CAR T細胞

T細胞は、患者の腫瘍細胞上の抗原に特異的に向けられたキメラ抗原受容体を発現するように遺伝子操作され、患者に注入されると、がん細胞を攻撃して殺します。^{[ 30 ]} CARを発現するT細胞の養子移入は、CAR修飾T細胞が潜在的にあらゆる腫瘍関連抗原を標的とするように操作できるため、有望な抗がん治療法です。^{[ 31 ] [ 32 ]}

初期の CAR T 細胞研究は血液がんに焦点を当ててきました。最初に承認された治療法は、急性リンパ性白血病 (ALL) やびまん性大細胞型 B 細胞リンパ腫(DLBCL)などの B 細胞由来のがんに存在する抗原CD19を標的とする CAR を使用しています。 ^{[ 33 ] [ 34 ]}また、難治性ホジキンリンパ腫のCD30、急性骨髄性白血病(AML)のCD33、CD123、FLT3、多発性骨髄腫のBCMAなど、他の多くの血液がん抗原を標的とする CAR を開発する取り組みも進行中です。^{[ 35 ]} CD19 以外では、多発性骨髄腫抗原である B 細胞成熟抗原 (BCMA) を標的とする CAR がこれまでのところ最も臨床的に成功しています。^{[ 36 ]} BCMA を標的とする CAR は、Robert Carpenter とJames Kochenderferらによって最初に報告されました。^{[ 37 ] [ 38 ]}抗BCMA CAR T細胞は現在、多くの臨床試験でテストされており、抗BCMA CAR T細胞製品は米国食品医薬品局によって承認されています。^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

CAR T（CARv3-TEAM-E）細胞は膠芽腫の治療に有効であることが報告されている。小規模な試験では、1回の注入で数日のうちに腫瘍が急速に退縮することが示された。^{[ 42 ]}

固形腫瘍はより困難な標的となっている。^{[ 43 ]}優れた抗原の同定は困難である。そのような抗原は、大多数の癌細胞で高発現しているが、正常組織ではほとんど発現していない必要がある。^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 32 ]} CAR T細胞は固形腫瘍塊の中心部へ効率的に移動せず、敵対的な腫瘍微小環境がT細胞の活性を抑制する。^{[ 35 ]}

CAR T は、記憶 B 細胞の自己反応性集団を根絶することで自己免疫疾患を標的にするために使用できます。古典的な例としては、全身性エリテマトーデスの B 細胞集団全体を根絶するためにCD19を標的にすることが挙げられます。^{[ 47 ]}潰瘍性大腸炎や関節リウマチの治療法として研究されています。全身性硬化症、筋炎、関節リウマチの臨床試験が開始されています。 ^{[ 48 ]}研究者たちは、無関係な傍観者をあまり殺さないように、他の標的分子を試しています。^{[ 49 ] [ 50 ]}

より穏やかな方法としては、抗原に対する寛容を担う別の種類のT細胞である制御性T細胞（Treg）を改変する方法がある。 ^{[ 51 ]} CAR Tregは特定の抗原に対する寛容を付与することができ、臓器移植やループスなどのリウマチ性疾患に利用できる可能性がある。^{[ 52 ] [ 49 ]}

CAR T細胞療法後の最も一般的な問題は、免疫系が活性化され、炎症性サイトカインが大量に放出される状態であるサイトカイン放出症候群（CRS）です。この症候群の臨床症状は、高熱、倦怠感、筋肉痛、吐き気、毛細血管漏出、頻脈、その他の心機能障害、肝不全、腎機能障害を伴う敗血症に似ています。[ 84 ^{] CRSは}、CAR T細胞療法を受けたほぼすべての患者に発生します。実際、CRSの存在は、CAR T細胞が癌細胞を殺すという意図どおりに機能していることを示す診断マーカーです。^{[ 80 ]} CRSの重症度は、治療に対する反応の増加とは相関せず、むしろ疾患負荷の増加と相関します。^{[ 80 ]}重度のサイトカイン放出症候群は、コルチコステロイドなどの免疫抑制剤や、抗IL-6モノクローナル抗体であるトシリズマブで管理できます。 ^{[ 85 ]}トシリズマブを用いた早期介入は、治療効果に影響を与えることなく、重度の CRS の頻度を複数の研究で減少させることが示されています^{[ 86 ] [ 87 ] 。 CRS を改善することを目的とした新しい戦略は、CAR T 細胞の表面に人工的な非シグナル伝達 IL-6 受容体を同時に発現させることに基づいています[ 88 ]} 。この構造は、隔離によってマクロファージ由来の IL-6 を中和し、CAR T 細胞自体の抗腫瘍能力を妨げることなく CRS の重症度を低下させます。

