Поколения химерных антигенных рецепторов для CAR T-клеточной терапии
Также как и мифическая Химера составлена из частей трех животных, химерный антигенный рецептор состоит из нескольких частей заимствованных от различных белков. Снаружи лимфоцита расположены распознающий домен, ответственный за связывание со специфической опухолевой мишенью, и шарнирный домен, который позиционирует распознающий домен правильным образом. Мембрану лимфоцита пронизывает трансмембранный участок, а внутри клетки находятся сигнальные последовательности, которые определяют поведение лимфоцита после связывания с опухолевой мишенью. Очевидно, что первая функция которой должны обладать CAR T клетки — это уничтожение мишени. Для этого в состав CAR включают сигнальный мотив от Т-клеточного рецептора, так как именно сигналы от него запускают активацию Т-лимфоцита и цитолиз мишени. Исторически первые CAR содержали только этот мотив, такие рецепторы сейчас называются рецепторами первого поколения. CAR первого поколения слабо стимулируют пролиферацию CAR T-лимфоцитов, поэтому пропадает одно из очень привлекательных свойств CAR T-клеточной терапии — саморазмножающееся лекарство. Цитотоксическая активность CAR T-клеток первого поколения при этом позволяет уничтожать опухолевые мишени с достаточной эффективностью, поэтому теоретически можно было бы представить успешную терапию CAR T-клетками первого поколения, если бы большие дозы клеток вводились пациенту с высокой частотой в течении длительного времени. Естественно, что технически это невозможно, поэтому в настоящее время CAR первого поколения не используют.
Схематическое строение химерных антигенных рецепторов разных поколений (слева) и природных рецепторов на поверхности Т-лимфоцита (справа). Иллюстрация выполнена в BioRender.
Более гармоничная активация Т-клеток достигается при помощи сигналов не только от Т-клеточного рецептора («сигнал 1»), но и от костимулирующих рецепторов («сигнал 2»). В качестве костимулирующих могут выступать рецепторы CD28, 4-1BB, CD27 и другие. В состав CAR второго поколения входит сигнальный участок от одного из костимулирующих рецепторов. Все зарегистрированный CAR T-клеточные продукты в настоящий момент (январь 2024) представлены CAR второго поколения с костимулирющими участками от CD28 или 4-1BB. При этом CD28-содержащие CAR запускают более бурные процессы активации и секреции цитокинов в отличие от химерных рецепторов с косигналингом 4-1BB. Это приводит к большей токсичности и меньшей персистенции CAR с CD28 в составе, хотя их клиническая эффективность для терапии онкогематологических заболеваний сопоставима с 4-1BB-содержащими CAR.
По аналогии с развитием автомобилестроения, в разработке CAR T-клеток тоже были популярны тенденции наращивания «мощности». CAR третьего поколения содержат два или более костимулирующих домена в своем составе. К сожалению, в отличие от автомобилей, увеличение «мощности» CAR, то есть добавление нескольких костимулирующих доменов, не приводит к улучшению CAR T-клеток. Уместнее здесь будет сравнение с лошадьми. Если долго подгонять лошадь, она не обгонит междугородний автобус, а скорее упадет без сил. Если включать в состав CAR все больше стимулирующих последовательностей, Т-лимфоциты проявят «взрывную» активность с высокими показателями пролиферации и цитотоксичности, однако со временем станут не активными или погибнут от избыточной активации.
В организме человека на судьбу Т-лифмоцитов сильно влияют цитокины. Комбинация цитокинов воздействующих на Т-лимфоцит корректирует степень его активации, а также направляет его дифференцировку (часто воздействие от цитокинов классифицируют как «сигнал 3» для активации). Логичным продолжением эволюции CAR было внедрение последовательности, кодирующей цитокины в состав вектора для доставки CAR. Такие CAR принадлежат к четвертому поколению (хотя здесь появляется некоторая путаница, к четвертому поколению иногда относят CAR с другими типами модификаций). Т-лимфоцит с CAR четвертого поколения секретирует цитокины, которые поддерживают его собственную пролиферацию, выживание и активацию, а также способствуют стимуляции других клеток иммунной системы в опухолевом очаге. В некоторых случаях, последовательность от рецептора цитокинов может интегрироваться сразу в состав CAR, тогда схожий тип стимуляции CAR T-клеток достигается без непосредственной секреции цитокина, за счет сигналинга от цитокиновго рецептора.
Общая тенденция последних лет в разработке новых типов CAR может быть выражена девизом «назад к природе». Все больше внимания исследователи уделяют созданию химерных рецепторов, сигналы от которых будут максимально имитировать процесс нормальной активации Т-лимфоцита в организме. Для этого в сигнальные области CAR вносятся мутации ослабляющие сигналинг; создаются рецепторы, распознающая и сигнальная часть которых кодируются разными полипептидами; снижается прочность комплекса CAR-мишень. Если десять лет назад одним из признаков хороших CAR T-клеток была их способность секретировать большие количества интерферона гамма после связывания с клеткой мишенью, сейчас решается обратная задача — создание рецепторов, которые позволят уничтожать мишени не поднимая системную концентрация интерферона гамма и некоторых других провоспалительных цитокинов.
Стало ясно, что не существует «идеальной» внутриклеточной части CAR. Терапия одних заболеваний требует бурной активации CAR T-клеток и их максимально быстрой пролиферации, в то время как другие опухоли нуждаются в очень длительном контроле, для чего нужно максимально долго сохранять CAR T-лимфоциты с фенотипом клеток памяти. Вероятно, для каждого конкретного типа онкологического заболевания будет подобран свой оптимальный вариант CAR.
Автор материала: С.В. Кулемзин, к.б.н, ст. научный сотрудник НИЛ геномного редактирования НЦМУ «Центр персонализированной медицины»