Molecular Cancer

近年来，嵌合抗原受体（Chimeric Antigen Receptor, CAR）技术在癌症治疗领域取得了突破性进展，尤其是在血液肿瘤的治疗中。然而，CAR-T细胞（CAR-T Cell）在治疗实体肿瘤方面的效果仍然有限，这促使研究人员探索新的免疫治疗方法。巨噬细胞（Macrophages）作为先天免疫系统的主要细胞，因其多功能性和在肿瘤微环境中的重要作用，成为了CAR疗法的新兴候选者。

巨噬细胞是体内主要的吞噬细胞，能够吞噬并消化细菌、病毒和癌细胞等病原体。巨噬细胞不仅具有强大的吞噬能力，还具有抗原呈递（Antigen Presentation）功能，可以激活适应性免疫反应。此外，巨噬细胞在组织修复、炎症反应和免疫调节中发挥着重要作用。基于这些特性，研究人员开始探索将CAR技术应用于巨噬细胞，以开发新的癌症免疫治疗方法。

CAR-M疗法的研究进展

CAR-M的基本原理

CAR是一种人工设计的跨膜受体，通常包括一个识别肿瘤抗原的单链可变区（Single-chain Variable Fragment, scFv）、一个铰链区（Hinge Domain）、一个跨膜区（Transmembrane Domain）和一个胞内信号传导区（Intracellular Signaling Domain）。通过基因工程手段将CAR导入巨噬细胞，使其能够特异性识别并杀伤表达相应抗原的癌细胞。

不同CAR的组成元素及其在CAR-巨噬细胞设计中的应用（Credit:Molecular Cancer）

CAR通常由以下部分组成：

单链可变区（Single-chain Variable Fragment, scFv）：scFv是位于CAR细胞表面的部分，通过连接序列与肿瘤抗原靶向抗体的重链可变区（VH）和轻链可变区（VL）连接。

铰链区（Hinge Region）：铰链区通常源自CD8或CD28序列，提供了CAR分子的柔韧性，使其能够在识别抗原时进行适当的构象变化。

跨膜区（Transmembrane Region）：跨膜区负责将CAR分子嵌入细胞膜，通常也来源于CD8或CD28序列。

胞内激活区（Intracellular Activation Domain）：大多数CAR分子的胞内激活区由CD3 和41-BB或CD28区域组成，负责将抗原识别信号转导到细胞内部，激活细胞的免疫反应。

CAR-巨噬细胞设计中的不同胞内激活区：

在CAR-M的设计中，研究人员探索了多种胞内激活区，以赋予CAR-M不同的抗肿瘤能力：

吞噬域（Phagocytosis Domains）：将FcR 、CD3 或Megf10等吞噬域整合到CAR中，使巨噬细胞能够吞噬抗原特异性的靶细胞并抑制肿瘤进展。

PI3K招募域（PI3K Recruiting Domain）：FcR 和PI3K招募域的串联能够实现对整个细胞的吞噬。

跨膜区和胞内域（Transmembrane and Intracellular Domain）：CD147的跨膜区和胞内域用于CAR-M设计，能够分泌基质金属蛋白酶，帮助免疫细胞渗透肿瘤组织。

炎症信号传导域（Inflammatory Signaling Domains）：将TLR4或TLR2的胞内信号传导域整合到CAR框架中，能够诱导巨噬细胞向M1型极化，展现出抗肿瘤效应。

共刺激域和炎症细胞因子（Costimulatory Domain and Inflammatory Cytokine）：含有CD28共刺激域、CD3 吞噬域以及通过切割位点释放的M1型细胞因子IFN- 的串联CAR分子，能够通过吞噬和促炎性抗肿瘤效应抑制肿瘤进展。

CD3 和TLR4胞内域的共表达（Co-expression of CD3 and TLR4 Intracellular Domain）：增强了巨噬细胞吞噬靶细胞的能力，并促进M1型极化。

CAR-M的早期研究

早在2006年，Biglari等人就成功将CEA（癌胚抗原）靶向的CAR分子导入人类单核细胞，并证明了这种疗法的可行性和安全性。自此之后，研究人员一直致力于开发和优化CAR-巨噬细胞疗法。初步研究表明，CAR-M治疗在血液肿瘤和非血液肿瘤的管理中具有潜力。

目前，已有两种CAR-M疗法（CT-0508和MCY-M11）获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准进入临床试验阶段。这标志着CAR-M疗法在实际临床应用中的重要一步。

CAR-M在实体瘤治疗中的挑战

尽管CAR-M疗法在血液肿瘤治疗中展示了潜力，但其在实体瘤中的应用仍面临诸多挑战。首先，实体瘤的致密组织结构和复杂的肿瘤微环境限制了CAR-M细胞的浸润和杀伤效应。其次，巨噬细胞在肿瘤微环境中容易被 教育 成支持肿瘤生长的M2型巨噬细胞，削弱其抗肿瘤功能。为了克服这些问题，研究人员正在探索多种策略，如优化CAR结构、结合其他免疫疗法以及利用生物材料辅助CAR分子的递送等。

