CAR-T細胞五代結構變化及體內CAR-T的核心結構設計與載體系統
文章來源公眾號：Biotecr視界 作者：慕羽
傳統嵌合抗原受體 T 細胞（CAR-T）療法在血液腫瘤治療中成績斐然，但體外制備復雜、成本高昂、T 細胞功能受損、難以多次給藥及對實體瘤療效有限等問題，一直制約其廣泛應用。如今，體內 CAR-T 療法橫空出世，為解決這些難題帶來新希望！
自體、異體和體內嵌合抗原受體（CAR）-T細胞療法的生產回輸流程
體內 CAR-T 療法通過遞送系統將 CAR 基因組件直接遞送至宿主 T 細胞，實現原位重編程，無需體外操作。在治療時效性上，能快速起效，大幅縮短治療周期；經濟可行性方面，簡化流程降低成本，提升治療效率；治療持續性上，可重復給藥應對單次治療后的療效衰減或復發；更重要的是，利用內源性健康 T 細胞，避免體外擴增導致的細胞耗竭，為提升治療安全性和有效性開辟新路徑。
一、CAR-T細胞五代結構變化
自誕生以來，CAR-T 細胞技術已歷經五代關鍵的結構演變，每一代均針對前序版本的局限進行優化，逐步提升細胞活化、增殖、抗凋亡能力及治療安全性，尤其在實體瘤治療領域持續突破，具體演進路徑如下：
第一代 CAR-T 細胞是技術的基礎框架，其結構由三部分核心組件構成：負責識別腫瘤抗原的抗原結合域（單鏈可變區片段，scFv）、連接細胞膜內外的跨膜域，以及啟動 T 細胞基礎活化信號的CD3ζ 信號域。然而，僅依賴 CD3ζ 單一信號的激活模式存在明顯缺陷 ——T 細胞的細胞因子分泌量不足，體外及體內增殖能力較弱，最終導致治療效果受限，難以滿足臨床需求。
為解決第一代的功能短板，第二代 CAR-T 細胞引入關鍵改進：在原有結構基礎上整合共刺激分子（CD28 或 4-1BB）。這一優化產生了多重協同效應：不僅顯著增強 T 細胞的活化效率與增殖速率，提升細胞因子分泌水平，還能增強 T 細胞的抗凋亡能力、延長其在體內的存活時間。在臨床應用中，第二代 CAR-T 細胞展現出突出優勢，尤其在血液腫瘤（如 B 細胞急性淋巴細胞白血病、非霍奇金淋巴瘤）治療中療效最為顯著，成為當前血液腫瘤 CAR-T 治療的主流技術方向。
CAR結構設計演變
第三代 CAR-T 細胞試圖進一步強化共刺激信號，采用 “雙共刺激分子串聯” 設計，例如將 CD28 與 4-1BB 兩種共刺激分子同時整合到 CAR 結構中。理論上，雙重信號可能進一步提升 T 細胞功能，但實際臨床應用中，其治療效果與第二代相比未體現出明顯優勢，臨床優勢不突出，因此未實現大規模推廣。
第四代 CAR-T 細胞則轉向 “功能拓展與安全調控”，在第二代結構基礎上新增兩類核心模塊：一是細胞因子分泌模塊（如IL-12），可通過調節腫瘤微環境、增強免疫應答來改善治療效果；二是安全開關（如誘導型CASP9），能在出現嚴重不良反應時快速清除 CAR-T 細胞，降低治療風險。這一改進使 CAR-T 細胞在保持療效的同時提升安全性，尤其在實體瘤治療中展現出突破性潛力，為攻克實體瘤的免疫抑制微環境提供了新策略。
第五代 CAR-T 細胞聚焦 “T 細胞功能優化與毒性控制”，同樣以第二代結構為基礎，創新整合細胞因子受體信號域（如IL-2Rβ）。該信號域可激活 JAK-STAT 信號通路，從分子層面顯著增強 T 細胞的活性、體外增殖能力與體內持久性，同時優化 CAR-T 細胞的整體功能特性。更重要的是，其獨特的細胞因子調控機制能減少過量細胞因子釋放，從而降低細胞因子釋放綜合征（CRS）的發生風險。
二、載體系統多樣
在體內遞送 CAR 時，需滿足精準靶向 T 細胞、高效基因編輯能力及低毒性等嚴格標準。目前，病毒載體、非病毒載體與可植入生物支架是 CAR 遞送系統中已被廣泛研究和應用的三大核心類型。
載體類型
病毒載體
1. 腺相關病毒載體（AAV）作為無包膜小型病毒載體，其遺傳物質為約 4.7kb 的環狀 DNA，治療基因可在細胞核內以附加體形式穩定表達。它免疫原性低，能高效穿透肝臟、肌肉、大腦等多個器官，但存在載體容量有限、基因有極小概率整合到人類 DNA 引發腫瘤風險，且約半數人群血液中存在中和抗體限制其效用。當前通過利用不同 AAV 亞型的器官靶向能力、采用組織特異性啟動子來優化，同時需長期監測大劑量 AAV 在人體中的肝臟安全性。
