前言

過繼性免疫治療是血液學的一種變革性治療方法，它通過基因工程在T細胞表達合成嵌合抗原受體（CAR）。針對 B 細胞白血病和淋巴瘤中的 CD19 抗原的 CAR－T 細胞已得到臨床認可，目前成為全球范圍癌癥中心實施的“常規(guī)” 治療手段。

然而，CAR－T在許多病人身上觀察到的臨床益處可能是有代價的。在高達三分之一的患者中，會出現與誘導強大的免疫效應反應直接相關的顯著毒性，最常見的免疫介導毒性是細胞因子釋放綜合征（CRS）和免疫效應細胞相關神經毒性綜合征（ICANS）。CRS通常以發(fā)燒和體質癥狀開始，如僵硬、不適和厭食，在嚴重病例中，CRS表現為全身炎癥反應的其他特征，包括低血壓、缺氧和／或器官功能障礙。然而，如果CRS的癥狀和體征得到及時識別和處理，那么大多數患者的器官功能障礙是可以預防或可逆的。

ICAN通常表現為中毒性腦病，首先是發(fā)現單詞困難、困惑、發(fā)育不良、失語癥、精細運動技能受損和嗜睡。在更嚴重的病例中，癲癇、運動無力、腦水腫和昏迷已被發(fā)現。大多數ICAN臨床特征的患者都會有CRS之前的癥狀。因此，CRS可被視為ICAN的“發(fā)起事件”或輔助因子，ICAN通常發(fā)生在CRS癥狀消退后，與CRS類似，ICAN在大多數無永久性神經功能障礙的患者中是可逆的。

CRS的病理生理學

CRS的病理生理可分為五個主要階段：第1階段，CAR－T細胞輸注到患者體內后向腫瘤部位的轉運以及CAR介導的抗原表達靶細胞的識別；在第2階段，腫瘤部位的CAR－T細胞增殖，激活的CAR－T細胞和腫瘤微環(huán)境的細胞成分原位產生細胞因子，激活“旁觀者”內源性免疫細胞，直接和間接殺死腫瘤細胞，以及發(fā)生CRS；在第3階段，細胞因子水平增加，外周血中CAR－T細胞群增多，這與全身炎癥反應有關。這導致多個組織和器官的內皮損傷和血管滲漏，以及它們的相關影響，包括缺氧、低血壓和／或器官損傷。在第4階段，細胞因子擴散，CAR－T細胞、內源性T細胞和外周激活的單核細胞進入腦脊液（CSF）和中樞神經系統(tǒng)（CNS），包括血腦屏障（BBB）的破壞，與ICANS的發(fā)病相一致。在第5階段，腫瘤清除后活化誘導的T細胞死亡導致血清細胞因子水平降低和全身炎癥反應減少，CRS和／或ICANS癥狀結束，并可能導致長期記憶性T細胞的持續(xù)存在。  

細胞相互作用

動物模型顯示CRS是由一個多細胞網絡引起的，該網絡包括CAR－T細胞和宿主細胞，巨噬細胞和單核細胞系細胞參與其中。目前尚不確定CAR－T細胞與宿主髓系細胞之間是否需要接觸依賴性相互作用。CD40–CD40L相互作用雖然不是誘導CRS所必需的，但可以加劇巨噬細胞的活化，從而增加IL－6的產生并加劇CRS。此外，鑒于CD28–CD80／CD86軸在誘導髓細胞產生IL－6方面的雙向信號和潛在作用，CD28–CD80／CD86軸在CRS中可能特別重要。阻斷這些相互作用可能降低CRS的嚴重程度。

IL－6和IL－1

細胞因子IL－6和IL－1在CRS的病理生理學中具有重要作用。IL－6是一種多效性細胞因子，具有促炎和抗炎作用。IL－6主要由巨噬細胞和其他髓系細胞產生，并能以自分泌方式發(fā)揮作用，與其他炎癥信號一起促進巨噬細胞成熟和活化。在許多患者中，IL－6阻斷可導致大多數癥狀的逆轉和細胞因子的全面下調。

IL－1也是一種具有多種功能的多效性細胞因子。主要由單核細胞和巨噬細胞產生。IL－1可誘導組織產生下游促炎細胞因子，如IL－6，以及一系列組織免疫細胞成熟和募集的趨化因子。此外，IL－1可激活促炎性脂質介質（如前列腺素E2，可促進水腫）的產生，誘導急性期蛋白并向下丘腦以及垂體和腎上腺發(fā)出信號，對循環(huán)系統(tǒng)產生直接和間接影響。

