不定腫瘤類型(tumor-agnostic indication)的抗癌藥物 :(廣譜標靶藥Larotrectinib達到史無前例的反應率 )

         和信治癌中心醫院資深臨床藥師 : 方麗華

 近年來,拜分子診斷技術的增進,實體腫瘤的治療也有了巨大的改變,因為增加了可以測定特定有藥可用的致癌基因,如基因激活點突變,基因框內插入、缺失、擴增或重排。精準醫學的概念在於通過生物標誌物,以標靶治療來完成別化腫瘤治療。神經營養性原肌球蛋白受體激酶(NTRK)基因融合也成為癌症治療的新靶標,同時NTRK基因融合也橫跨了幾種不同類型的腫瘤型態。

2018年美國食品暨藥物管理局FDA11月26日通過了Bayer以及Loxo Oncology共同研發的TRK抑制劑Vitrakvi® (larotrectinib)的上市。這是第一個獲得FDA批准的不定腫瘤類型(tumor-agnostic indication)的抗癌藥物。用於有神經營養受體酪氨酸激酶neurotrophic receptor tyrosine kinase (NTRK)基因融合(gene fusion)的各種癌症,它不同於傳統抗癌藥物,不針對某個器官、組織的腫瘤,而是針對特定分子標誌物的廣譜抗癌藥,靶向特定的融合基因—TRK突變。用於無抗藥性突變、無轉移,或不適於進行手術,且無有效替代方案之幼童及成人實體瘤治療。

 

Tropomososin Receptor Kinase 原肌球蛋白受體激酶(TRK)家族受體

 

神經營養受體酪氨酸激酶基因稱為NTRK1,NTRK2和NTRK3 ,編為原肌球蛋白受體激酶 (Tropomyosin receptor kinase,TRK)分別稱為為TrkA,TrkB和TrkC。胚胎發育後,Trk侷限於神經系統,用於幫助調節疼痛、本體感受、胃口和記憶。

Trk受體家族包含三種跨膜蛋白,稱為TrkA,TrkB和TrkC受體,是來自NTRK1,NTRK2和NTRK3基因的編碼而來。這些酪氨酸激酶(TK)受體表達在人類神經元組織中,並通過神經營養因子(neurophines, NTs)的激活,在神經系統的發育生理和功能中發揮重要作用。NTs 有神經生長因子(Nerve growth factor, NGF)其特異性配體分別為TrkA、腦源性生長因子(brain-derived growth factors, BDGF)為TrkB、和NTF-3為TrkC。所有三種Trk受體都建有細胞外結構域用於與配體結合與細胞內的跨膜區域和具有激酶結構域三個區域。配體與受體的結合會引發受體的寡聚化和細胞質內特定酪氨酸殘基的磷酸化,引發信號傳導途徑的激活,導致正常和腫瘤性神經元細胞的增殖,分化和存活。(4)

mm圖 1 Trk受體信號傳導的示意圖,顯示參與細胞分化、存活的三種主要途徑。 NGF結合TrkA受體會活化Ras /MAPK (絲裂原活化蛋白激酶)途徑,其通過細胞外信號調節激酶(signal-regulated kinase, ERK)信號傳導,增加細胞生長與增生。其他途徑如磷脂酶C-γ(PLCγ)和PI3K也被激活。NT3偶聯的TrkC,優先引發PI3 / AKT途徑的激活,防止細胞凋亡和增加細胞存活。TrkB 轉傳BDNF信號,透過Ras-ERK,PI3K和PLCγ途徑,引起神經元分化和存活。Trk受體激酶在中樞和周邊神經系統發育與細胞存活有著關鍵的作用。適當調節Trk受體濃度,其活化對細胞功能是很重要。目前已知有幾種中樞神經系統相關疾病(例如,TrkB與癲癇、疼痛神經或憂鬱有關)。NTRK1基因位於染色體1q21-q22,4上,NTRK1基因突變會破壞TrkA蛋白的功能,它存在患有先天性無痛性疼痛(CIPA)症候群的病人中。NTRK2基因圖譜在染色體9q22.17位置、NTRK3基因位於染色體15q25,9上。TrkC受體是一145kD的糖蛋白,大部份存在海馬回,大腦皮層和小腦顆粒細胞層。(reference 4)

AKT, v-akt murine thymoma viral oncogene homologue; BDGF, brain-derived growth factor; DAG, diacyl-glycerol; ERK, extracellular signal-regulated kinase; GAB1, GRB2-associated-binding protein 1; GRB2, growth factor receptor-bound protein 2; IP3, inositol trisphosphate; MEK, mitogen-activated protein kinase; NGF, nerve growth factor; NTF-3, neurotrophin 3; PI3K, phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase; PIP2, phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate; PKC, protein kinase C; PLC, phospholipase C; RAF, rapidly accelerated fibrosarcoma kinase; RAS, rat sarcoma kinase; SHC, Src homology 2 domain containing