2. 慢病毒載體（LV）
可突破細胞狀態限制，感染分裂或靜息期細胞，能將治療基因永久整合到細胞 DNA 實現長期表達。其 8kb 的大容量足以裝載復雜 CAR 結構，且天然靶向 T 細胞，但存在基因整合意外破壞關鍵基因致癌、生產依賴復雜多質粒組裝系統導致成本高，以及部分病毒蛋白可能引發免疫反應或細胞因子風暴等問題。現有自滅活載體、CRISPR-Cas9 引導靶向整合到安全基因組位點、整合缺陷型載體等策略降低風險，同時需通過高通量測序監測整合位點并建立長期隨訪機制。
3. 逆轉錄病毒載體（RV）
僅感染活躍分裂細胞，可通過逆轉錄酶將 RNA 基因組轉錄為 DNA 并整合到宿主細胞基因組，實現外源基因長期穩定表達。但強隨機整合特性易破壞關鍵基因（如 2003 年 X-SCID 治療中引發 T 細胞白血病），且免疫反應強、生產效率低，目前主要用于體外 CAR-T 細胞制備，體內遞送需嚴格設計安全開關并開展詳細風險評估。
4. 新興病毒平臺
通過衣殼蛋白工程重塑病毒外殼增強器官靶向能力、啟動子優化實現精準基因調控、添加聚乙二醇 “隱形涂層” 避免免疫清除等基因改造，大幅提升遞送性能，但長期生物安全性及大規模生產可擴展性仍需進一步驗證。
非病毒載體
1. 脂質納米顆粒（LNPs）通過帶正電脂質分子自動包裹核酸形成穩定納米復合物，可高效遞送多種治療分子。能將難溶性藥物吸收率提升 3-5 倍，雙層結構抵御光照、氧氣及酶降解，4℃下可穩定半年以上，表面修飾 CD3 抗體等可實現精準細胞遞送，還支持同時包裹多種分子用于聯合治療。不過載藥量低，對儲存條件敏感，部分陽離子脂質可能引發輕度炎癥，生產依賴精密微流控技術，新型可電離脂質工藝已推動其性能突破。
2. 聚合物納米載體
通過靜電吸附攜帶基因藥物，表面修飾定位裝置后特定細胞攝取率超 80%，聚合物外殼可保護基因免受核酸酶降解，且能通過調節聚合物分子量與單體組成控制藥物釋放速率。但約 30% 載體因穩定性過高無法完全釋藥，20% 因過早降解泄漏藥物，生產需復雜工藝控制粒徑與載藥量導致成本高，聚乙烯亞胺等材料可能引發劑量依賴性細胞毒性且儲存易聚集，未來需引入 pH 敏感鍵、優化凍干工藝及利用機器學習設計聚合物結構。
3. 外泌體
人體自身分泌的載體，天然生物相容性好，表面 CD47 “別吃我” 信號延長體內存活時間，可通過膜蛋白導向特定器官并穿透血腦屏障。但生產效率低、載藥效率差、穩定性不足，且不同來源外泌體風險各異（如 CAR-T 細胞來源外泌體有抗原偏移引發免疫攻擊風險），臨床轉化需解決長期基因組整合風險、免疫原性變化等安全問題，同時推動生產標準化與體內精準追蹤技術發展。
4. 可植入生物支架
通過優化表面涂層技術，可將降解時間控制在數周至數月。能局部原位生成 CAR-T 細胞降低全身毒性，但需手術植入增加感染風險且延長患者恢復周期，支架材料可能引發免疫排斥形成瘢痕組織損害 CAR-T 細胞功能，物理尺寸與材料特性也限制載藥能力。小鼠模型中 MASTER 支架生成釋放的 CAR-T 細胞持久性與抗腫瘤效果優于傳統療法，目前需更多臨床試驗驗證其長期安全性及潛在免疫反應。
寫在最后
載體選擇對 CAR-T 治療成功至關重要，各類載體優勢與挑戰鮮明：病毒載體中，LV 因大容量與天然 T 細胞靶向性成體外制備主流，AAV 受限于容量、預存抗體及肝毒性，RV 基本退出體內遞送。
非病毒載體中，LNPs 引領體內 mRNA 遞送創新，聚合物載體面臨釋藥與毒性問題，外泌體受困于生產與載藥效率；生物支架需突破手術、排斥及載藥限制。臨床轉化中，不同載體應用場景差異顯著，需針對性優化以推進 CAR-T 治療發展。
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