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CAR-T和TCR-T的不同原理，使得他们在血液肿瘤和实体肿瘤上的应用也有所不同。

目前大热的肿瘤免疫治疗其实可以分为免疫细胞治疗和免疫小分子或抗体治疗两大类，前者包括CAR-T和TCR-T等细胞疗法，后者即常见的PD-1和PD-L1等药物。

CAR-T和TCR-T是肿瘤免疫治疗研究的前沿，了解这两者的优势和局限性背后的机制可以为下一代T细胞疗法的研究发展打好基础。本文意在总结CAR-T和TCR-T这两种细胞疗法在原理上的区别。

我们先来解释几个重要术语。

TCR：T细胞受体（T cell receptor），是所有T细胞表面的特征性标志。TCR的作用是通过识别MHC-抗原肽复合体来识别抗原。

MHC：主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex），是一组编码动物主要组织相容性抗原的基因群。人类的MHC被称为人白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA） 。

CAR：嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor），其主要由三个功能域构成，分别是胞外结构域（负责识别并结合抗原）、跨膜结构域（负责增强活性与增加CAR表达）和胞内结构域（负责共刺激与信号转导）。

ACT：过继细胞疗法（adoptive cell therapy），指 将体外活化和扩增的自体或异体免疫效应细胞输注患者体内的治疗方法 。大意是取患者本人或他人的免疫细胞，经实验室改造和（或不改造）培养后输入患者体内，经过处理的免疫细胞在数量上和功能上的变化使其具有更强的治疗疾病（主要是肿瘤）的作用。

那么现在我们就可以推出CAR-T和TCR-T的具体所指了，两者都属于改造T细胞的过继细胞疗法， CAR-T指的是敲除原TCR而代之以嵌合抗原受体的改造T细胞 （chimeric antigen receptor-engineered T cells），而 TCR-T指的是将T细胞受体工程化的改造T细胞 （T cell receptor-engineered T cells）。

T细胞是人体内天然具有抗肿瘤功能的淋巴细胞。在正常情况下，T细胞表面的TCR可识别由MHC（主要组织相容性复合体）分子呈递的肿瘤抗原多肽，并触发信号级联反应，完成T细胞激活，进而发挥抗肿瘤的免疫监测作用。但在肿瘤患者体内，T细胞的抗肿瘤免疫进程经常被狡猾的肿瘤细胞抑制，导致免疫监测失败。因此， 在肿瘤免疫细胞治疗中，关键是要恢复T细胞识别及摧毁肿瘤细胞的能力。

要产生大规模的具有肿瘤特异性的功能性T细胞，可以从患者或健康供者的外周血中分离出T细胞，通过病毒或非病毒方法，用CAR来改造T细胞使其不受MHC限制，直接识别肿瘤细胞表面的肿瘤抗原，或只对TCR进行基因修改使其仍需识别由MHC呈递的各种肿瘤抗原，但功能性较改造前增强。

T细胞在体外培养过程中扩增达到足够的细胞数，而这个体外培养期也为T细胞功能的改造提供了一个时间窗。 接着，通常会先通过短期化疗对肿瘤患者进行内源性淋巴细胞清除（lymphodepletion）的预处理，再将经改造的CAR-T细胞或TCR-T细胞输注给患者。

从原理上，T细胞的抗肿瘤反应可以划分为传感器、换能器和效应器三个最基本的阶段 ，而正反馈和负反馈回路在其中的参与也使得抗肿瘤反应更为有效和持久。CAR-T和TCR-T的抗肿瘤反应也分为这三个阶段：