神経毒性は、CAR T細胞療法と関連していることが多い。^{[ 89 ]}根本的なメカニズムはよく理解されておらず、CRSと関連している場合もあれば、関連していない場合もある。臨床症状には、せん妄、言語を理解する能力は残っているものの、一貫性のある会話能力が部分的に失われる状態（^表現性失語症）、意識レベルの低下（鈍感）、および発作が含まれる。^{[ 80 ]}臨床試験中に、神経毒性による死亡例が発生した。神経毒性による死亡の主な原因は脳浮腫である。Juno Therapeutics, Inc. が実施した研究では、試験に登録した患者5人が脳浮腫により死亡した。患者のうち2人はシクロホスファミド単独で治療され、残りの3人はシクロホスファミドとフルダラビンの併用療法を受けた。^{[ 90 ]}フレッド・ハッチンソンがん研究センターが後援する別の臨床試験では、CAR T細胞投与後122日目に不可逆的で致死的な神経毒性の症例が1件報告された。^{[ 91 ]}

多発性骨髄腫に対するBCMAキメラ抗原受容体（CAR）T細胞療法では、運動低下性運動障害（パーキンソン症候群、または運動および神経認知治療に伴う有害事象）が観察されている。^{[ 92 ]}

抗原認識ドメインは、受容体の細胞外ドメイン部分にあり、細胞の外側に露出している。これは潜在的な標的分子と相互作用し、対応する分子を発現する細胞にCAR T細胞を標的化する役割を担っている。^{[ 96 ]}

抗原認識ドメインは通常、モノクローナル抗体の可変領域を連結した単鎖可変フラグメント（scFv）から得られる。^{[ 95 ]} scFvは、免疫グロブリンの軽鎖（V _L）と重鎖（V _H）が短いリンカーペプチドで連結されたキメラタンパク質である。^{[ 97 ]}これらのV _L領域とV _H領域は、標的抗原（CD19など）への結合能力に基づいて事前に選択されている。2つの鎖間のリンカーは、柔軟性のためにグリシンとセリンの連続配列、溶解性を高めるためにグルタミン酸とリジンの連続配列を含む親水性残基で構成されている。^{[ 98 ]}単一ドメイン抗体（例：V _H、V _H H、V _NAR）は、T細胞における高い形質導入効率のため、CARフォーマットの抗原認識ドメインとして設計および開発されている。^{[ 99 ] [ 44 ] [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ]}

抗体断片に加えて、非抗体ベースのアプローチもCARの特異性を誘導するために使用されており、通常は互いに結合するリガンド/受容体ペアを利用している。^{[ 94 ]}サイトカイン、自然免疫受容体、TNF受容体、成長因子、構造タンパク質はすべて、CAR抗原認識ドメインとして成功裏に使用されている。^{[ 94 ]}

ヒンジ（スペーサーとも呼ばれる）は、抗原認識領域と細胞の外膜の間に位置する小さな構造ドメインです。理想的なヒンジはscFv受容体ヘッドの柔軟性を高め、CARと標的抗原間の空間的制約を軽減します。これにより、CAR T細胞と標的細胞間の抗原結合とシナプス形成が促進されます。^{[ 103 ]}ヒンジ配列は、 IgG、CD8、CD28などの他の免疫分子の膜近傍領域に基づいていることが多いです。^{[ 94 ] [ 104 ] [ 100 ] [ 101 ]}