 

TRK((Tropomyosin receptor kinase) fused gene  :原肌球蛋白受體激酶)融合基因

 

NTRK基因融合代表了主要的分子已有致癌和轉化的潛在可能。在一些癌症中,TRK基因部分與其他基因相連,且受控於同一套調控元件。這一融合現象的發生會導致TRK基因在本應關閉時被「打開」,從而導致細胞生長失控。持續活化Trk嵌合蛋白大量表現,會造成細胞發育異常以及癌化。生物模型和早期臨床證據顯示這些融合致癌基因,與原始組織無關,固體腫瘤高達1%有此基因突變。

 

larotrectinib 是屬廣譜Trk標靶小分子抑制劑,具有高度選擇性,可抑制所有三種Trk的蛋白。

 

雖然TRK基因融合突變發生於成年癌症的機率較低,但是它常常與一些罕見的兒童癌症有關,例如嬰兒纖維肉瘤癌、細胞先天性中胚層腎瘤和乳頭狀甲狀腺癌。根據發表在“The lancet Oncology”上的I / II期研究結果,對於有TRK融合陽性實體腫瘤病人,larotrectinib達到前所未有的客觀反應率為93%。(1)

 

這是一項多中心,開放性的研究,收錄24名病人。病人年齡為1個月至21歲,並且所有病人均被診斷為局部晚期或轉移性的復發或疾病惡化的實體腫瘤或中樞神經腫瘤,對目前可用的治療,皆無反應。 17名病人帶有TRK融合蛋白,而7名病人則沒有。有TRK融合陽性癌症的患者中,8例(47%)是嬰兒纖維肉瘤,7例(41%)患有其他軟組織組織肉瘤,兩個(12%)患有乳頭狀甲狀腺癌。

 

在這些病人中,有22位病人可以評估反應,其中15人攜帶有TRK融合蛋白。所有帶有TRK融合的14名病人通過研究者評估其客觀反應。有4位達到腫瘤完全消失(CR)和10位達到腫瘤部分反應(PR)。在隨後的評估中,一名病人開始有反應,接下來反應腫瘤變為穩定。

 

通過獨立的放射學檢查確認了14例(93%)有2例CR和12例達到腫瘤部分客觀反應。其他沒有TRK融合蛋白的7位病人腫瘤,均為進展。

 

“藥物不良事件多為1級或2級(88%)。最常見的larotrectinib相關不良事件是丙氨酸和天冬氨酸氨基轉移酶升高(42%),白血球減少症(21%)和嘔吐(21%)。沒有觀察到4級或5級治療相關的不良事件。 TRK抑製劑larotrectinib用於TRK基因融合陽性腫瘤兒科病人,耐受良好且表現出令人鼓舞的結果。推薦劑量為無論年齡大小,嬰兒,兒童和青少年均為100毫克/平方米(每次劑量最多100毫克)。

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接續前面的研究和納入前瞻性TRK融合陽性癌症病人:有成人的1期研究,兒童的階段1-2期研究,或階段2期的青少年和成年人。根據獨立審查,綜合分析的主要研究終點指標是總體回應率。次要終點指標研究包括反應持續時間,無疾病進展的生存期和安全性。在TRK融合的癌症病人臨床試驗中,larotrectinib (Vitrakvi)的總體反應比率(ORR)為75%(N = 55)(95%CI,61%,85%),其中包括22%的完全緩解反應(CR)率。larotrectinib廣譜標靶17種不同癌症(圖二)患者(年齡範圍在4個月至76歲)的總體反應率為75%。根據獨立評估,總體反應率為75%。80%還在進行研究評估。在1年時,71%腫瘤反應還在進行中,55%的病人腫瘤沒有進展。尚未達到中位反應持續時間和無進展存活期。追蹤中位間時間為9.4個月,86%有反應的患者(44例有38例)繼續接受治療或接受治癒的手術。沒有3級或4級的不良事件。(3)

 結論

larotrectinib的批准上市,樹立了NTRK基因融合類癌症治療的里程碑。在治療上,larotrectinib不受限於年齡或腫瘤類型,在TRK基因融合陽性癌症病人中也證實具有顯著且持久的抗腫瘤活性。開創了針對基因型,不定腫瘤類型的廣靶藥物。

 

 

延伸閱讀:

