肿瘤微环境是如何步步绞杀 CAR-T?

癌图腾
04-12 11:31 来自天津市

CAR-T 细胞疗法作为肿瘤免疫治疗领域的划时代突破,在 B 细胞白血病、淋巴瘤等血液系统恶性肿瘤中早已缔造了治愈传奇,两款靶向 CD19 的 CAR-T 产品先后获 FDA 批准上市,让无数晚期血液肿瘤患者实现长期生存甚至临床治愈。

然而当这项突破性技术直面肺癌、肝癌、胰腺癌、胶质瘤等实体瘤时,却始终难以复刻血液肿瘤中的辉煌战绩,普遍面临浸润困难、活性耗竭、疗效不佳、易复发的困境,成为限制 CAR-T 疗法广泛应用的核心瓶颈。究其核心原因,正是肿瘤微环境(TME) 构建了层层防御体系,从多个维度对 CART 细胞实施全面压制,最终导致治疗效果大打折扣。

那么肿瘤微环境(TME)到底是如何全方位压制实体瘤 CAR-T 治疗效果?

实体瘤的 “免疫堡垒”:CAR-T 细胞的四大生存困境

与血液肿瘤所处的开放循环环境不同,实体瘤本质上是一个由肿瘤细胞、癌症相关成纤维细胞(CAFs)、免疫细胞、异常血管、致密细胞外基质(ECM)及各类代谢产物共同构成的复杂免疫抑制生态系统。

这个系统并非被动容纳肿瘤细胞,而是主动进化出一套完整的 “反免疫” 机制,从物理浸润、免疫围剿、信号抑制、代谢掠夺四个层面,对回输的 CAR-T 细胞实施层层封锁,让其无法完成 “归巢到肿瘤、浸润进瘤体、保持活性、持续杀伤” 的完整抗肿瘤流程。

CAR-T 细胞想要发挥杀伤作用,首先需要随血液循环抵达肿瘤部位,穿透血管屏障进入瘤体,再突破基质包裹抵达肿瘤核心,同时保持持续的增殖与杀伤活性。但实体瘤微环境将每一步都彻底阻断:异常血管让 CAR-T “进不来”,致密基质让其 “穿不透”,抑制性免疫细胞将其 “围堵杀”,免疫检查点与代谢掠夺让其 “活不久、杀不动”,最终导致 CAR-T 疗法在实体瘤中难以达到预期疗效。

物理屏障:进不去、穿不透的 “铜墙铁壁”

物理屏障是 CAR-T 细胞遭遇的首个阻碍,由异常肿瘤血管致密细胞外基质共同构成,如同为肿瘤筑起了一道无法逾越的 “铜墙铁壁”,直接阻断 CAR-T 细胞的肿瘤浸润路径。

肿瘤血管在 VEGF 等促血管生成因子的过度刺激下,完全丧失正常血管的结构与功能,呈现出扭曲、渗漏、血流紊乱的异常状态,形成典型的 “血管无能” 表型。肿瘤血管内皮细胞会主动下调 ICAM1、VCAM1 等关键黏附分子,导致循环中的 CAR-T 细胞无法黏附于血管壁并渗出进入瘤体,彻底失去接触肿瘤细胞的机会;同时,肿瘤内皮细胞还会分泌 IL-6、IL-10、TGF-β、乳酸、2 - 羟基戊二酸(2-HG)等大量免疫抑制因子,在血管周围形成局部免疫抑制龛,直接抑制 CAR-T 细胞的活化,或通过极化肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)间接削弱免疫效应。此外,内皮细胞的间质转化(EndMT)会进一步加剧血管异常,让血管屏障的抑制作用持续强化。

致密的细胞外基质是第二道物理封锁线,主要由癌症相关成纤维细胞(CAFs)大量分泌胶原、透明质酸、纤连蛋白、腱糖蛋白 C 等基质蛋白构成,形成高度纤维化、高硬度的致密结构。由于胶原纤维的孔径小于 2μm,而 T 细胞自身不具备降解基质的蛋白酶,CAR-T 细胞根本无法穿透基质进入肿瘤核心;坚硬的基质还会挤压肿瘤血管,进一步加重瘤内缺氧与酸中毒,间接破坏 CAR-T 细胞的生存环境,同时诱导 TAMs 向促瘤的 M2 表型极化,形成免疫抑制的恶性循环。

针对物理屏障的突破策略,核心在于血管正常化基质重塑。血管正常化摒弃了传统抗血管生成 “饿死肿瘤” 的思路,通过低剂量抗 VEGF/VEGFR2 抗体、靶向 Ang2/TIE2、PAK4 抑制剂、dCNP 等药物,修复异常血管结构,恢复黏附分子表达,改善肿瘤血流灌注,让 CAR-T 细胞能够顺利渗出血管;基质重塑则通过 PEGPH20 降解透明质酸、LOX/DDR1 抑制剂阻断胶原交联、吡非尼酮灭活 CAFs、FAP-CAR-T 清除基质生成细胞,拆解基质 “高墙”,更有研究直接改造 CAR-T 细胞使其表达乙酰肝素酶(HPSE),让 CAR-T 细胞自主降解基质,实现自主 “开路” 浸润肿瘤。

免疫围剿:被 “反派军团” 全面压制

即便少数 CAR-T 细胞侥幸突破物理屏障进入肿瘤内部,也会立刻陷入抑制性免疫细胞的围剿之中。这些细胞在肿瘤微环境中大量聚集,数量远超 CAR-T 细胞,通过多重机制协同抑制 CAR-T 的增殖、活化与杀伤功能,成为实体瘤抵抗 CAR-T 治疗的核心免疫屏障。

