杰论 | 细胞治疗TCR-T与肿瘤抗原靶点

近年来，癌症的免疫治疗取得了巨大进展，T细胞受体（T cell receptor，TCR）基因工程化T细胞（TCR-T细胞）的过继性细胞移植（Adoptive cell transfer，ACT）获得了显著的临床疗效，即TCR-T细胞治疗。TCR-T细胞治疗是通过基因工程技术将已知能识别肿瘤抗原的TCR序列安装到T细胞表面，使改造后TCR-T细胞能有效识别并杀伤瘤细胞，与CAR-T疗法不同的是，TCR-T细胞依靠TCR去识别肿瘤抗原，因此需主要组织相容性复合体（MHC）分子对肿瘤抗原进行呈递。

TCR-T细胞疗法的工作原理和基本步骤如下：

1）选择目标抗原

确定肿瘤特异性或肿瘤相关抗原，这些抗原是癌细胞表面的特异性标记物。

2）获取患者T细胞

通过血液样本从患者体内分离收集T细胞。

3）基因工程改造

将针对特定抗原的T细胞受体（TCR）基因引入到癌症患者的T细胞中，以使T细胞能够识别并攻击带有该特定抗原的癌细胞。

4）T细胞扩增

在实验室中将改造后的T细胞大量扩增。

5）重新回输患者体内

将这些改造后的T 细胞回输到患者体内，使其可以定向攻击癌细胞。

图1：TCR工程化T细胞疗法的过程

当前TCR疗法的研究已取得很大进展，在TCR-T细胞治疗中，肿瘤抗原的选择至关重要，因为它们决定了T细胞将针对哪些细胞发起攻击。肿瘤抗原是一类在肿瘤细胞表面或内部表达的蛋白质，它们可以被免疫系统识别为非自身成分，从而激发免疫反应。肿瘤抗原的发现和研究对于癌症的诊断、治疗和预防具有重要意义。目前广泛研究的肿瘤抗原主要包括 肿瘤相关抗原（tumor-associated antigens，TAAs）和肿瘤特异性抗原（tumor-specific antigens，TSAs）。

图2：肿瘤抗原靶点

肿瘤相关抗原（tumor-associated antigens，TAAs）和肿瘤特异性抗原TSAs之间存在一定区别，在选择靶抗原时需要仔细考虑这些差异，这是新药开发的关键一步，选择不当的抗原（如表达水平或免疫原性差）是临床前研究失败的主要原因。

图3：肿瘤相关抗原和肿瘤特异性抗原的区别

肿瘤相关抗原是指那些在肿瘤细胞表面或内部表达的分子，它们可以被免疫系统识别，但并不仅限于肿瘤细胞表达，它们在正常细胞中也可能存在，只是在肿瘤细胞中的表达水平更高。这些抗原在肿瘤的发生、发展和转移过程中起着重要作用，并且可以作为癌症诊断、治疗和预后评估的重要标志物。肿瘤相关抗原主要包括癌症种系抗原、过表达抗原和分化抗原。

1）癌症种系抗原（Cancer germline antigens，CGAs）

癌症种系抗原，来源于胎儿发育过程中表达的基因，这类基因在除了种系组织外的大多数健康成人组织中被表观遗传学沉默，不表达或低表达，然而，在某些肿瘤中被重新激活，它们通过DNA去甲基化可以在多种肿瘤中表达，并可以产生被T细胞识别的肽片段。除了肿瘤细胞，这些基因一般在种系组织（如睾丸、卵巢）中也表达，所以称为种系抗原，因为他们在睾丸中表达，也被称为癌症-睾丸抗原（cancer/testis antigen，CTA），这些基因在多种肿瘤中被发现。

目前已经鉴定了超过110种的CT抗原，分属于MAGE、BAGE、GAGE、SAGE、HAGE、SSX、SCP1、LAGE及NY-ESO-1等十余个基因家族。CT抗原是一类较为理想的TCR-T细胞治疗靶点。靶向肿瘤相关CT抗原的T细胞能够选择性地清除肿瘤细胞，且避免或减少对正常组织的毒性。其中，研究较多的是MAGE-A、MAGE-B、MAGE-C和NY-ESO-1家族蛋白分子，CT抗原是TCR-T细胞研究中的热门靶点。

CGAs的研究进展表明，它们是癌症免疫治疗的重要靶点。这些抗原在肿瘤细胞表面表达，可以被免疫系统识别，从而激发针对肿瘤的免疫反应。CGAs的免疫原性使其成为开发癌症疫苗和细胞治疗策略的理想目标。例如，一些CGAs，如NY-ESO-1和MAGE-A家族成员，已经在临床试验中作为免疫治疗的靶点。