  1. Laetsch TW, DuBois SG, Mascarenhas L, et al. Larotrectinib for pediatric solid tumors harboring NTRK gene fusions: phase 1 results from a multicenter, open-label, phase 1/2 study [published online March 20, 2018]. Lancet Oncol. doi: 10.1016/S1470-2045(18)30119-0.
  2. Moreno An active drug for TRK-positive pediatric solid tumors [published online March 20, 2018]. Lancet Oncol. doi: 10.1016/S1470-2045(18)30191-8.
  3. Drilon A, Laetsch TW, Kummar S, et al. Efficacy of larotrectinib in TRK fusion–positive cancers in adults and children. N Engl J Med. 2018; 378:731-739. doi: 10.1056/NEJMoa1714448.
  4. Amatu A, et al. ESMO Open 2016;1:e000023. doi:10.1136/esmoopen-2015-000023

 

CAR-NK(嵌合抗原受體自然殺手細胞)可能比CAR-T更方便安全

和信治癌中心醫院資深臨床藥師: 方麗華

 

免疫系統包括先天免疫力(innate immunity)和適應性免疫力(adaptive immunity)。提供先天免疫力的細胞有自然殺手細胞(Natural killer cells, NK)和巨噬細胞(macrophage);而提供適應性免疫力的細胞則以淋巴細胞(T- and B-細胞)為主。將人類的免疫細胞應用在對抗癌細胞上,都會先考慮T-或NK細胞。

改造T細胞,使其表現嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor,CAR)構建物而成為CAR-T,是近年來治療淋巴白血病與淋巴瘤的熱門免疫療法之一,也是人類對付癌症藥物從化療、標靶藥物,更由化學分子進階到以細胞做藥的新紀元。然而,CAR-T 療法仍有它的限制,例如在收集患者自體 T 細胞且進行基因修飾的過程通常是耗時且低效的,以及給藥期間可能發生細胞素風暴(cytokine storm)所引起器官衰竭和死亡等嚴重不良反應,而且對固體腫瘤的效果不佳。

 

CAR-NK-1

 

(圖一,CAR-NK 圖解摘要)

2018年5月,加州大學聖地牙哥分校醫學院的研究團隊於《Cell Stem Cell》期刊發表一篇 “人類誘導性多功能幹細胞(Human iPSC)所衍生的嵌合抗原受體自然殺手細胞在卵巢癌異種移植小鼠模型會增強抗癌的作用”(延伸閱讀一)顯示,在小鼠卵巢癌模型中,表現嵌合抗原受體的自然殺手細胞(CAR natural killer cell, CAR-NK),呈現不錯的抗腫瘤活性,與 CAR-T療效相近,且安全性更高。

調節NK細胞活性並不需要人類淋巴細胞抗原(HLA)的相合,因為NK細胞啟動細胞毒殺是藉由活化、抑制及調節受體基因的綜合表現。活化受體包括天然細胞毒性受體(NCR)有:NKG2D、CD16(FcgRIIIa)、FasL和腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體(TRAIL)和共刺激受體如:LFA-1、CD244(2B4)和CD137(41BB)(圖一)。這些活化細胞表面受體通過細胞內的免疫受體酪氨酸激活基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motifs, ITAMs )如:2B4 and 41BB,與其他跨細胞膜的信號轉接子來觸發細胞溶解程序、和刺激細胞素和趨化因子的分泌。過去10年有許多採用NK細胞的免疫療法的試驗,這些試驗以周邊血、臍帶血和NK細胞系NK92細胞為NK細胞來源。那些臨床試驗中使用同種異體NK細胞的免疫療法也證實它們是安全性,幾乎沒有產生移植物抗宿主病(GvHD)、細胞素釋放綜合症(CRS)或神經毒性。

CAR-NK-2

聖地牙哥研究團隊首先篩選了 9 種不同的 CAR 構建體 (表一),用NK92系細胞載入嵌合抗原受體,建構了含有NKG2D的跨膜結構區域、2B4共刺激結構區域和CD3z信號傳導結構區域等不同組合的嵌合抗原受體(CAR),並結合scFv靶向腫瘤相關抗原 mesothelin (meso),期能促成強烈抗原特異性自然殺手(NK)細胞信號傳導。這9種CARs的殺死腫瘤細胞以CAR4, CAR7,CAR9有最大的抗腫瘤活性。

將NK CAR (CAR4, CAR7,CAR9)表現於人類誘導性多功能幹細胞(iPSC)衍生的 NK 細胞後,證實可改善自然殺手(NK)細胞的抗癌能力,也確認了CAR4的活性是來自抗原特異性(antigen-specific)而不是非特異性NK 細胞的活化。進一步評估NK-CAR4和T-CAR的抗腫瘤活性,比較CAR–iPSC-NK與CAR-primary T cell (CAR原始細胞)。結果CAR4-iPSC-NK細胞抗腫瘤活性優於iPSC-NK細胞。很明顯的,表現CAR4(meso)的iPSC-NK細胞比表現T-CAR的iPSC-NK細胞有更強的腫瘤毒殺(細胞溶解)活性;雖然,表現T-CAR(meso)的T細胞比表現NK-CAR的T細胞有更強的腫瘤毒殺活性。

