前言

過(guò)繼性免疫治療是血液學(xué)的一種變革性治療方法，它通過(guò)基因工程在T細(xì)胞表達(dá)合成嵌合抗原受體（CAR）。針對(duì) B 細(xì)胞白血病和淋巴瘤中的 CD19 抗原的 CAR－T 細(xì)胞已得到臨床認(rèn)可，目前成為全球范圍癌癥中心實(shí)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(jià)的。在高達(dá)三分之一的患者中，會(huì)出現(xiàn)與誘導(dǎo)強(qiáng)大的免疫效應(yīng)反應(yīng)直接相關(guān)的顯著毒性，最常見(jiàn)的免疫介導(dǎo)毒性是細(xì)胞因子釋放綜合征（CRS）和免疫效應(yīng)細(xì)胞相關(guān)神經(jīng)毒性綜合征（ICANS）。CRS通常以發(fā)燒和體質(zhì)癥狀開(kāi)始，如僵硬、不適和厭食，在嚴(yán)重病例中，CRS表現(xiàn)為全身炎癥反應(yīng)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(shí)識(shí)別和處理，那么大多數(shù)患者的器官功能障礙是可以預(yù)防或可逆的。

ICAN通常表現(xiàn)為中毒性腦病，首先是發(fā)現(xiàn)單詞困難、困惑、發(fā)育不良、失語(yǔ)癥、精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能受損和嗜睡。在更嚴(yán)重的病例中，癲癇、運(yùn)動(dòng)無(wú)力、腦水腫和昏迷已被發(fā)現(xiàn)。大多數(shù)ICAN臨床特征的患者都會(huì)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(lèi)似，ICAN在大多數(shù)無(wú)永久性神經(jīng)功能障礙的患者中是可逆的。

CRS的病理生理學(xué)

CRS的病理生理可分為五個(gè)主要階段：第1階段，CAR－T細(xì)胞輸注到患者體內(nèi)后向腫瘤部位的轉(zhuǎn)運(yùn)以及CAR介導(dǎo)的抗原表達(dá)靶細(xì)胞的識(shí)別；在第2階段，腫瘤部位的CAR－T細(xì)胞增殖，激活的CAR－T細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞成分原位產(chǎn)生細(xì)胞因子，激活“旁觀者”內(nèi)源性免疫細(xì)胞，直接和間接殺死腫瘤細(xì)胞，以及發(fā)生CRS；在第3階段，細(xì)胞因子水平增加，外周血中CAR－T細(xì)胞群增多，這與全身炎癥反應(yīng)有關(guān)。這導(dǎo)致多個(gè)組織和器官的內(nèi)皮損傷和血管滲漏，以及它們的相關(guān)影響，包括缺氧、低血壓和／或器官損傷。在第4階段，細(xì)胞因子擴(kuò)散，CAR－T細(xì)胞、內(nèi)源性T細(xì)胞和外周激活的單核細(xì)胞進(jìn)入腦脊液（CSF）和中樞神經(jīng)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(dǎo)的T細(xì)胞死亡導(dǎo)致血清細(xì)胞因子水平降低和全身炎癥反應(yīng)減少，CRS和／或ICANS癥狀結(jié)束，并可能導(dǎo)致長(zhǎng)期記憶性T細(xì)胞的持續(xù)存在。  

細(xì)胞相互作用

動(dòng)物模型顯示CRS是由一個(gè)多細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)引起的，該網(wǎng)絡(luò)包括CAR－T細(xì)胞和宿主細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞系細(xì)胞參與其中。目前尚不確定CAR－T細(xì)胞與宿主髓系細(xì)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(dǎo)CRS所必需的，但可以加劇巨噬細(xì)胞的活化，從而增加IL－6的產(chǎn)生并加劇CRS。此外，鑒于CD28–CD80／CD86軸在誘導(dǎo)髓細(xì)胞產(chǎn)生IL－6方面的雙向信號(hào)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(yán)重程度。

IL－6和IL－1

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

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

損傷相關(guān)的分子和其他可溶性介質(zhì)

