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把CAR-T“工厂”搬进人体：体内工程加速临床转化

Genelibs文献解读 2026-09-29 01:36 140 次阅读

原文：Advancing In Vivo Chimeric Antigen Receptor T-Cell Engineering to Accelerate Clinical Translation.
期刊：MedComm（影响因子 14.1） | PubMed | PMC 全文（含 PDF）

肿瘤至今仍是全球公共卫生的重大挑战，发病率和死亡率不断上升，给社会与经济带来沉重负担。尽管手术、放疗、化疗之外，靶向治疗和免疫治疗不断拓展选择，但在晚期或难治性恶性肿瘤——无论是血液瘤还是实体瘤——中，临床疗效常常进入平台期。在这一背景下，免疫治疗尤其是嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法，成为肿瘤治疗的重要突破口。

CAR-T疗法的核心原理，是把患者自身的T细胞进行基因重编程，使其表达能够识别肿瘤相关抗原的嵌合抗原受体（CAR），从而变成具有精准、强效杀瘤能力的“活药物”。典型的CAR结构包括胞外抗原结合域（通常是单链可变片段scFv）、铰链区、跨膜域，以及胞内信号组件CD3ζ和共刺激元件（如CD28或4-1BB）。2017年，首个靶向CD19的CAR-T疗法获批用于急性B淋巴细胞白血病，此后CAR-T在B细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤等血液癌症中展现出显著疗效，为许多患者带来持久缓解甚至潜在治愈的可能。

研究背景：传统CAR-T的“体外制造”瓶颈

然而，传统CAR-T疗法高度依赖复杂的体外制造流程。T细胞先从患者外周血中提取，再通过慢病毒/逆转录病毒载体或非病毒方法（如电转、转座子）在体外进行基因改造，随后大规模扩增，最后回输患者体内。这一多步骤、个体化的流程带来了三大核心瓶颈：制造复杂性、细胞产品质量和动态控制。

具体来说，生产流程耗时费力，通常需要3到5周，费用高达数十万美元，且最终细胞产品具有高度异质性。对于晚期恶性肿瘤患者，尤其是经过多轮细胞毒治疗后的患者，其T细胞数量和功能往往受损，难以在体外生成足够数量且强效的CAR-T细胞；而长期体外扩增又容易使T细胞走向耗竭表型，回输后增殖能力和持久性下降。此外，CAR-T细胞回输后难以在体内调控，可能引发严重甚至危及生命的毒性，如细胞因子释放综合征（CRS）。这些限制促使领域将目光投向一种新范式——体内CAR-T（in vivo CAR-T）。

核心发现：把制造“工厂”搬进患者体内

体内CAR-T策略不再把患者T细胞取出体外改造，而是通过递送载体携带编码CAR的DNA、mRNA或相关构建体，经全身或局部给药，利用载体本身的趋向性或工程化靶向特征，在体内直接识别T细胞（或其他免疫细胞），实现原位基因转移和CAR表达。也就是说，CAR-T的“制造工厂”从外部生物反应器转移到了患者自身体内。

这种策略通过一步式生物编程过程生成功能性CAR-T细胞，绕过了传统体外扩增阶段。相比体外疗法，体内CAR-T具有多重优势：流程简化、成本降低、细胞质量改善、给药可控且可重复。它消除了白细胞分离、体外培养、大规模扩增和回输的需要，把治疗变成一次或几次注射，大幅缩短准备时间、降低生产成本、提升可及性。同时，它直接利用患者自身健康、未经过体外操作的T细胞库，生成更强健、功能更完整的CAR-T群体，减少终产品的变异性。

当使用非病毒载体递送mRNA时，mRNA驱动的CAR表达具有短暂性，这相当于内置了一个调控“开关”：通过重复给药，临床医生可以调节CAR-T活性的强度和持续时间，从而缓解CRS等毒性。更重要的是，体内CAR-T还可能减少甚至消除治疗前淋巴细胞清除化疗的需求，显著提升安全性。

