基于纳米抗体的CAR-T细胞疗法

嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）是经过基因改造，在其表面表达合成CAR分子的T淋巴细胞。CAR分子赋予T淋巴细胞识别细胞表面靶抗原的能力，并对表达这些抗原的细胞介导特异性细胞毒性。

通常，单克隆抗体的单链抗体片段（scFv）被用作CARs的抗原靶向结构域。到目前为止，已有6种CAR-T疗法得到了批准，其中5种CAR-T产品的抗原识别域均基于scFv，只有ciltacabtagene autoleucel使用了单域纳米抗体。然而，单链抗体作为CAR靶向结构域的具有一定的局限性。近年来，研究人员一直在关注其他类型的CAR结构域，包括纳米抗体、肽或配体。其中，纳米抗体作为替代的CAR靶向结构域表现出特别的优势，包括纳米抗体的低免疫原性、稳定性、特异性和高亲和力，以及简单可行的开发过程。许多研究结果证实，在临床前和临床环境中，基于纳米抗体的CAR-Ts可以与基于单链抗体的CAR-Ts发挥同样的功能。

CARs由四个组成部分组成：细胞外抗原识别结构域，最常见的是单链抗体片段；结构成分，如铰链和跨膜结构域；提供维持CAR-T细胞效应器功能的共刺激信号结构域，以及CD3ζ 激活域。

第一代CARs通常只包含CD3-ζ链信号转导结构域。将一个共刺激分子添加到第一代CARs中产生了所谓的第二代CARs，而第三代CARs包括将两个共刺激分子添加到第一代CARs中。这种方法不仅使免疫细胞具有靶向性，而且可以克服免疫耐受困境，使修饰后的免疫细胞具有较强的抗肿瘤活性。

CAR结构的进一步基因修饰赋予CAR-Ts分泌细胞因子的能力，以增强其治疗实体瘤的抗肿瘤活性。通过CAR-Ts在肿瘤部位输送感兴趣的细胞因子被认为对实体瘤的肿瘤微环境（TME）具有显著的调节作用。因此，第四代CAR将CAR-T细胞的直接杀瘤功能与肿瘤部位释放的细胞因子的免疫调节能力结合在一起，而不会产生全身给予此类细胞因子的副作用。此外，第五代CAR-T是基于第二代的CAR，在其细胞内结构域中含有一种感兴趣的细胞因子的细胞内受体。

目前，CAR-T细胞的靶向结构域主要基于单链抗体，重链可变区和轻链可变区之间需要肽连接体，在CAR-T细胞输注后，由于连接体的免疫原性，宿主免疫系统可以通过形成中和抗体来介导针对此类连接体的免疫反应。相反，在纳米抗体的情况下，免疫原性的风险较小，因为纳米抗体缺乏这种合成的连接肽。

到目前为止，还没有任何关于在将纳米抗体用作CAR-T靶向结构域输注到人体后形成产生中和抗体的报告。纳米抗体的序列更类似于人类重链可变区，使得纳米抗体在许多临床应用中更具相容性，免疫原性更低。此外，在人源化的背景下，纳米抗体也往往比单链抗体更具优势，因为纳米抗体的人源化过程更容易。以人源化纳米抗体或单链抗体为靶向结构域的CAR-Ts已在众多临床研究中得到广泛评估。

将单链抗体用作CAR靶向域的另一个限制是CAR聚集导致CAR-T耗竭。这种情况的发生与靶抗原的结合无关，可能起源于CAR的单链抗体可变结构域。单链抗体自聚集的高趋势主要源于其可变结构域上自由暴露的疏水残基或较差的VH或VL结构域折叠稳定性。CAR T表面的CAR聚集触发效应细胞的激活和细胞毒性信号级联，从而导致T细胞衰竭。相反，基于纳米抗体的CAR-T往往不具有CAR表面聚集和靶抗原非依赖性效应细胞激活的局限性。纳米抗体的这种优势是研究它们作为CAR靶向域单链抗体替代品的主要原因之一。