图4：种系抗原免疫应答

2）过表达抗原（Overexpressed antigens）

过表达抗原在肿瘤细胞和正常细胞中均有表达，但在肿瘤细胞中的表达量较高，在健康细胞上表达量较少或几乎不表达。这些抗原可能是正常的蛋白质，但由于在肿瘤细胞中的过量表达，使得它们成为免疫细胞识别和攻击肿瘤细胞的潜在靶点，因此成为TCR-T治疗的理想靶点。虽然靶向此类抗原会导致“在靶脱肿瘤”毒性风险，但肿瘤和正常细胞之间的差异表达可实现一定的治疗窗口，TCR-T细胞可能会杀伤高抗原表达的癌细胞，从而对低抗原表达的健康组织损害最小。被广泛研究的过表达抗原的例子为Wilms的肿瘤抗原1 (WT1)，是一种转录因子，在白血病细胞中的表达比正常细胞高10到1000倍。

肿瘤过表达抗原的研究不仅有助于我们更好地理解肿瘤的生物学特性，还为肿瘤的诊断和治疗提供了新的思路和方法。随着研究的深入，未来可能会开发出更多针对肿瘤过表达抗原的免疫治疗策略，为肿瘤患者带来新的希望。

3）分化抗原（Differentiation antigens）

肿瘤分化抗原是指在机体器官和细胞发育过程中表达的正常分子，但在某些情况下，恶性肿瘤细胞可能停留在细胞发育的某个幼稚阶段，其形态和功能类似于未分化的胚胎细胞，这种现象称为肿瘤细胞的去分化（dedifferentiation）或逆分化(retro-differentiation)。因此，肿瘤细胞可能会表达其他正常组织的分化抗原，例如胃癌细胞可能表达ABO血型抗原，或表达该组织自身的胚胎期分化抗原。这些抗原可以作为免疫治疗的靶点，因为它们的存在与肿瘤的发生、发展密切相。以此类抗原为靶点会对正常组织造成损伤，但这些损伤往往不是致命性的。此类抗原中较著名的是黑色素瘤分化抗原，包括Melan-A、Mart-1、gp100、gp75、TRP21及TRP22等。黑色素瘤分化抗原仅表达于黑色素瘤和黑色素细胞，多数为HLA-A2所递呈。近年来发现的一些肺癌抗原也具有组织特异性，也可被归为组织分化抗原。

图5：Mechanism of action of sipuleucel-T

2. 肿瘤特异性抗原 （Tumor-Specific Antigens, TSA）

肿瘤特异性抗原（Tumor Specific Antigens, TSA）是一类仅在肿瘤细胞中表达而不在正常细胞中存在的抗原，这些抗原可作为免疫治疗的靶点，尤其是个性化的TCR-T细胞治疗和肿瘤疫苗的开发。肿瘤特异性抗原（TSA）主要包括新抗原和病毒抗原。

1）新抗原（Neoantigens）

新抗原主要来源于肿瘤细胞致癌驱动突变产生的新的多肽序列蛋白分子，这些蛋白分子只表达在肿瘤细胞而不表达于正常细胞，且可被MHC分子递呈。新抗原是非常有吸引力的治疗靶点，然而新抗原的产生具有个体特异性，需要对单个患者进行新抗原鉴定以及TCR序列分离。这种个体化治疗流程极大地限制了新抗原特异TCR-T细胞的临床应用。但是，如果能够分离出识别肿瘤驱动基因常见突变的TCR序列，将提高以新抗原为靶点的TCR-T细胞治疗的现实可行性。目前随着测序通量的提升和测序成本的降低，新抗原在TCR-T细胞治疗中的应用将愈加广泛。

由于新抗原仅由癌细胞表达，因此这些新抗原可作为潜在靶标，基本上不会造成“在靶脱肿瘤”风险。然而，一个重要的问题是绝大多数肿瘤突变是所谓的“旁观者突变”，它们不会增强癌细胞的适应性。这种随机的、非选择的突变通常是异质表达的，不太可能在患者之间共享，从而使它们成为无效的抗原靶点。相反，一小部分肿瘤突变会改善细胞适应性并直接促进肿瘤进展，这被称为“驱动突变”。这些突变可能由肿瘤细胞同质表达，并在特定肿瘤类型的患者之间共享。如果免疫原性仅限于常见的HLA，则此类驱动突变会产生所谓的“公共新抗原”。虽然迄今为止发现的公共新抗原很少，但这些高度选择性的靶标具有重要的临床意义。目前研究发现的公共新抗原的例子包括KRAS G12D/G12V，在60-70%的胰腺癌和20-30%的结肠直肠癌中发现，以及PIK3CA H1047L在约5%的转移性乳腺癌中检测到。