以卵巢癌異種移植小鼠模型測試時,發現表現CAR4的iPSC-NK細胞比PB-NK細胞、iPSC-NK細胞(沒有載入構建體的對照組),T-CAR-iPSC-NK細胞有顯著抑制腫瘤生長和延長存活,也比表現T-CAR的iPSC-NK細胞有效多了 (圖二)

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(圖二)

最後比較CAR-T細胞 與CAR-NK細胞在小鼠的腫瘤反應與存活率。 由圖三可看出,T-CAR-T細胞與CAR4-iPS NK細胞,在第21天都有很強的降低腫瘤細胞量。但接受原始T 細胞群,都有體重減輕,T-CAR-T細胞甚至降低了50%的體重(圖三E),且有發生器官嚴重出血與缺血情形,而有較高的死亡率。在小鼠的存活分析(圖三I)更顯示:表現CAR4的iPSC-NK細胞有最好的存活率,有趣的是,光是iPSC-NK細胞就能比表現T-CAR的T細胞更有效地延長存活率。

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圖三 (A) NOD-scid IL2Rγnull (NSG) 小鼠腹腔注入 2×105 luc+ A1847細胞。 3天後 小鼠接受 225 cGy 放療照射,再由腹腔輸入1×107 iPSC-NK 或 T 細胞群。 過來21天,接受iPSC-NK群治療組,依原先需要投與細胞素 (cytokines)。每星期用BLI (bioluminescent imaging)進行腫量瘤評直到第21天。圖B and C :流式細胞術定量 (C)周邊血 CD45+CD3+ T 細胞量 (B) 周邊血CD45+CD56+CD3_ iPSC-NK細胞量,每個點代表一隻小鼠。(D)輸注免疫細胞後,用BLI 數據監測 21天內每組腫瘤量的變化。(E) 每組小鼠輸注免疫細胞21天的體重變化。

(F–H) Levels of (F) hIFN-g, (G) hTNF-a, and (H) hIL-6 輸注免疫細胞後,在不同天經周邊血收集血漿,用ELISA所測得。(I) Kaplan-Meier curve 代表各組的存活率。

結論

人類誘導性多功能幹細胞(Human iPSC)衍生的自然殺手細胞可提供“上架藥品式的 (off-the-shelf)”癌症治療。表現NK-CAR構建體的誘導性多功能幹細胞衍生的自然殺手細胞(iPSC-NK)會活化特定的細胞內信號。NK-CAR iPSC-NK細胞證實在活體內會擴增並有抗癌效能,也有類似CAR-T 細胞的效果,但毒性較低。此外,NK-CAR-iPSC-NK 沒有CAR-T需要有HLA 配對相合的問題,再加上每一組 iPSC 衍生的 NK 細胞能治療數千名患者,它提供了標準化的、“上架藥品式的”治療方法。我們期待這些效果能獲得臨床人體試驗的證實。

延伸閱讀

1. Li Y,Hermanson DL,Moriarity BS, Kaufman DS Human. iPSC-Derived Natural Killer Cells Engineered with Chimeric Antigen Receptors Enhance Anti-tumor Activity. Cell Stem Cell. 2018;23(2):181-192.

2. Siegler EL, Kim YJ, Chen X, Siriwon N, Mac J, Rohrs JA, Bryson PD, Wang P. Combination Cancer Therapy Using Chimeric Antigen Receptor-Engineered Natural Killer Cells as Drug Carriers. Mol Ther. 2017; 25(12):2607-2619.

21-Gene Expression Assay 可指引乳癌術後是否該進行輔助性化學治療

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方麗華臨床藥師

和信治癌中心醫院

一項具開創性的個別化治療選擇(Rx)又稱TAILORx (Trial Assigning IndividuaLized Options for Treatment)的臨床試驗,刊登在2018年6月【新英格蘭醫學雜誌, NEJM】,研究顯示最常見的乳腺癌婦女中有70% 無法從化學治療中獲益。該研究指出,對於激素受體(HR, hormone receptor, 指estrogen receptor或progesterone receptor)陽性、HER2陰性、腋窩淋巴結陰性的乳腺癌的女性,手術後的輔助化學治療加上雌激素治療不比單獨使用激素治療對病人更有益。