膜貫通ドメインは、細胞膜を貫通する疎水性αヘリックスからなる構造要素です。CARを細胞膜に固定し、細胞外ヒンジおよび抗原認識ドメインと細胞内シグナル伝達領域を橋渡しします。 ^{[ 94 ]}このドメインは、受容体全体の安定性に不可欠です。一般的に、エンドドメインの最も膜に近い成分の膜貫通ドメインが使用されますが、異なる膜貫通ドメインによって受容体の安定性が異なります。CD28の膜貫通ドメインは、高発現で安定した受容体をもたらすことが知られています。^{[ 101 ]}

CD3-ゼータ膜貫通ドメインの使用は、人工TCRが天然TCRに組み込まれる可能性があるため推奨されません。^{[ 105 ]}

細胞内T細胞シグナル伝達ドメインは、細胞内の受容体のエンドドメインに位置する。^{[ 94 ]}抗原が外部抗原認識ドメインに結合すると、CAR受容体が集まって活性化シグナルを伝達する。その後、受容体の内部細胞質末端がT細胞内でシグナル伝達を継続する。^{[ 97 ]}

正常なT細胞の活性化は、CD3ζの細胞質ドメインに存在する免疫受容体チロシンベース活性化モチーフ（ITAM）のリン酸化に依存している。このプロセスを模倣するために、CD3ζの細胞質ドメインがCARエンドドメインの主要構成要素として一般的に使用されている。他のITAM含有ドメインも試みられているが、それほど効果的ではない。^{[ 95 ]}

T細胞は活性化後も持続するために、CD3ζシグナル伝達に加えて共刺激分子も必要とする。このため、CAR受容体のエンドドメインには通常、共刺激タンパク質由来の1つ以上のキメラドメインも含まれる。 ^{[ 3 ]} CD28、 CD27、CD134（OX40）、CD137（4-1BB）など、さまざまな共刺激分子のシグナル伝達ドメインが試験され、成功している。^{[ 94 ]}

使用される細胞内シグナル伝達ドメイン、したがってCAR構造は、CAR T細胞の生成を定義します。^{[ 4 ]}

• 第一世代CAR：第一世代CARは天然TCRのCD3ζ鎖のみを含み^{[ 4 ]} 、 T細胞の活性化が不完全で、サイトカイン産生が低く、抗腫瘍効果が損なわれます^{[ 107 ]} 。さらに、抗原刺激によってT細胞がアネルギー状態、すなわちリンパ球の機能不全状態に誘導されます^{[ 107 ] [ 108 ] 。}
• 第2世代および第3世代CAR：CAR-T細胞の有効性を向上させるために、それぞれ1つまたは2つの共刺激シグナル伝達ドメインを追加した第2世代および第3世代CARが開発されました。これらの構築物では、TCRのCD3ζ鎖がT細胞に活性化シグナル1を提供し、共刺激ドメインが活性化シグナル2を提供します。これらは両方ともCAR-T細胞の活性化に必要です。^{[ 109 ]}共刺激ドメインの組み込みにより、T細胞の長期的な増殖と拡大を達成し、T細胞をAICDおよびアネルギーから保護し、生体内での持続性を向上させることが可能になりました。^{[ 110 ] [ 111 ] [ 112 ]}最も一般的に使用される共刺激ドメインは、B7ファミリーに属するCD28 ^{[ 113 ]と、TNFRファミリーのCD137（4-1BB） [ 114 ]}であり、これらは異なるシグナル伝達経路を介して下流のシグナルを伝達します。その結果、CD28-および4-1BBベースのCARは、T細胞活性化に関して異なるシグナル伝達動態を示す。CD28-CARは、T細胞の急速かつ強力な増殖を促進するが、エフェクターT細胞の生存期間は短い。一方、4-1BB-CARは、長期持続性とT細胞疲弊の減少に関連している。^{[ 110 ] [ 115 ]}前臨床データによると、第3世代CARは、第2世代CARと比較して、エフェクター機能の改善と生体内での持続性の向上を示している。^{[ 4 ]}
• 第4世代CAR：第4世代CARは第2世代CARの構造に基づいているが、サイトカイン発現ドメインも含まれている。第4世代CARを導入したT細胞は、普遍的なサイトカイン媒介殺傷のために再誘導されたT細胞（TRUCK）とも呼ばれる。第4世代CAR-T細胞が標的の癌細胞を認識すると、CAR-T細胞の機能を向上させたり、腫瘍微小環境（TME）を改変したりすることを目的とした炎症性サイトカイン（例：IL-12、IL-15、IL-18）を放出する。^{[ 116 ]}例えば、IL-12はCAR-T細胞の増殖と持続を誘導すると同時に、他の免疫細胞を動員しTMEを調節することで、より強力な殺傷を誘導する。^{[ 116 ]}