调节性 T 细胞(Treg)是肿瘤微环境中最主要的免疫抑制细胞,占肿瘤内 CD4+T 细胞的 10%~50%,远高于外周血中的 2%~5%。肿瘤细胞通过分泌 CCL17、CCL22、CCL1 等趋化因子,经 CCR4、CCR8 通路将 Treg 大量招募至瘤内,同时 TME 中的 TGF-β、IL-10 会进一步促进 Treg 增殖并强化其抑制功能;更值得关注的是,CAR-T 细胞制备过程中还可能意外产生 CAR-Treg 细胞,直接导致患者对治疗无应答。Treg 细胞通过直接接触、分泌抑制性细胞因子等方式,彻底压制 CAR-T 细胞的效应功能。

髓源抑制细胞(MDSCs)是另一类关键抑制细胞,分为粒系和单核系两大亚群,在肿瘤微环境中通过代谢掠夺、分泌活性氧(ROS)、表达免疫检查点等方式,显著削弱 CAR-T 细胞的扩增与长期抗肿瘤活性。临床数据证实,外周血 MDSCs 比例>21.57% 的 B 细胞急性淋巴细胞白血病患者,经 CAR-T 治疗后无复发生存期仅 3.2 个月,远低于低 MDSCs 患者的 14.5 个月,足见其对疗效的负面影响。

肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)则大多极化为促瘤的 M2 表型,不仅会直接吞噬 CAR-T 细胞,还会高表达 PD-L1,分泌 IL-10、TGF-β 等抑制因子,同时促进血管异常与基质沉积,全方位助力肿瘤抵抗 CAR-T 治疗。这三类抑制细胞通过趋化因子信号形成招募正循环,让肿瘤内部的免疫抑制状态不断强化,让 CAR-T 细胞陷入孤军奋战的绝境。

针对这类免疫抑制细胞的干预策略主要分为三类:阻断趋化通路阻止细胞招募,如 CCR4/CCR8 拮抗剂抑制 Treg 招募、CXCR2/CCR2 阻断剂减少 MDSC 与 TAM 浸润;精准清除肿瘤内抑制细胞,如 CD25 靶向抗体清除 Treg、CSF1R 抑制剂耗竭 TAMs、CD33 抗体偶联药物清除 MDSCs;重编程细胞表型逆转抑制作用,如全反式维甲酸(ATRA)将 MDSCs 分化为成熟免疫细胞、CD40 激动剂将 TAMs 极化为抗肿瘤的 M1 表型,从根源上瓦解免疫抑制军团。

信号与代谢绝杀:让 CAR-T 细胞 “断电” 又 “挨饿”

物理封锁和免疫围剿之外,肿瘤微环境还会通过免疫检查点抑制和代谢掠夺,从细胞信号和能量供给上,给 CAR-T 细胞致命一击。

肿瘤细胞及微环境中的基质细胞、免疫细胞,会高表达 PD-L1、CTLA-4、TIM-3 等免疫检查点配体,与 CAR-T 细胞表面的检查点受体结合,启动抑制信号,让 CAR-T 细胞快速进入耗竭状态,失去杀伤活性、无法持续增殖。同时,肿瘤微环境是典型的缺氧、低糖、低氨基酸环境,肿瘤细胞和抑制性免疫细胞会疯狂抢夺葡萄糖、精氨酸、色氨酸等关键营养物质,还会大量分泌乳酸、腺苷等抑制性代谢产物,这些产物会直接破坏 CAR-T 细胞的代谢稳态,导致能量枯竭、功能丧失。

这种 “信号抑制 + 代谢掠夺” 的双重打击,让进入肿瘤的 CAR-T 细胞既无法接收激活信号,又没有足够能量发挥作用,最终只能走向凋亡。

破局之路:重塑微环境 + 武装 CAR-T,双管齐下攻克实体瘤

在重塑肿瘤微环境方面,首先要突破物理屏障,通过血管正常化策略修复异常肿瘤血管,比如低剂量抗 VEGF 治疗、靶向 PAK4、TIE2 等通路,让血管恢复正常结构,助力 CAR-T 细胞浸润;同时降解致密基质,通过 PEGPH20 降解透明质酸、LOX 抑制剂阻断胶原交联、FAP-CAR-T 清除肿瘤相关成纤维细胞,拆掉基质 “高墙”。其次要清剿免疫抑制细胞,通过 CCR4/CCR8 拮抗剂阻断 Treg 招募、CSF1R 抑制剂清除 TAMs、全反式维甲酸重编程 MDSCs,把肿瘤内部的 “免疫反派” 清除或改造。

在武装 CAR-T 细胞方面,核心是让 CAR-T 细胞具备抵抗微环境抑制的能力。通过细胞因子装甲改造,让 CAR-T 细胞分泌 IL-7、IL-15、IL-18 等细胞因子,增强自身增殖与存续能力;通过检查点抵抗改造,敲除 PD-1、TGF-β 受体,或构建 PD-1-CD28 转换受体,把抑制信号转为激活信号;通过代谢增强改造,过表达 GLUT1、SLC7A5 等营养转运体,提升 CAR-T 细胞在低营养环境下的代谢适应力;还能通过逻辑门控设计,让 CAR-T 细胞仅在肿瘤缺氧、基质信号等特定环境下激活,降低脱靶毒性。

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