乳癌是美國和全球女性中最常見的癌症。在美國,激素受體為陽性,腋窩淋巴結為陰性,約佔所有乳腺癌病例的一半。輔助化學治療可降低復發,其影響在年輕女性中成效較高;但幾乎不受淋巴結狀態、癌細胞的惡性度、或使用輔助賀爾蒙治療的影響。這些發現導致美國國家衛生研究院的共識小組推薦對大部分的病人進行輔助化學治療,輔助化學治療確實也降低乳腺癌的死亡率。然而,大多數病人可能也接受了不必要的化學治療。

21基因表達分析測試(Oncotype DX,由Genomic Health 公司所開發)是幾種商業上可用的基因表達測試之一,提供在激素受體為陽性的乳腺癌病人的預後。基於21基因的復發評分,分數範圍為0到100,同時復發評分值落在高分的時候,可預測化學治療效果。高評分值定義為大於26。當復發值為低 (0~10分),10年後遠處復發率(2%)是非常低,不太可能受到輔助化學治療的影響。專家對使用21基因檢測的結果仍存在不確定性,尤其對於大多數復發評分落於中間數值(11-25)的乳癌病人,接受化學治療是否有益還未知。

TAILORx是一項3期的前瞻性臨床試驗,開始於2006年,也是第一個研究個人化癌症治療方法的大規模臨床試驗。該臨床試驗的先前的研究,已證實低復發值(0~10分)病人只接受雌激素治療時,遠處復發率亦很低。(延伸閱讀3) 本期試驗目的是要確定化學治療對中度復發值為11~25分的女性是否有益?來制定一個個人化的化學治療方案。

21基因復發評分計算:利用16個癌症基因、5個參考基因,共21個基因、3項研究的大數據來計算乳癌復發分數。(表一:Recurrence score,RS)

21-Gene Expression Assay_1

 

http://www.oncotypeiq.com/en-GB/breast-cancer/healthcare-professionals/oncotype-dx-breast-recurrence-score/about-the-test

TAILORx研究收案的病人為 HR(陽性)、HER(陰性)、淋巴結(無)的10,273位18歲至75歲的女性乳癌病人。研究方法:21基因表達測試並計算癌症復發風險評分值(以0~100分)。在低風險範圍(0~10分)的病人:只接受激素治療。分數大於26:則接受激素治療和化學治療。

中間風險範圍(11~25分):隨機分成兩組。一組單獨投與激素治療,另外一組是輔助化學治療加激素治療,結果兩組無病生存率各為83.3% 比 84.3%、無遠處疾病復發(94.5% 比 95%),總生存率(92.2% 比 92.9%)。

本研究提出,HR(+)、HER2(-)、淋巴結(-),可以避免化學治療約佔70% 的病人。不必接受化學治療的條件如下:

  • 年齡大於50歲且復發評分值為11~25(45%)
  • 不管年齡,復發評分值為0~10(16%)
  • 年齡小於50歲,復發評分值為11~15(8%)

在HR(+)、HER2(-)、淋巴結(-)病人中,仍有30%病人需要接受化學治療,條件如下:

  • 任何年齡復發評分值為26~100分(17%)
  • 50歲或以下,復發評分值為16~25分(14%)

本研究結果證實化學治療對於中度危險組的大多數女性是無益的。這些數據分析的結果,提供了前瞻性證據,證實基因表達檢測可以鑑定出復發低風險的婦女,可以不必接受化學治療。但高風險範圍26~100分:遠處復發率為13%(即使已接受化學治療加上激素治療)。

本TAILORx新數據亦提供一個警示。當研究人員分別對停經前婦女和年齡小於50歲的中等風險範圍(16~25)患者再進行次分析時,結果顯示化學治療可能有益處,因此這些婦女仍應考慮使用化學治療。然而,目前還不清楚這益處是出於化學治療的效果,還是化學治療引起的更年期,導致內分泌被抑制。

在TAILORx的數據公佈之前,我們對Oncotype DX乳房復發評分,數值11~25分女性的最佳治療方案,仍存在不確定性;現在該試驗已提供了一個非常確定的答案。乳癌治療在可預見的將來,任何75歲或以下的早期乳癌患者都值得接受21基因表達檢測,並與醫生討論結果,以協助臨床醫師做出最合乎病人利益的治療決定。

延伸閱讀:

  1. SS Lo, PB Mumby, J Norton, K Rychlik, J Smerage, J Kash, HK Chew, ER Gaynor, DF Hayes, A Epstein, KS Albain. Prospective Multicenter Study of the Impact of the 21-Gene Recurrence Score Assay on Medical Oncologist and Patient Adjuvant Breast Cancer Treatment Selection.J Clin Oncol. 2010; 28(10):1671-1676.
  2. Albain KS,Barlow WE,Shak S, et al. Prognostic and predictive value of the 21-gene recurrence score assay in postmenopausal women with node-positive, oestrogen-receptor-positive breast cancer on chemotherapy: a retrospective analysis of a randomised trial. Lancet Oncol 2010; 11:55-65.
  3. Sparano JA1, Gray RJ, Makower DF, et al. Prospective Validation of a 21-Gene Expression Assay in Breast Cancer. N Engl J Med. 2015; 373:2005-2014.
  4. Sparano JA,  Gray RJ, Makower F, et al. Adjuvant chemotherapy guided by a 21-gene expression assay in breast cancer. New Engl J Med 2018 Jun 3. (DOI:10.1056/NEJMoa 1804710)