損傷相關的分子和其他可溶性介質

腫瘤細胞損傷相關分子的釋放可導致巨噬細胞在體外活化產生IL－6和IL－1。

粒細胞－巨噬細胞集落刺激因子（GM－CSF）由多種細胞類型產生，包括活化的CAR－T細胞，將其阻斷可消除體外單核細胞產生IL－6和其他細胞因子。然而，GM－CSF可能仍然是CRS的一個促發(fā)因素，而不是CRS的必要條件。

腫瘤壞死因子（ΤΝF）是另一種通過激活T細胞、巨噬細胞、單核細胞和免疫系統(tǒng)其他細胞來介導炎癥的多效性細胞因子。與IL－1和IL－6相比，TNF還具有直接的抑瘤活性。近年來，TNF被認為是由HER2人源化小鼠乳腺癌病毒（MMTV）模型中CD3和HER2雙特異性抗體誘導CRS的潛在因子。

干擾素－γ （IFN－γ） 由活化的T細胞能大量產生，通過iNOS誘導，促進巨噬細胞成熟，促進NO的產生。此外，IFNγ 通過松動緊密連接，可促進其他組織（包括BBB）的滲透性增加。

腎上腺系統(tǒng)也參與CRS的發(fā)展和維持，因為兒茶酚胺腎上腺素和去甲腎上腺素直接影響CAR－T細胞的激活和隨后的細胞因子釋放。

ICANS的病理生理學

盡管ICANS的臨床特征很容易識別，但其病理生理學仍知之甚少。最近的動物模型表明內皮細胞的活化和血腦屏障的破壞導致直接的神經細胞損傷，以及各種促炎細胞因子的作用。

血管通透性、內皮細胞破壞與膠質細胞損傷

ICANS患者腦脊液中蛋白、CD4＋T細胞、CD8＋T細胞和CAR－T細胞水平升高，提示BBB的完整性喪失。臨床研究表明，腦脊液中CAR－T細胞數量與細胞因子水平與ICANS的嚴重程度之間存在相關性。

除了BBB的破壞和血管通透性的增加外，兒童和年輕成人患者在CD19 CAR－T細胞治療后出現ICANS的患者中還報告有膠質細胞損傷。急性神經毒性患者腦脊液中GFAP和S100b水平顯著升高。GFAP是一個很好的星形膠質細胞損傷的標志物，而CSF中S100b是星形膠質細胞激活的標志。

細胞因子

許多臨床試驗表明，血清中各種細胞因子水平的升高與ICANS的風險之間存在關聯(lián)。在多個研究中（使用各種CAR結構和不同靶向惡性腫瘤）中持續(xù)增加的細胞因子包括IL－2、IL－6、IL－10和IL－15。然而，雖然小鼠模型提示單核細胞來源的免疫細胞在細胞因子分泌和CRS和ICANS發(fā)病機制中起著明顯作用，但在臨床試驗中，尚不可能確定ICAN患者細胞因子的特異性來源。此外，在發(fā)生嚴重ICANS的患者的腦脊液中，髓細胞數量明顯增加。

靶抗原在中樞神經系統(tǒng)中的表達

來自臨床試驗的數據表明，抗原陽性腫瘤細胞在中樞神經系統(tǒng)中的存在不是ICANS發(fā)生所必需的。然而，在最近的一項研究中，單細胞RNA測序分析顯示CD19在人腦壁細胞中表達，包括周細胞和血管平滑肌細胞，這增加了靶向非腫瘤效應可能導致與CD19 CAR－T細胞相關的神經毒性的可能性。這一觀察結果可以解釋CD19定向治療與靶向CD20、CD22和BCMA治療相比觀察到的ICANS發(fā)生率更高的原因。

腦水腫

腦水腫是一種罕見并可能致命的神經系統(tǒng)并發(fā)癥，在CAR－T細胞治療后有觀察到�，F有證據表明，腦水腫的病理生理學可能不同于ICANS常見的腦病表現。對CAR－T治療后出現致命性腦水腫患者的尸檢顯示血腦屏障完全破壞，但中樞神經系統(tǒng)中缺乏活化的T細胞。這提示血腦屏障的破壞和隨后的腦水腫可能是由于炎性細胞因子激增，而不是由于CAR－T細胞浸潤到中樞神經系統(tǒng)。