CAR T細胞療法後の全患者における初期臨床寛解率は90%と高いものの^{[ 117 ]} 、長期生存率ははるかに低い。その原因は、通常、CD19を発現しない白血病細胞が出現し、CD19-CAR T細胞による認識を回避することであり、これは抗原逃避として知られる現象である^{[ 35 ]}。CD19とCD22、またはCD19とCD20の二重標的化CAR T細胞を開発する前臨床研究では有望性が示されており、CD19ダウンレギュレーションを回避するための二重特異性標的化を研究する試験が進行中である^{[ 35 ] 。}

2018年に、SUPRA CAR（split, universal, and programmableの略）と呼ばれるCARのバージョンが開発されました。^{[ 118 ]}複数のメカニズムを展開することで、SUPRA CARの活性を細かく制御し、過剰活性化を抑制できます。従来のCAR設計とは対照的に、SUPRA CARは免疫細胞のさらなる遺伝子改変なしに複数の抗原を標的にすることができます。^{[ 119 ]}

2026年、CART4-34療法は、免疫応答に関与していると考えられ、腫瘍細胞で高レベルで発現する遺伝子IGHV4-34を持つB細胞受容体を標的とした。マウスモデルでは、 CART4-34療法はびまん性大細胞型B細胞リンパ腫の腫瘍細胞を破壊する上でCD19 CAR-T療法と同等の効果を示した。IGHV4-34遺伝子は健康な細胞ではまれである。この療法はCD19を標的としないため、免疫系への影響が軽減/排除される。^{[ 120 ]}

抗原的に不均一な腫瘍の治療は、目的の抗原特異的アダプターの混合物を投与することによって達成できる。^{[ 121 ] [ 122 ]}

第4世代CAR（TRUCKまたは装甲CARとも呼ばれる）は、T細胞の増殖、持続性、および抗腫瘍活性を高める因子をさらに追加します。これには、IL-2、IL-5、IL-12などのサイトカインや共刺激リガンドが含まれます。^{[ 123 ] [ 124 ]}

人工制御機構を遺伝子操作されたT細胞に加えることで、医師は患者の体内のT細胞の持続性や活性を正確に制御し、毒性副作用を軽減することを目指すことができる。^{[ 125 ]}主な制御技術はT細胞の死を誘発したり、T細胞の活性化を制限したりするもので、多くの場合、必要に応じて導入または中止できる別の薬剤を介してT細胞を制御する。^{[ 126 ] [ 127 ]}

自殺遺伝子

遺伝子改変T細胞は、細胞外分子によって活性化されるとアポトーシスを誘導できる1つ以上の遺伝子を含むように設計されている。単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ（HSV-TK）と誘導性カスパーゼ9（iCasp9）は、CAR T細胞に組み込まれた2種類の自殺遺伝子である。^{[ 125 ] [ 128 ] [ 129 ]} iCasp9システムでは、自殺遺伝子複合体は2つの要素から構成されている。1つは、低分子リミデュシド/AP1903に高い特異性を持つ変異型FK506結合タンパク質、もう1つは、プロドメインが欠失したヒトカスパーゼ9をコードする遺伝子である。患者にリミデュシドを投与すると自殺システムが活性化され、遺伝子改変T細胞の急速なアポトーシスが起こる。HSV-TKシステムとiCasp9システムはどちらも臨床試験で安全スイッチとして顕著な機能を発揮するが、いくつかの欠点によりその応用が制限されている。 HSV-TKはウイルス由来であり、ヒトに対して免疫原性を持つ可能性がある。^{[ 125 ] [ 130 ]}また、自殺遺伝子戦略が、あらゆる状況において危険な腫瘍外細胞毒性を阻止するのに十分な速さで作用するかどうかは、現時点では不明である。^{[ 131 ] [ 132 ]}