腫瘤細(xì)胞損傷相關(guān)分子的釋放可導(dǎo)致巨噬細(xì)胞在體外活化產(chǎn)生IL－6和IL－1。

粒細(xì)胞－巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM－CSF）由多種細(xì)胞類(lèi)型產(chǎn)生，包括活化的CAR－T細(xì)胞，將其阻斷可消除體外單核細(xì)胞產(chǎn)生IL－6和其他細(xì)胞因子。然而，GM－CSF可能仍然是CRS的一個(gè)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(guò)激活T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和免疫系統(tǒng)其他細(xì)胞來(lái)介導(dǎo)炎癥的多效性細(xì)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(lái)，TNF被認(rèn)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(dǎo)CRS的潛在因子。

干擾素－γ （IFN－γ） 由活化的T細(xì)胞能大量產(chǎn)生，通過(guò)iNOS誘導(dǎo)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞成熟，促進(jìn)NO的產(chǎn)生。此外，IFNγ 通過(guò)松動(dòng)緊密連接，可促進(jìn)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?yàn)閮翰璺影纺I上腺素和去甲腎上腺素直接影響CAR－T細(xì)胞的激活和隨后的細(xì)胞因子釋放。

ICANS的病理生理學(xué)

盡管ICANS的臨床特征很容易識(shí)別，但其病理生理學(xué)仍知之甚少。最近的動(dòng)物模型表明內(nèi)皮細(xì)胞的活化和血腦屏障的破壞導(dǎo)致直接的神經(jīng)細(xì)胞損傷，以及各種促炎細(xì)胞因子的作用。

血管通透性、內(nèi)皮細(xì)胞破壞與膠質(zhì)細(xì)胞損傷

ICANS患者腦脊液中蛋白、CD4＋T細(xì)胞、CD8＋T細(xì)胞和CAR－T細(xì)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(xì)胞數(shù)量與細(xì)胞因子水平與ICANS的嚴(yán)重程度之間存在相關(guān)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(xì)胞治療后出現(xiàn)ICANS的患者中還報(bào)告有膠質(zhì)細(xì)胞損傷。急性神經(jīng)毒性患者腦脊液中GFAP和S100b水平顯著升高。GFAP是一個(gè)很好的星形膠質(zhì)細(xì)胞損傷的標(biāo)志物，而CSF中S100b是星形膠質(zhì)細(xì)胞激活的標(biāo)志。

細(xì)胞因子

許多臨床試驗(yàn)表明，血清中各種細(xì)胞因子水平的升高與ICANS的風(fēng)險(xiǎn)之間存在關(guān)聯(lián)。在多個(gè)研究中（使用各種CAR結(jié)構(gòu)和不同靶向惡性腫瘤）中持續(xù)增加的細(xì)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(xì)胞來(lái)源的免疫細(xì)胞在細(xì)胞因子分泌和CRS和ICANS發(fā)病機(jī)制中起著明顯作用，但在臨床試驗(yàn)中，尚不可能確定ICAN患者細(xì)胞因子的特異性來(lái)源。此外，在發(fā)生嚴(yán)重ICANS的患者的腦脊液中，髓細(xì)胞數(shù)量明顯增加。

靶抗原在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的表達(dá)

來(lái)自臨床試驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明，抗原陽(yáng)性腫瘤細(xì)胞在中樞神經(jīng)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(xiàng)研究中，單細(xì)胞RNA測(cè)序分析顯示CD19在人腦壁細(xì)胞中表達(dá)，包括周細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞，這增加了靶向非腫瘤效應(yīng)可能導(dǎo)致與CD19 CAR－T細(xì)胞相關(guān)的神經(jīng)毒性的可能性。這一觀察結(jié)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(jiàn)并可能致命的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，在CAR－T細(xì)胞治療后有觀察到�，F(xiàn)有證據(jù)表明，腦水腫的病理生理學(xué)可能不同于ICANS常見(jiàn)的腦病表現(xiàn)。對(duì)CAR－T治療后出現(xiàn)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(jīng)系統(tǒng)中缺乏活化的T細(xì)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(xì)胞因子激增，而不是由于CAR－T細(xì)胞浸潤(rùn)到中樞神經(jīng)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(lái)管理，同時(shí)確保沒(méi)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(shí)使用或不使用糖皮質(zhì)激素進(jìn)行免疫抑制，以及進(jìn)行強(qiáng)化支持治療。