传感器阶段：T细胞膜上的受体（即CAR和TCR）感知周围环境，识别并结合来自肿瘤细胞的肿瘤抗原，产生初始信息；

换能器阶段：   初始信息通过信号级联反应进行转导和放大，激活T细胞；

效应器阶段：一系列效应分子被激活或产生，以执行抗肿瘤反应。

CAR-T和TCR-T治疗表现出的不同临床特征，包括回输的T细胞的数量和体内持久性以及对实体肿瘤的疗效和毒性的差异，部分缘于CAR-T和TCR-T的传感器和换能器的独特特征。 两者抗肿瘤反应的主要区别在于T细胞识别抗原时是否需要MHC参与。 参考2022年发表于Trends in Cancer的综述[1]，我们将CAR-T和TCR-T的区别总结如下：

作为一种人工合成的分子，CAR-T嵌合了多个特殊的结构域，已经能实现足够的细胞表面表达和强大的信号转导功能，在识别抗原时CAR-T不需要MHC的参与，CAR可以像抗体一样直接靶向肿瘤细胞的表面抗原。但实际上，只有不到10%的抗原蛋白会在细胞表面表达，因此， CAR-T的抗原选择的范围很有限。

相反地，TCR-T只识别抗原肽-MHC复合物，而不受表面抗原这一位置的限制。所有的肿瘤抗原都通过抗原加工机制加工成短链抗原肽，并由细胞表面的MHC呈递，因而均有可能被TCR识别。因此， TCR-T的潜在靶点的范围更大。 但在生理条件下，肿瘤抗原往往隐藏在大量自身抗原中，因此TCR必须能够准确地区分肿瘤抗原和大量的自身抗原。

CAR-T在结合抗原方面拥有比TCR-T更高的亲和力。 然而，目前尚不清楚抗原亲和力是否与抗肿瘤功能呈正相关。另外，CAR-T可以具有较强的特异性，不同的结构设计也会导致CAR-T具有不同的抗肿瘤活性。

在抗原敏感性方面，TCR-T更胜一筹， 因为TCR与抗原肽-MHC复合物的结合和分离动力学的速度非常快，因此即使抗原数量有限，抗原也能迅速流转于各个TCR-T，引起大量的TCR-T激活。并且，由于TCR与其靶向的肿瘤细胞之间会形成稳定的突触结构，因此结合得非常紧密，这有利于信号的产生和转导，相反，CAR的突触结构则不甚典型、变动性大，因此CAR激活的效率远低于TCR-T，这可能是CAR-T抗原敏感性较低的原因。

另外，在体内循环中，T细胞通过TCR不断地与自身抗原相互作用，产生较低但连续的T细胞刺激信号，即所谓的紧张性信号，这种信号有利于T细胞的修复、存活和分化。由于敲除了TCR，CAR-T在体内的持久性远低于TCR-T。虽然CAR-T也拥有其独立的紧张性信号，但其与自然T细胞的TCR紧张性信号之间会产生串扰，并且不同于TCR紧张性信号，CAR-T紧张性信号有可能会过分诱导T细胞激活，造成T细胞耗竭进而导致抗肿瘤功能受损，而太弱的CAR-T紧张性信号又可能导致CAR-T细胞功能受损。

CAR-T和TCR-T的不同原理，使得他们在血液肿瘤和实体肿瘤上的应用也有所不同。此外，CAR-T和TCR-T治疗还表现出不同的毒副作用，目前，细胞因子释放综合征（CRS）和CAR-T细胞相关脑病综合征（CRES）、靶向毒性、神经毒性等与细胞免疫疗法相关的毒性产生的生理机制仍不十分清楚。这使得免疫细胞疗法的临床应用上受到限制，但相关科学研究正在大量开展，也有一部分疗法逐渐走入公众视野并获得应用，在之后的系列文章中我们将继续讲述CAR-T和TCR-T治疗的不良反应、临床研究和实际应用，敬请期待。

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参考文献：

[1] Wang H. et al.. Exploiting T cell signaling to optimize engineered T cell therapies. Trends Cancer. 2022 Feb;8(2):123-134. 

[2] Chimeric antigen receptor T cell. https://en.wikipedia.org/wiki/Chimeric_antigen_receptor_T_cell.

编辑：杜燕旋

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