嵌合抗原受體T细胞 (Chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T)的傳奇與創新

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和信治癌中心醫院臨床藥師 方麗華

 

腫瘤免疫治療是繼手術、放療、化療、標靶治療後,人類對抗腫瘤的第五大療法,具有劃時代的意義。免疫治療主要有三大方向:腫瘤疫苗、細胞治療和免疫檢查點抑制劑。細胞治療的典型代表 CAR-T (嵌合抗原受體T细胞),它從研發到上市有一段非常傳奇的故事。

 

一、從絕望到新生,白血病女孩 Emily Whitehead的抗癌傳奇

2010 年 5 月,美國小女孩 Emily 剛剛過完 5 歲生日,被診斷出患有急性淋巴細胞白血病(Acute lymphoblastic leukemia,ALL)。ALL是一種好發於兒童的白血病,占兒童白血病的70%,不過大多數兒童都能夠通過化療得到有效控制,少數需要進行幹細胞移植才能治癒。

Emily 像大多數白血病病童一樣,接受了化療。兩輪化療後,她的雙腿出現壞死性筋膜炎,雖勉強避開了截肢, 十六個月後,血癌復發了。醫師建議進行骨髓移植,但因擔心移植的併發症,而且病情仍舊沒有得到控制,Emily危在旦夕;醫生建議啟動臨終關懷,但是Emily的父母不忍女兒就這樣離開人世,決定帶女兒到費城兒童醫院尋求第二意見。在那裡,他們了解到由賓夕法尼亞大學研究人員開發的一種新療法,稱為CART-19 (嵌合抗原受體T细胞),它是由基因工程改造病人自身的T細胞以殺死腫瘤細胞。

當時腫瘤科醫師告訴家屬,這是一項實驗性的研究,成敗未卜。費城兒童醫院是賓州大學的附屬醫院,正開展 CAR-T (嵌合抗原受體 T 細胞)的早期臨床試驗,但當時接受過這種治療的病人只有兩三個,並且全是成人;權衡利弊後,Emily的父母決定讓她接受治療。

危機比想像中來得更早。就在Emily接受第三劑CAR-T注射後,她出現了高燒、呼吸衰竭和休克的症狀,即所謂CAR-T 治療的副作用「細胞激素風暴」,情況非常兇險,但是當時沒人知道如何處理。Emily的血液樣本發現有一種叫做白細胞介素-6 (interleukin 6) 的蛋白質比正常值高了1000 倍。CAR-T專案負責人Carl June突然想到,自己患類風濕性關節炎的女兒正在使用一種靶向白介素-6的抗體 (Tociluzimab)進行治療,那麼能不能用它來應對Emily的突發狀況?當天晚上,Emily就被注射了白介素-6的抗體 (Tociluzimab)。

奇蹟發生了!幾個小時後,Emily的症狀迅速獲得了改善;第二天,她從休克中醒來,而這一天恰巧是她的7歲生日。 8天後,Emily骨髓活檢的結果顯示,她的體內已經沒有任何白血病細胞了!這是CAR-T首個治癒白血病的案例,Emily也因此家喻戶曉,成為美國的抗癌明星。現在Emily已經12歲了,白血病再也沒有復發過。她的父母還成立了Emily Whitehead基金,用來支持免疫治療研究。

嵌合抗原受體T细胞 (Chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T)的傳奇與創新_1

Emily Whitehead Foundation

Emily 的幸運故事,也為 CAR-T 的發展做出了不可磨滅的貢獻。當時Carl June剛和諾華公司剛簽訂共同研發協定,Emily的成功讓他迅速獲得了更多資金和輿論的支援。 隨後大量的臨床資料顯示,該療法治療B 細胞ALL的 63位病人,有83%達到白血病細胞在治療後完全消失,實現了真正意義上的「治癒」。1  2017年美國FDA專家委員會以10:0的投票結果審批通過了諾華的CTL019 Tisagenlecleucel (商品名為Kymriah)上市,一劑要價 475,000美元。接續有Axicabtagene ciloleucel (Kite Pharma)兩種CAR-T,應用於治療表達CD19抗原的急性B淋巴細胞白血病或淋巴瘤。FDA僅根據第二期臨床試驗的成功,即核准此兩項成品。