盡管tocilizumab對(duì)CRS的治療非常有效，但它在大多數(shù)ICANS病例中沒(méi)有效果。這可能是因?yàn)镃RS和ICANS之間的病理生理學(xué)差異和／或tocilizumab對(duì)BBB的滲透性差。事實(shí)上，預(yù)防性使用tocilizumab降低了嚴(yán)重CRS的發(fā)生率，但增加了嚴(yán)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(shù)研究表明，使用tocilizumab似乎不會(huì)影響CAR－T細(xì)胞的療效。          

非特異性免疫抑制劑，如皮質(zhì)類(lèi)固醇，可緩解許多患者的癥狀。此外，其他廣譜細(xì)胞因子抑制劑，如Ruxotitinib，它阻斷JAK1和JAK2或Itatinib，阻斷JAK1的可能會(huì)減弱促炎性細(xì)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(dǎo)致小鼠模型體內(nèi)細(xì)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(huì)直接影響CAR－T細(xì)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(zhǔn)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(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。此外，短期給藥Dasatinib可降低CRS相關(guān)死亡率，但不影響體內(nèi)抗腫瘤作用，停藥后可恢復(fù)CAR T細(xì)胞活性。

此外，IL－1R抑制劑anakinra對(duì)在CAR－T治療后出現(xiàn)嚴(yán)重ICANS的患者近半數(shù)有益。

其他臨床因素的影響

CAR－T細(xì)胞治療后CRS和ICANS的發(fā)生、嚴(yán)重程度和持續(xù)時(shí)間可能受到宿主、腫瘤和／或治療相關(guān)因素的影響�；�線炎癥狀態(tài)較高的患者（如C－反應(yīng)蛋白、鐵蛋白、D－二聚體和促炎細(xì)胞因子水平）發(fā)生CRS和ICANS的風(fēng)險(xiǎn)增加。更嚴(yán)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(fù)擔(dān)有關(guān)，這可能與CAR－T細(xì)胞群的擴(kuò)大和同步激活有關(guān)。此外，年齡越大，嚴(yán)重CRS或ICANS的風(fēng)險(xiǎn)越高。

CAR設(shè)計(jì)的影響

最近的研究表明，CAR分子本身的設(shè)計(jì)可以顯著影響CAR－T細(xì)胞的增殖和細(xì)胞因子的分布，從而影響CRS和／或ICANS的發(fā)生率和嚴(yán)重程度。具有CD28共刺激信號(hào)結(jié)構(gòu)域的CAR－T細(xì)胞產(chǎn)物在輸注后似乎增殖更快，并且其數(shù)量似乎比具有4－1BB共刺激信號(hào)結(jié)構(gòu)域的產(chǎn)物更早達(dá)到峰值。在臨床研究中，這與更嚴(yán)重的CRS和ICANS的發(fā)病更早和發(fā)病率更高有關(guān)。然而，到目前為止，還沒(méi)有對(duì)具有CD28和4－1BB共刺激域的CAR－T細(xì)胞產(chǎn)物進(jìn)行直接比較。

此外，文獻(xiàn)中的證據(jù)也表明，改變CAR分子的非信號(hào)域，包括鉸鏈和跨膜區(qū)或抗原結(jié)合域（scFv），也可能影響與CAR－T細(xì)胞治療相關(guān)的毒性。

展望

目前，CAR－T細(xì)胞療法的廣泛應(yīng)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(chǎn)生的負(fù)擔(dān)。對(duì)CRS和ICANS的分子和細(xì)胞病理生理學(xué)的深入了解將有助于開(kāi)發(fā)有效的靶向治療，降低毒性，同時(shí)又不影響抗腫瘤活性。目前，新的CAR結(jié)構(gòu)已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于最小化誘導(dǎo)CRS和ICANS的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)優(yōu)化腫瘤抗原的識(shí)別和有效的T細(xì)胞信號(hào)。未來(lái)如何有效和可靠地預(yù)防這些并發(fā)癥將是CAR－T細(xì)胞治療成功的關(guān)鍵因素之一。

參考文獻(xiàn)：

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

       原文標(biāo)題 : CAR-T毒性的病理生理學(xué)及臨床管理