**FIGURE 3** FIGURE 3: 体外与体内 CAR-T 治疗流程的比较。CAR-T 治疗可通过体外或体内方式实施，二者各有不同优势。在体外流程中，通过白细胞分离术从患者体内分离 T 细胞，并使用病毒或非病毒载体进行基因修饰。这些工程化细胞在患者接受淋巴细胞清除化疗及后续输注前，被扩增至临床相关数量。相比之下，体内 CAR-T 治疗采用经静脉给药的“现货型”基因递送载体。这些载体在体内选择性转导 T 细胞，在患者体内生成 CAR-T 细胞，随后其经历活化与扩增以直接靶向肿瘤细胞。经 BioRender 许可制作。AAV，腺相关病毒；LNP，脂质纳米颗粒；LV，慢病毒载体；PNP，聚合物纳米颗粒。

方法亮点：递送载体与CAR架构的演进

体内CAR-T的核心技术驱动在于递送载体的进步，主要分为病毒和非病毒两大系统。病毒载体以慢病毒（LV）和腺相关病毒（AAV）为代表，能够实现CAR的持续表达，但临床使用受限于插入突变风险、高免疫原性和高昂生产成本。因此，非病毒递送平台受到越来越多关注。

非病毒载体以脂质纳米颗粒（LNP）和聚合物纳米颗粒（PNP）为典型。LNP尤其表现出较高的核酸包封和递送效率，并具有非病毒组成、低免疫原性、可规模化生产和易于化学修饰等关键优势，非常适合需要瞬时基因表达的应用场景，处于肿瘤免疫学研究前沿。Rurik等人一项标志性研究使用CD5靶向LNP递送编码抗纤维化CAR的mRNA，直接在体内T细胞中生成功能性CAR-T细胞，逆转了小鼠心脏纤维化，首次证明体内CAR-T可用于非肿瘤疾病。

**FIGURE 4** FIGURE 4: 用于体内 CAR-T 细胞生成的多种载体。用于体内 CAR-T 生成的递送载体可大致分为病毒载体和非病毒载体。病毒载体主要以慢病毒和腺相关病毒为代表，而非病毒载体包括脂质纳米颗粒（LNPs）、聚合物纳米颗粒和外泌体。这些载体可递送 DNA 或 RNA 等核酸货物，通常通过内吞作用进入 T 细胞。经过细胞内运输、货物释放和基因表达后，CAR 蛋白最终产生并定位于细胞膜。经 BioRender 许可制作。AAV，腺相关病毒；LNP，脂质纳米颗粒；NP，纳米颗粒；RT，逆转录。

在CAR架构方面，技术已历经五代演进。第一代CAR仅包含scFv、跨膜区和CD3ζ信号模块，只提供T细胞激活“第一信号”，缺乏共刺激，导致扩增差、持久性低、临床疗效微弱。第二代CAR加入一个共刺激域（CD28或4-1BB），显著改善增殖、存活、细胞因子分泌和抗肿瘤活性；2017年FDA批准的首批CAR-T产品（Kymriah和Yescarta）即基于第二代设计，对复发/难治B细胞恶性肿瘤响应率达80%–90%。第三代CAR串联两个共刺激域（CD28+4-1BB），但其临床优越性仍有争议。第四代CAR（TRUCKs）加入诱导性细胞因子表达以重塑肿瘤微环境（TME）；第五代CAR嵌入细胞因子受体信号基序，产生三信号激活，以应对实体瘤免疫抑制微环境。此外，逻辑门控CAR、亲和力调节受体、通用CAR平台，以及PD-1敲除、自杀开关、PROTAC调控等基因工程策略，也大幅提升了CAR-T的特异性、安全性和持久性。

**FIGURE 2** FIGURE 2: 核心 CAR 技术的演进。CAR 技术的发展经历了五代主要更迭。第一代 CAR 包含抗原结合域（scFv）、跨膜结构域和 CD3ζ 信号模块。第二代 CAR 引入单一共刺激结构域，最常见为 CD28 或 4-1BB，以增强 T 细胞活化和持久性。第三代 CAR 串联组合两个不同的共刺激结构域，通常为 CD28 和 4-1BB，以进一步增强信号传导。第四代 CAR 在第二代骨架基础上整合诱导型细胞因子表达盒（如 IL-12、IL-15 或 IL-18）或安全开关模块。第五代 CAR 在第二代构建体基础上延伸，加入含有 STAT3/5 转录因子结合基序的细胞因子受体衍生信号结构域，从而实现对 T 细胞功能的更精确调控。经 BioRender 许可制作。CD1，共刺激结构域 1；CD2，共刺激结构域 2；JAK，Janus 激酶；NFAT，活化 T 细胞核因子；scFv，单链可变片段；STAT3/5，信号转导及转录激活因子 3/5。