CAR-M疗法的优势和潜力

巨噬细胞的多功能性

巨噬细胞在免疫系统中扮演着多重角色，包括吞噬病原体和癌细胞、分泌细胞因子和趋化因子以及调节免疫反应等。这些特性使巨噬细胞成为CAR免疫疗法的理想候选者。研究表明，CAR-M细胞不仅具有直接吞噬癌细胞的能力，还能够通过抗原呈递功能激活T细胞等适应性免疫反应，进一步增强抗肿瘤效果。

CAR-M疗法的优化策略

为了提高CAR-M疗法的效果，研究人员正在不断优化CAR的设计和巨噬细胞的工程改造。例如，通过引入不同的胞内信号传导区，如CD3 、FcR 等，可以增强巨噬细胞的吞噬能力和抗肿瘤活性。此外，结合原位基因编辑（In Situ Gene Editing）、合成生物学（Synthetic Biology）和生物材料辅助基因递送等先进技术，可以进一步提升CAR-M疗法的安全性和有效性。

使用脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）在体外系统中将编码CAR的mRNA递送至巨噬细胞和T细胞（Credit:Molecular Cancer）

这个系统主要是为了提高基因编辑的效率，使得这些免疫细胞能够高效表达CAR分子，从而增强其抗肿瘤活性。LNPs是一种先进的基因递送工具，其使用在mRNA疫苗（如疫苗）的成功应用引起了广泛关注。LNPs的优点包括高递送效率、低毒性和良好的生物相容性。研究人员利用LNPs将编码CAR分子的mRNA递送至巨噬细胞和T细胞，从而使这些细胞能够特异性识别并杀伤。

研究中，研究人员首先优化了LNPs的组成和mRNA的修饰，以提高其在巨噬细胞和T细胞中的转染效率。具体来说，他们筛选了一组脂质和mRNA，发现将磷脂酰乙醇胺（DOPE）掺入LNPs中对于核酸的递送至关重要。通过体外实验，研究人员证明这种优化的LNP-mRNA系统能够有效地将CAR mRNA递送至小鼠巨噬细胞和人类CD8+ T细胞，使这些细胞在表达CAR分子后表现出显著的细胞毒性作用，能够有效杀伤B细胞。

结合其他免疫疗法

除了优化CAR-M细胞本身，研究人员还探索将CAR-M疗法与其他免疫疗法结合使用，以实现协同抗肿瘤效果。例如，将CAR-M细胞与CAR-T细胞联合使用，可以利用巨噬细胞的肿瘤浸润能力和T细胞的强大杀伤能力，形成互补优势。此外，结合检查点抑制剂（Checkpoint Inhibitors）如抗PD-1抗体Pembrolizumab（帕博利珠单抗），可以进一步解除肿瘤微环境的免疫抑制，提高治疗效果。

CAR-M疗法的临床应用前景

随着CAR-M疗法的不断发展，越来越多的临床试验正在进行中，以评估其在不同类型癌症中的效果和安全性。CT-0508和MCY-M11是目前进展最快的两种CAR-M疗法，它们已获得FDA的批准进入临床试验，用于治疗HER2过表达的复发性或转移性实体瘤以及复发性/难治性和腹膜间皮瘤。

初步临床数据表明，CT-0508在患者中表现出良好的安全性和耐受性，没有明显的剂量相关毒性。此外，CAR-M疗法在局部递送时显示出更好的肿瘤抑制效果，这为未来的实体瘤治疗提供了新思路。

尽管CAR-M疗法在癌症治疗中展示了巨大的潜力，但其在临床应用中仍面临许多挑战。未来的研究需要继续优化CAR-M细胞的设计，提高其抗肿瘤效能，减少潜在的副作用。此外，探索更多高效的基因递送系统和联合治疗策略，将有助于推动CAR-M疗法在临床上的广泛应用。

随着基因编辑技术、合成生物学和生物材料科学的不断进步，我们有理由相信，CAR-M疗法将在不久的将来为癌症患者带来新的希望和更好的治疗选择。通过不断的研究和临床验证，CAR-M疗法有望成为癌症免疫治疗的重要组成部分，为攻克实体瘤这一难题提供有力的武器。

巨噬细胞CAR疗法作为一种新兴的癌症免疫治疗方法，展示了巨大的应用潜力。尽管面临诸多挑战，但通过研究人员的不懈努力和技术的不断进步，我们有理由相信，CAR-M疗法将在未来的癌症治疗中发挥越来越重要的作用，为更多的患者带来生的希望。

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