CRS和ICANS的臨床管理

低度CRS使用退燒藥的支持性治療來管理，同時確保沒有并發(fā)的發(fā)熱原因，如感染。中度至重度CRS使用IL－6R阻斷抗體tocilizumab治療，同時使用或不使用糖皮質激素進行免疫抑制，以及進行強化支持治療。

盡管tocilizumab對CRS的治療非常有效，但它在大多數ICANS病例中沒有效果。這可能是因為CRS和ICANS之間的病理生理學差異和／或tocilizumab對BBB的滲透性差。事實上，預防性使用tocilizumab降低了嚴重CRS的發(fā)生率，但增加了嚴重ICANS的發(fā)生率，這可能是由于tocilizumab給藥后觀察到的血清IL－6水平升高。此外，大多數研究表明，使用tocilizumab似乎不會影響CAR－T細胞的療效。          

非特異性免疫抑制劑，如皮質類固醇，可緩解許多患者的癥狀。此外，其他廣譜細胞因子抑制劑，如Ruxotitinib，它阻斷JAK1和JAK2或Itatinib，阻斷JAK1的可能會減弱促炎性細胞因子如IFN－γ和IL－6的影響。同樣，ibrutinib，一種布魯頓酪氨酸激酶（BTK）抑制劑，也抑制IL－2酪氨酸激酶（ITK），導致小鼠模型體內細胞因子分泌減少，包括IL－6的分泌。但非特異性的免疫抑制劑也可能會直接影響CAR－T細胞的活化水平，從而影響臨床療效。

Dasatinib是一種BCR ABL靶向激酶抑制劑，被批準用于治療各種血液惡性腫瘤，它以快速可逆的方式有效地抑制了CAR－T細胞介導的細胞毒性和細胞因子的產生。此外，短期給藥Dasatinib可降低CRS相關死亡率，但不影響體內抗腫瘤作用，停藥后可恢復CAR T細胞活性。

此外，IL－1R抑制劑anakinra對在CAR－T治療后出現嚴重ICANS的患者近半數有益。

其他臨床因素的影響

CAR－T細胞治療后CRS和ICANS的發(fā)生、嚴重程度和持續(xù)時間可能受到宿主、腫瘤和／或治療相關因素的影響�；�線炎癥狀態(tài)較高的患者（如C－反應蛋白、鐵蛋白、D－二聚體和促炎細胞因子水平）發(fā)生CRS和ICANS的風險增加。更嚴重的CRS和／或ICANS病例也與多發(fā)性惡性腫瘤中更高的腫瘤負擔有關，這可能與CAR－T細胞群的擴大和同步激活有關。此外，年齡越大，嚴重CRS或ICANS的風險越高。

CAR設計的影響

最近的研究表明，CAR分子本身的設計可以顯著影響CAR－T細胞的增殖和細胞因子的分布，從而影響CRS和／或ICANS的發(fā)生率和嚴重程度。具有CD28共刺激信號結構域的CAR－T細胞產物在輸注后似乎增殖更快，并且其數量似乎比具有4－1BB共刺激信號結構域的產物更早達到峰值。在臨床研究中，這與更嚴重的CRS和ICANS的發(fā)病更早和發(fā)病率更高有關。然而，到目前為止，還沒有對具有CD28和4－1BB共刺激域的CAR－T細胞產物進行直接比較。

此外，文獻中的證據也表明，改變CAR分子的非信號域，包括鉸鏈和跨膜區(qū)或抗原結合域（scFv），也可能影響與CAR－T細胞治療相關的毒性。

展望

目前，CAR－T細胞療法的廣泛應用在一定程度上受到限制，這是由于在治療中CRS和ICANS的發(fā)生以及由此產生的負擔。對CRS和ICANS的分子和細胞病理生理學的深入了解將有助于開發(fā)有效的靶向治療，降低毒性，同時又不影響抗腫瘤活性。目前，新的CAR結構已經被設計用于最小化誘導CRS和ICANS的風險，同時優(yōu)化腫瘤抗原的識別和有效的T細胞信號。未來如何有效和可靠地預防這些并發(fā)癥將是CAR－T細胞治療成功的關鍵因素之一。

參考文獻：

1．  Cytokine release syndrome and associated neurotoxicity in cancer immunotherapy． Nat Rev Immunol． 2021 May 17；1－12．

       原文標題 : CAR-T毒性的病理生理學及臨床管理