应用意义：从肿瘤到更广阔疾病版图

体内CAR-T的临床潜力远不止肿瘤免疫学。通过体内精准重编程免疫反应，该策略在自身免疫病、器官纤维化、感染性疾病甚至神经退行性疾病中都展现出前景。文中图1总结了体内CAR-T细胞的生成过程及适应症：预制基因递送载体经静脉注入体循环，选择性靶向循环T细胞，递送CAR转基因并诱导表达；工程化CAR-T细胞随后在体内扩增，对表达靶标的细胞发挥抗原特异性细胞毒性。当前及新兴适应症包括血液恶性肿瘤、实体瘤、自身免疫病、心肌纤维化和感染性疾病。

**FIGURE 1** FIGURE 1: 体内 CAR-T 细胞生成及适应症。体内 CAR-T 细胞生成是指在体内对患者内源性 T 细胞进行直接基因工程改造。简言之，将预先制备的基因递送载体经静脉给药，进入体循环，并选择性靶向循环 T 细胞以递送 CAR 转基因并诱导 CAR 表达。经工程改造的 CAR-T 细胞随后在体内扩增，并对表达靶抗原的细胞发挥抗原特异性细胞毒性作用。体内 CAR-T 疗法当前及新兴的适应症包括血液系统恶性肿瘤、实体瘤、自身免疫性疾病、心肌纤维化和感染性疾病。经 BioRender 许可制作。AD，阿尔茨海默病；BBB，血脑屏障；CAR，嵌合抗原受体；dsDNA，双链 DNA；FAP，成纤维细胞活化蛋白；GzB，颗粒酶 B；HER2，人表皮生长因子受体 2；ICAM-1，细胞间黏附分子 1；mRNA，信使 RNA；ssRNA，单链 RNA；TME，肿瘤微环境。

在MASTER可植入支架研究中，体内生成的CAR-T细胞含有更高比例的中枢记忆T细胞（14.8% vs 2.57%）、干细胞样T细胞（21.5% vs 9.8%）以及具有淋巴归巢能力的T细胞（13.1%），显示出与常规CAR-T不同的表型和治疗特征。这些进展共同标志着“体内细胞治疗”正在成为一个通用且广泛适用的治疗平台。

临床转化策略与未来机会

该综述进一步评估了促进临床转化的策略，重点关注安全性与有效性，并讨论了生物材料与人工智能带来的新兴机会，以提升可扩展性和可及性、拓宽治疗应用。优化策略包括：开发更安全高效的递送载体、调控CAR表达窗口、管理毒性、结合生物材料支架以及利用AI辅助设计等。

**FIGURE 5** FIGURE 5: 体内 CAR-T 疗法临床应用的优化策略。体内 CAR-T 疗法的临床转化依赖于多种互补策略。这些策略包括开发新型生物材料、模块化递送载体以及人源化 CAR 序列或基因编辑平台以优化构建体设计。其他方法侧重于功能控制，例如引入分子开关、导入自杀基因或采用共递送系统以重塑肿瘤微环境。此外，利用 CRISPR 介导的 CAR-T 细胞抑制性受体敲除可减轻 T 细胞耗竭并增强抗肿瘤疗效。经 BioRender 许可制作。

总体而言，这篇发表于MedComm（影响因子14.1）的综述系统梳理了体内CAR-T工程的最新进展、CAR架构演化、病毒与非病毒递送系统（LV、AAV、LNP、PNP及新兴平台）的优劣，以及临床转化路径。它把传统体外CAR-T的复杂流程“内化”进患者体内，解决了生产、可及性和实时功能调控等核心限制，重新定义了细胞治疗版图，为下一代CAR-T疗法跨越转化壁垒提供了框架与关键策略。

本文图片转载自 PMC 开放获取全文，仅供学习参考，请以原文为准。

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