 

二、 CAR-T 的原理和優勢

1. CAR-T療法的原理

CAR-T 又名嵌合抗原受體 T 細胞,它不是一種藥物,而是細胞。人體啟動免疫反應,對抗腫瘤時會面臨兩種主要挑戰 : 一是惡性腫瘤細胞原本是來自身體正常細胞,我們的免疫系統已演化成不會攻擊自身組織,所以無法區分癌細胞與正常細胞;第二個挑戰是許多癌細胞會躲避免疫細胞和干擾免疫反應。免疫系統為預防錯殺正常組織,T細胞在攻擊癌細胞之前,會檢查癌細胞是否有兩種蛋白(細胞身分證):第一種為主要組織相容複合物(MHC)的大型蛋白複合物,是一種信號抗原;第二種是共同刺激配體(co-stumulatory ligand),它能提供信號告訴T細胞啟動攻擊。如果癌細胞不提供它的身分證辨識或共同刺激配體,T細胞便不會攻擊它。因此,癌細胞常演化出兩種欺騙免疫細胞的方法:不提供MHC,或傳遞不活化信號的共同刺激配體給T細胞。基因工程改造的CAR-T是設計依癌細胞的表面抗原(身分證),利用改造的病毒外殼,把辨識腫瘤抗體片段送進T細胞內。細胞的製造步驟比既往的藥物要複雜得多,我們可以概括為分離、基因編輯、擴增、回輸、監控(A)。

 

分離:先要分離出病人的 T 細胞。

基因編輯:這是 CAR-T 的核心技術,也是每家公司技術上的核心競爭力(B)。腫瘤細胞在和免疫細胞鬥爭的過程中,會隱藏自己的標記,避免被T細胞識別和摧毀。科學家通過基因編輯的手段,利用病毒傳遞遺傳物質來重設T細胞,讓T細胞的細胞膜有抗體的表達,能識別腫瘤特異性分子的蛋白,這樣T細胞就像裝上了「雷達眼睛」,讓腫瘤細胞無處遁形。

擴增:如果把 CAR-T 比喻成一支軍隊,體外擴增就是招兵買馬的過程。先利用磁珠活化T細胞,磁珠上包覆兩種蛋白質,經特定信號蛋白的刺激後,就會進入擴增模式。5-10天後,每個CAR-T細胞會複製出100顆以上的CAR-T細胞。

回輸:擴增好的CAR-T 細胞通過注射進入人體。CAR-T細胞能辨識出腫瘤細胞表面的抗原,立即展開攻擊,不再需要MHC或共同刺激配體的存在。

監控:常規的藥物治療都會產生不良反應或者副作用,活細胞更是如此,因此在注射後要密切關注病人的生命特徵,隨時處理突發狀況。

嵌合抗原受體T细胞 (Chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T)的傳奇與創新_2

http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMe1714680?query=recirc_curatedRelated_article
(A) 嵌合抗原受體(CAR)T細胞治療的生產步驟。備製需要在有良好生產規範(GMP)場所進行:1. 分離:首先通過白血球分離術,將病人的白血球分離出來,然後將T細胞激活。2. 基因編輯:用逆轉錄病毒編碼CAR,進行遺傳工程改造。當CAR T細胞基因編輯成功後就進入擴增。 3. 擴增,就進一步擴增收成。4. 回輸:最後輸回病人的身上。在輸注前,病人需接受清除淋巴細胞的化療調理。在Neelapu等人的ZUMA-1研究中,整個過程平均需要17天。(B) Neelapu與Schuster等人在研究中使用的抗CD19 CAR的設計差異。TCR代表T細胞受體。

 

2. CAR-T療法的優勢
CAR-T 之所以能夠取得「治癒」白血病的驚人效果,根本原因在於它是一種「精準」的「活性藥物」。 通過裝載上「雷達」,CAR-T能夠更加準確地識別和殺傷腫瘤細胞,比傳統的放化療要強得多,這也是精準醫療的具體表現。 此外,傳統的藥物作用於人體後會被肝腎代謝排除,不會在體內長期存在,而CAR-T在消滅腫瘤之後,它們還會在人體內安靜地潛伏下來,像敏銳的長期哨兵,是可持續巡邏全身的「活」系統;它密切監視、防止白血病的復發。

 

三、 CAR-T 面臨的挑戰
事物總是有兩面性,任何一種治療都會存在缺陷, CAR-T 也不例外。CAR-T存在的局限性,主要有以下兩點:

1. 安全性問題
記得在 Emily 的故事中我們提到的危險狀況嗎? 這是CAR-T治療過程中最常見的不良反應,叫做「細胞激素風暴」。CAR-T細胞會導致體內大量細胞釋放激素,促進免疫系統猛烈地攻擊身體的器官組織,讓病人出現呼吸困難、高熱、低血壓的症狀,並且情況非常兇險,早期是導致病人死亡的重要因素。但是這種情況通過一些抗細胞激素的治療就可以很好地應對,目前已經不再是難題了。另外CAR-T會造成B細胞再生障礙(B-cell aplasia),造成抗體(免疫球蛋白)製造缺損,因此病人需要輸注免疫球蛋白,以減少感染機會。
除了「細胞激素風暴」外,神經毒性也是一大風險。舉個例子,去年 CAR-T 研究的先驅 Juno 公司,在進行 JCAR015 的 2 期臨床試驗時,先後發生多例病人因為神經毒性死亡,被 FDA 兩度叫停了臨床試驗。目前對於神經毒性沒有很好的解釋,有人說是白血病細胞侵犯到中樞神經周圍,被CAR-T攻擊後產生大量的細胞碎片,導致腦水腫。目前還沒有明確的方法可以應對。
還有一種危險因素,叫做「脫靶效應 」,指的是CAR-T細胞原本是要攻擊腫瘤細胞,卻錯殺了正常細胞,這是為什麼?這和CAR-T在製備過程中選擇的特異性分子很有關係。腫瘤和正常細胞很像,就像恐怖分子通常會打扮得像老百姓,不被員警發現。如果CAR-T選擇的靶標在正常細胞上也有,正常細胞就會受到攻擊。白血病的標記分子CD19,就是一種腫瘤特異性很高的標誌,這才促成白血病領域CAR-T治療如此成功。因此在今後的CAR-T研發中,尋找特異性高的靶標是非常重要的關鍵因素。

2. 固體瘤的困境
CAR-T 除了治療白血病,治療肺癌、肝癌、胃癌這些器官上的腫瘤(固體瘤),是不是效果也很好?很遺憾,目前在臨床試驗中取得重大突破的,仍然局限在白血病。一方面是因為白血病有極為特異的靶標,而固體瘤目前還沒有找到;另一方面就是器官的腫瘤細胞,往往會狡猾地躲在其他細胞中間;敵軍陣營周圍的地形非常複雜,還會釋放各種信號分子,造成「煙霧彈」,給進攻帶來很大的難度。
不過,目前 CAR-T 在固體瘤的治療方面還是取得了一些成就。於2016年在新英格蘭醫學期刊,發表一例末期惡性腦癌glioblastoma multiforme的病人,由美國加州的希望之城(City of Hope)臨床中心報導了他們的CAR-T 在腦癌中的進展。 病人的腦部有7處腫瘤灶,經過5次局部注射後,病人的腫瘤全部消失了! 並且持續了228天沒有復發。這在CAR-T治療固體瘤歷史上是一大突破。

 

四、總結和展望
CAR-T 這兩年取得了突飛猛進的進展,除了技術和療效之外,和輿論也有密切的關係。Emily的故事讓CAR-T成為舉世矚目的焦點,吸引了大量的資金和團隊研發,也快速推進了CAR-T 的上市。CAR-T 有別於藥物治療,是具有精準醫療特性的「活性」細胞治療,為腫瘤病人帶來了新的希望。
過去幾年,許多研究團隊都報告了末期白血病和淋巴瘤的奇蹟式案例,包括紐約史隆凱特癌症中心、西雅圖兒童醫院、與朱諾(Juno)治療公司有合作關係的哈欽森癌症研究中心,以及與風箏製藥(Kite)有合作關係的美國國家癌症研究院。不同種類的腫瘤病患對於療法的反應不同,約有一半的慢性淋巴白血症的症狀獲得改善、急性淋巴性白血症兒童約有90% 完全緩解;治療一個月後,體內並沒有癌細胞蹤跡。CAR-T 未來的發展方向要能克服安全隱憂,以及在更多的腫瘤類型中取得出色的療效。CAR-T的研發需要在國家政策支援和監管跟進的前提下,才能夠湧現更多的創新突破。

 

References:
1. Buechner J, Grupp SA, Maude SL, et al. Global registration trial of efficacy and safety of CTL019 in pediatric and young adult patients with relapsed/refractory (R/R) acute lymphoblastic leukemia (ALL): update to the interim analysis. Clin Lymphoma Myeloma Leuk2017;Suppl 2:S263-S264. abstract.
2. L. Rosenbaum Tragedy, Perseverance, and Chance – The Story of CAR-T Therapy N. Engl. J. Med., 377 (2017), pp. 1313-1315
3. Neelapu SS, Locke FL, Bartlett NL, et al. Axicabtagene ciloleucel CAR T-cell therapy in refractory large B-cell lymphoma. N Engl J Med 2017;377:2531-2544