在另一个与CAR-T相关的领域中，单链抗体往往也具有局限性，即串联CAR（TanCARs）。TanCAR是由两个串联抗原结合域产生的双特异性CAR，它们对两个不同的目标抗原或特定目标抗原的两个不同表位具有特异性。对于此类应用，与单链抗体相比，纳米抗体似乎更有利于靶向部分。此外，研究人员已经证明，两个单独单链抗体的VH和VL结构域可能无意中形成交叉对，导致亲和力丧失。此外，与单链抗体相比，纳米抗体的另一个优势是其长CDR3，这使它们能够结合常规单克隆抗体无法触及的特定表位。

B细胞成熟抗原（BCMA）是一种跨膜激活剂和钙调节剂，在调节B细胞成熟和向浆细胞分化中发挥重要作用。BCMA在恶性浆细胞上的高水平表达使其成为各种癌症免疫治疗的重要靶点。2020年，FDA批准IdecabtageneVicleucel（Abecma）用于临床应用，使其成为治疗某些R/R MM患者的第一种基于细胞的癌症疗法。该CAR-T产品的靶向结构域是BCMA特异性单链抗体。然而，BCMA特异性纳米抗体也被用作CAR-Ts的靶向结构域。

2018年，报告了一项I期临床试验（NCT03090659）的结果，该试验测试了基于纳米抗体的自体BCMA重定向CAR-Ts（LCAR-B38M）在R/RMM患者中的安全性和有效性。LCAR-B38M CAR-T是针对两种不同BCMA表位重定向的双表位CAR-T。2022年2月28日， FDA批准了ciltacabtagene autoleucel（CARVYKTI）用于治疗R/R MM成年患者。CARVYKTI使用了与LCAR-B38M相同的CAR结构，在开放标签的多中心临床试验Carticente-1（NCT03548207）中，报告的总有效率为97%（94/97），65名患者（67%）记录了sCR。

此外，2021年，Han等人报告了一项临床试验（NCT03661554）的结果，该试验调查了自体第二代BCMA重定向CAR-Ts的安全性和有效性，其中人源化羊驼衍生的抗BCMA纳米体作为其靶向域，用于R/R MM患者。结果显示，在34名接受治疗的MM患者中，总有效率为88.2%，sCR为55.9%，中位无进展生存期（mPFS）超过一年。这些发现进一步强调了这些基于人源化纳米抗体的CAR-T治疗R/R MM患者的有效性和安全性。

除了已获批的CARVYKTI使用了纳米抗体作为CAR-T靶向结构域外，目前，关于纳米抗体CAR-T靶向结构域的研究在多个热门靶点均有涉及，包括VEGFR2、HER2、PSMA、TAG-72、GPC2、CD38、CD33、CD7、MUC1、EGFR、CD20、CD105、PD-L1和EIIIB等。

作为CARs最常见的靶向结构域，单链抗体往往具有局限性，可能会在给药后阻碍CAR-T产品的安全性和有效性。虽然，到目前为止，美国FDA已经批准了五种基于scFv的CAR-T产品，但是仍然有改进的余地。

因此，CAR的替代靶向结构域的研究逐渐兴起，例如纳米抗体，它可以在很大程度上解决上述基于单链抗体的CAR-T限制。基于纳米抗体的CAR-Ts可能与基于单链抗体靶向结构域的传统CAR-Ts一样有效。此外，由于其单体结构，纳米抗体具有低免疫原性，并且不会引起聚集导致T细胞耗竭。另外，在串联CAR的结构中，纳米抗体没有亲和力丧失的限制，这被认为是单链抗体设计中可能存在的问题。

值得一提的是，截至2022年2月，所有经FDA批准的CAR-T产品均为基于单链抗体的靶向域，而ciltacabtagene autoleucel是FDA批准的第一个基于VHH的CAR-T产品。这种BCMA重定向纳米抗体CAR-T产品在R/R MM患者中表现出令人鼓舞的临床结果，这表明纳米抗体CAR-T产品在临床上可以与传统的基于单链抗体的CAR-T产品一样有效且耐受性良好，为基于纳米抗体的CAR-T细胞疗法展示出光明的前景。

参考文献：

1. Nanobody-based CAR-T cells for cancerimmunotherapy. Biomark Res. 2022; 10: 24.