中起着重要作用。CAR-M能降低TAM的比例，影响TAM的细胞表型，对肿瘤的治疗有积极作用。

2）CAR-M除了具有吞噬肿瘤细胞的作用外，还具有促进抗原提呈能力和增强T细胞杀伤的作用。

3）与CAR-T相比，CAR-M的循环时间有限，非肿瘤靶向毒性较小。

尽管CAR-M有很大的潜力成为一种强有力的肿瘤免疫治疗方法，但要达到预期的效果还需要克服许多问题。首先是细胞数量的限制：无论是在体外还是在体内注射后，巨噬细胞都不会增殖。患者只能接受有限数量的巨噬细胞，这可能会影响治疗效果。二是与巨噬细胞在体内的迁移特性有关。注射后，外源性巨噬细胞通过肺部，然后大部分留在肝脏，不利于癌症的治疗。三是复杂的肿瘤微环境。尽管CAR-M在小鼠模型中取得了很好的效果，但人类实际的肿瘤微环境要比动物模型复杂得多。最后，由于肿瘤细胞的高度异质性，靶抗原的表达可能不够。这一问题在CAR-T治疗中一直非常突出。临床研究发现，大多数被CAR-T细胞去除的肿瘤细胞都有高水平的靶抗原表达。可以预见，这也将成为CAR-M疗法发展的一大障碍。

CAR-M疗法在 动物实验中已显示出其有效的抗肿瘤能力。 与CAR-T和CAR-NK相比，CAR-M作为一种新的细胞免疫疗法有其独特的优势，但也有许多不足需要克服。 因此，在今后的临床治疗中应注意最大限度地提高CAR-M的有效性和安全性。 我们有理由相信，随着科学技术的进一步发展，CAR-M很快将在患者身上显示出疗效，为肿瘤免疫治疗再添助力！

参考文献：

1.CAR-macrophage: A new immunotherapy candidate against solid tumors. Biomed Pharmacother. 2021 Jul;139:111605.