2）癌病毒抗原（Oncogenic Viral antigens）

癌病毒抗原是指由致癌病毒编码的抗原，这些抗原在病毒诱导的肿瘤中表达，而在正常细胞中几乎不表达。正常细胞被病毒感染并恶性转化后，能够合成病毒多肽，进而将病毒多肽抗原递呈到细胞表面被T细胞识别。这类肿瘤抗原来源于致癌病毒，在病毒驱动的癌症中表达，而在正常细胞中几乎不表达，因此成为有前景的肿瘤抗原靶点。 正常细胞被病毒感染并恶性转化后，能够合成病毒多肽，进而将病毒多肽抗原递呈到细胞表面被T细胞识别。

许多人类癌症是由病毒感染引起的，例如乙型肝炎病毒(HBV)、人乳头瘤病毒(HPV)和爱泼斯坦-巴尔病毒(EBV)。在许多情况下，由于病毒癌基因通常表达在病毒引起的癌症中，并且它们在正常细胞中几乎不存在，因此它们是非常优秀的肿瘤抗原靶标。临床相关病毒抗原的具体例子包括HPV病毒癌基因E6 和E7，它们在几种类型的上皮癌中表达，以及EBV病毒癌基因LMP1 和LMP2，它们在几种实体瘤和血液肿瘤中表达。

针对癌病毒抗原的免疫治疗策略正在开发中，旨在激活或增强机体对表达这些抗原的肿瘤细胞的免疫反应。以下是一些针对癌病毒抗原的免疫治疗药物或疗法的例子：

①HBV相关肝癌的治疗：

乙型肝炎病毒（HBV）感染与肝癌的发生有关。针对HBV抗原的治疗策略，如HBsAg和HBcAg，正在研究中。这些策略可能包括使用病毒样颗粒（VLPs）作为疫苗，以及开发针对HBV抗原的T细胞疗法。

②HPV相关肿瘤的治疗：

人乳头状瘤病毒（HPV）是宫颈癌、肛门癌、头颈癌等多种肿瘤的主要诱因。针对HPV的E6和E7蛋白的免疫治疗策略正在研究中，包括基于肽的疫苗、DNA疫苗和mRNA疫苗。这些疫苗旨在激活CD8+ T细胞和CD4+ T细胞，以识别和杀死表达HPV抗原的肿瘤细胞。

③EBV相关肿瘤的治疗：

Epstein-Barr病毒（EBV）与多种类型的淋巴瘤和鼻咽癌有关。针对EBV抗原的免疫治疗，如EBNA1、LMP1和LMP2，正在开发中。这些治疗可能包括病毒特异性T细胞疗法和针对EBV抗原的疫苗 。

④HCV相关肝癌的治疗：

丙型肝炎病毒（HCV）也与肝癌的发生有关。针对HCV抗原的治疗策略正在探索中，包括针对NS3、NS5B等非结构蛋白的疫苗和T细胞疗法。

TCR-T细胞疗法正在被开发用于识别和攻击表达特定癌病毒抗原的肿瘤细胞。这些疗法涉及将患者的T细胞在体外基因工程改造，以表达针对特定癌病毒抗原的TCR，然后将这些细胞回输给患者。这些治疗策略的开发和应用为癌病毒相关肿瘤的治疗提供了新的希望。随着对癌病毒抗原研究的深入，未来可能会开发出更多针对这些抗原的免疫治疗策略。

迈杰医学（MEDx）拥有包括IHC、PCR、NGS等综合性转化医学平台，且具有丰富的Biomaker检测方法开发的经验以及检测服务的经验。

对于癌-睾丸抗原NY-ESO-1，表达检测方法包括通过IHC检测靶点的蛋白表达水平和通过PCR检测靶点的mRNA表达水平；基于NY-ESO-1靶点的蛋白和mRNA，迈杰医学（MEDx）基于IHC平台和PCR平台分别开发了相应的IHC和PCR的检测方法。对于肿瘤新抗原的KRAS和PIK3CA，我司也开发有相应的荧光定量PCR试剂盒和检测服务。对于肿瘤病毒抗原，我们也可提供相应的检测方法开发和检测服务。此外，我司也可以提供不同肿瘤抗原的检测方法的个性化定制服务。以上检测方法和试剂盒均可以为药物研发过程和临床中提供检测服务。

图6：RT-PCR法检测结果图

图7：IHC法检测结果图

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