传统免疫细胞疗法（ICT）在实际应用上面临的两个关键挑战在于成本高昂和制造复杂性。其它“通用型”可注射替代药物（例如，双抗治疗血液恶性肿瘤）如果被证明具有同等效果，最终可能会取代ICT的使用。
不过，免疫细胞通过工程改造能够具有天然细胞中不存在的能力，例如改变和控制疾病微环境，这是传统疗法无法实现的。
生产方面，已有自动化模块化的工艺能够加快细胞治疗的制备，以提高效率和降低成本。
此外，使用工程化改造的“现货”ICT或直接在体内工程化的ICT，已经热度很高的研究领域，如果在未来获得成功，可能会消除细胞疗法当前的大部分问题。
近日，国际顶尖学术期刊 Science 发表了针对细胞工程的特刊。
针对CAR-T等工程化免疫细胞疗法当前的局限性，题为：The future of engineered immune cell therapies 的特刊综述，探讨了细胞工程这一革命性技术未来将如何释放更多的应用潜力来克服挑战。
ICT正在基于T细胞、巨噬细胞、NK或DC等细胞进行开发，这些细胞来自患者自体，或来自“现货”来源的细胞例如NK细胞系和iPSC。ICT领域当下发展迅猛，仅在clinicaltrials.gov上列出的“CAR-T细胞疗法”临床试验就有1000多项。
挑战与机遇
工程化T细胞疗法在实体瘤中面临着有效性的障碍，包括低效的肿瘤浸润、抗原表达的异质性、功能持久性差、T细胞耗竭。多种免疫抑制机制已经确定，包括代谢抑制物质（腺苷）、检查点分子（PD-L1）、抑制性转化生长因子-β（TGF-β）、 IL-10等细胞因子，以及各种抑制性细胞类型（CAF、MDSC、Treg等）。
另外，ICT的毒性是一个特别令人担忧的问题，尤其是在设计中努力放大免疫细胞的效应功能的情况下。
自体T细胞在安全性和长期移植潜力方面具有明显的生物学优势，但更“类药”的通用型同种异体免疫细胞将更快地交付给患者，并降低制造成本。
如今基于不同细胞工程设计的新型细胞疗法不断出现，各路技术将有望逐渐解决当前的这些挑战。
从细胞工程的角度来看，工程化改造技术在ICT的开发中发挥了三大关键作用（图1）：(i) 抗原受体工程，包括TCR、CAR；(ii) 宿主细胞基因组工程，针对细胞内信号通路的基因修饰，以调节细胞的代谢、生存和增殖等特性；(iii) 引入为免疫细胞提供新功能的辅助基因，包括加入治疗性有效载荷，发挥协同作用。
这些设计可能会超过载体的DNA大小限制，需要基因递送和制造方面的创新以确保其成功的临床转化。
抗原受体工程
CAR是免疫细胞治疗中研究最多的受体之一。
逻辑电路CAR可以感知多种抗原并执行组合逻辑运算，有效地区分健康细胞和癌细胞，从而最大限度地减少“脱靶”效应。逻辑电路CAR还可以感受组织微环境中的因素，以帮助控制工程细胞在组织中的位置。目前已有研究实现了多达三个输入的CAR改造。这些复杂的设计很难通过用于其他治疗方式（例如小分子或工程蛋白），因此突出了细胞疗法的独特潜力。
逻辑门控CAR能够帮助减少免疫逃逸所带来的癌症复发，并且已经在实体瘤和血液瘤显示出潜力，包括“或门”CAR（与两种不同靶抗原之一结合而触发）、“与门”CAR（仅当两种不同的靶抗原同时参与时才被激活）等。
CAR与TCR相比，CAR拥有不依赖于患者MHC的优势；而与TCR相比，CAR往往具有较低的抗原敏感性。一些新兴技术结合了CAR和TCR的优势：
T细胞受体融合结构（TRuCs）由靶向肿瘤相关抗原的特异性抗体融合到5个TCR亚基的胞外N-末端组成，显示出与CAR相似的抗原敏感性，同时降低炎性细胞因子的产生。
图片来源：Front Immunol
合成 T 细胞受体抗原受体（STARs）将两个抗体scFv分别融合到TCR的α链和β链，已在研究中表现出显著的体内活性和抗原敏感性。
图片来源：华夏英泰
治疗性有效载荷
除了表达抗原特异性受体外，工程化免疫细胞以表达治疗有效载荷，可以帮助调节细胞功能。分泌治疗性药物的“装甲”CAR，可以采用细胞因子（例如 IL-12、IL-15）、治疗性抗体（例如抗 PD-L1）、重塑肿瘤微环境或激活前药的酶作为有效载荷。
另一种策略是设计“基因开关”来调整有效载荷生产的强度和时间，提高安全性。例如，已批准的抗癌药物来那度胺，可以被用于开启或关闭免疫细胞的抗肿瘤活性，优化ICT的毒副作用和疗效。
基因组工程
CRISPR技术为通用 CAR-T 细胞打开了大门。利用CRISPR/Cas9系统同时破坏多个基因位点产生TCR和HLA-I缺陷的CAR-T细胞，可以减少移植物抗宿主病（GvHD）和免疫排斥反应的发生。
除了基因敲除外，CRISPR–Cas9还可以通过HDR修复实现非病毒的CAR敲入（例如Fate公司的FT819）。相比于不可预测的NHEJ途径，HDR介导的编辑可以在存在供体DNA模板的情况下，确保将基因精确插入特定基因座。该方法能够帮助提高CAR-T细胞疗法的稳健性，实现更均匀的CAR表达和增强的效力。
免疫细胞制造
ICT生产中最大的挑战之一是使用病毒进行基因转导，这是一个失败率很高的复杂过程。为了克服这一挑战，正在开发在原代人类免疫细胞中进行基因传递的非病毒方法，例如 mRNA 转染或基于转座子的基因组工程工具。
细胞来源的异质性是另一个挑战，在使用患者来源的细胞时，患者的病史或疾病阶段可导致T细胞功能障碍并改变免疫细胞组成，从而导致产生的免疫细胞产品质量不佳。
许多公司已经通过使用NK细胞或iPSC衍生的免疫细胞替代自体细胞，并结合基因组编辑工具，开发出了同种异体“现货”细胞疗法。然而，这些方法有其自身特定的挑战。例如，NK细胞比T细胞更不容易被病毒转导，而且基因组编辑也存在“脱靶”等问题。
工程免疫细胞疗法已技术取得了长足进步，但寻找更安全、更有效的策略仍有巨大的探索空间。此外，业界正在不断探索ICT在更多适应症中的应用，例如使用CAR-T来治疗心力衰竭或其他纤维化疾病。
更重要的是，ICT不断产生的人体试验数据还为了解免疫系统在疾病中的功能提供了思路。譬如数据的不断扩大可以帮助发现介导疾病发生发展的新基因和新靶点，也可以帮助计算机建模，以预测细胞疗法和基于机器学习的数据分析中需要优化的关键参数。
参考资料：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq6990
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