二重抗原受容体

CAR T細胞は、2つの腫瘍関連抗原受容体を同時に発現するように設計されており、T細胞が非腫瘍細胞を攻撃する可能性を低減します。二重抗原受容体CAR T細胞は、副作用が少ないことが報告されています。^{[ 133 ]}マウスを用いた生体内研究では、二重受容体CAR T細胞が前立腺癌を効果的に根絶し、完全な長期生存を達成したことが示されています。^{[ 134 ]}

オン/オフスイッチ

このシステムでは、CAR T 細胞は腫瘍抗原と良性の外来分子の両方が存在する場合にのみ機能します。これを実現するために、CAR T 細胞の設計されたキメラ抗原受容体は、機能するために結合する必要がある 2 つの別々のタンパク質に分割されます。最初の受容体タンパク質は通常、細胞外抗原結合ドメインを含み、2 番目のタンパク質は下流のシグナル伝達要素と共刺激分子 (CD3ζ や 4-1BB など) を含みます。外来分子 (ラパマイシン類似体など) が存在すると、結合タンパク質とシグナル伝達タンパク質が二量体化して、CAR T 細胞が腫瘍を攻撃できるようになります。^{[ 135 ]}ヒト EGFR 切断型 (hEGFRt) は、セツキシマブを使用した CAR T 細胞の OFF スイッチとして使用されています。^{[ 44 ] [ 46 ] [ 100 ]}

スイッチとしての二重特異性分子

二重特異性分子は、腫瘍関連抗原とT細胞表面のCD3分子の両方を標的とする。これにより、T細胞は腫瘍細胞に物理的に近接しない限り活性化されないことが保証される。^{[ 136 ]}抗CD20/CD3二重特異性分子は、マウスにおいて悪性B細胞と癌細胞の両方に対して高い特異性を示す。^{[ 137 ]} FITCは、この戦略で使用されるもう1つの二機能性分子である。FITCは、葉酸受容体を持つ腫瘍細胞に向けてFITC特異的CAR T細胞の活性を方向転換および制御することができる。^{[ 138 ]}

高コストのため、^{[ 139 ]}研究者たちは細胞を改変するより安価な方法を模索している。in situ製造は高価な工程を省く。送達システムには免疫回避型レンチウイルスベクターや標的脂質ナノ粒子などがある。^{[ 140 ] [ 141 ] [ 142 ] [ 143 ]}

別のアプローチでは、生体誘導性材料を利用する。^{[ 144 ]}

活性化および拡張ステップを短縮または省略することも、コスト削減戦略の一つである。^{[ 145 ]}

CAR T細胞療法の最近の進歩は、固形腫瘍における有効性を高め、耐性を克服するために、代替活性化ドメインに焦点を当てています。たとえば、Toll様受容体4 ^{[ 146 ] [ 147 ] [ 148 ]} (TLR4) シグナル伝達成分をCAR構築物に組み込むことで、サイトカイン産生を調節し、T細胞の活性化と増殖を促進し、CAR T細胞の増殖と持続性を高めることができます。同様に、 T細胞受容体シグナル伝達に関与するSrcファミリーキナーゼのメンバーであるFYNキナーゼ^{[ 149 ]}を組み込むことで、CAR T細胞内のシグナル伝達カスケードを改善し、癌細胞の標的化と排除を向上させることができます。さらに、活性化受容体KIR2DS2の膜貫通ドメインと細胞内ドメインをDAP-12シグナル伝達アダプターと組み合わせて使用​​するKIRベースのCAR ^{[ 150 ] [ 151 ] [ 152 ] [ 153 ]}（KIR-CAR）は、T細胞増殖と抗腫瘍活性の改善を示しています。MyD88 / CD40 [ ^{154 ] [ 155 ]}のような非従来型の共刺激分子の使用を含むこれらの戦略は、より効果的な癌治療のためにCAR T細胞療法を最適化するために取られている革新的なアプローチ^を強調しています。