手术、放疗、化疗是目前肿瘤治疗的三大常规方法，它们都对肿瘤治疗做出了巨大的贡献，而且目前也取得了很大的进步，但不可否认的是它们都会对人体正常组织造成一定的损伤，而术后并发症和放化疗副反应也是广大肿瘤患者不得不面对的现实问题。
肿瘤免疫治疗是近年来医学领域最具前景的研究方向之一，不同于传统的肿瘤治疗，免疫疗法的作用对象是免疫细胞，主要靠激发人体免疫系统，动员免疫细胞发挥抗肿瘤作用，因此它在靶向肿瘤细胞的同时极少损伤正常组织，在恶性肿瘤治疗方面取得了一系列突破性成果而得到了广泛的关注。
2013年，全球顶尖的《科学》杂志评出肿瘤治疗方面的十大科技突破，其中免疫治疗高居榜首，而CAR-T细胞治疗作为目前过继性细胞免疫治疗的杰出代表在血液肿瘤等恶性肿瘤的治疗中取得了令人振奋的临床疗效，更是成为目前肿瘤免疫治疗的研究热点。2017年，被称为“CAR-T代言人”的美国宾夕法尼亚大学的Carl June教授获授也因此荣获了本年度美国临床肿瘤学会(ASCO)最重要的Karnofsky大奖。
手术、放疗、化疗是目前肿瘤治疗的三大常规方法，它们都对肿瘤治疗做出了巨大的贡献，而且目前也取得了很大的进步，但不可否认的是它们都会对人体正常组织造成一定的损伤，而术后并发症和放化疗副反应也是广大肿瘤患者不得不面对的现实问题。
T细胞是人体抗肿瘤免疫的主力军
CAR-T，全称Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy，即嵌合抗原受体的T细胞免疫治疗。
要想弄清CAR-T的来龙去脉和理解其如何发挥抗肿瘤作用，首先需要了解T淋巴细胞（简称T细胞，因其在胸腺（Thymus）中分化成熟而得名）是如何活化并杀伤肿瘤细胞的。
人体特异性免疫可分为体液免液和细胞免疫两大类，目前一般认为细胞免疫在抗肿瘤免疫中占主要地位，而T细胞作为细胞免疫中的主力军，是功能最强大的免疫细胞，也是杀伤肿瘤细胞最有力的武器。
T细胞通过T细胞受体（T cell receptor，TCR）识别肿瘤抗原，TCR常和另一种细胞分子CD3以TCR-CD3复合物形式存在于T细胞表面，TCR的功能主要是识别抗原，而CD3的功能主要是将TCR识别的抗原信号由T细胞表面由外向内传递以引起T细胞的活化。
但是TCR不能直接识别肿瘤抗原，而是必须先由肿瘤细胞将肿瘤抗原加工成抗原肽片段，然后再由肿瘤细胞自身的MHC分子将此抗原肽片段提呈给T细胞。
MHC（Major Histocompatibility Complex）即主要组织相容复合体，在人类称为人类白细胞抗原（Human Leukocyte Antigen，HLA ），是绝大多数细胞表面上都存在的一种分子，它们就像细胞的“身份证”一样，向T细胞展示细胞内部的抗原肽片段，而这个过程就叫做抗原提呈。任何个体的T细胞都只能识别由自身MHC分子提呈的抗原肽，而这种T细胞抗原识别的的特征也被称为自身MHC限制性。简言之，T细胞犹如九五之尊的皇帝，没有他信任的自己人的引荐，一般人是不可能随便接近他的。
长期以来，人们一直梦想着通过人体自身的免疫系统，让T细胞对肿瘤细胞进行特异性杀伤，从而实现彻底杀灭肿瘤而又不伤正常细胞的远大目标。
但是，正所谓“理想很丰满，现实很骨感”。虽然理论上T细胞在抗肿瘤免疫中有着得天独厚的巨大优势，但天然的、未经修饰的T细胞在杀伤肿瘤细胞方面也存在三大缺陷，从而一直制约其发展而无法在临床得以真正有效应用。
（一）因为T细胞受体所具有的独特结构和识别机制，使得T细胞不能直接识别肿瘤抗原，而具有MHC限制性；
（二）识别了肿瘤抗原的初始T细胞必须依靠共刺激分子激活才能最终转化为能够特异性杀伤肿瘤细胞的效应T细胞；
（三）在没有外界干预的情况下，人体内可以特异性识别肿瘤细胞的T细胞数目微乎其微，而且杀伤活性也很低。
CAR-T细胞治疗诞生的神奇之旅
在洞悉T细胞杀伤肿瘤细胞的自然途径之后，科学家们不禁自问，如果采用某种方法对T细胞进行改造，使之可以直接识别肿瘤抗原且外源性加入共刺激分子，那是否意味着可以克服以上T细胞的三大缺陷进而真正用于临床呢？
问题一：如何让T细胞可以直接识别肿瘤抗原？
解决方案：将合成生物学、肿瘤免疫学、基因重组技术及遗传改造技术等相关知识技能融合在一起而造出一个人造受体（CAR）
对于第一个关键问题的解决，即怎么才能使T细胞可以直接识别肿瘤抗原，应归功于被称为“CAR-T之父”的以色列教授Zelig Eshhar。
其实很早以前人们就发现，B淋巴细胞（简称B细胞，因其在骨髓（Bone）中分化成熟而得名）可以通过其B细胞受体直接识别肿瘤抗原。
进一步研究发现，因为它在生物功能上属于抗体，所以才能直接识别抗原，而这也是B细胞抗瘤最大的优势所在，可惜B细胞在抗肿瘤免疫中只居于辅助地位，而T细胞才是杀灭肿瘤细胞的最有力的武器。
于是有人就想，如果将二者联合起来，那岂不是既可直接识别肿瘤抗原，又可最强杀灭肿瘤细胞，从而达到最佳的抗癌疗效吗？
而这种原本近乎天方夜谭的想法，直到天才Zelig Eshhar开创性地将合成生物学、肿瘤免疫学、基因重组技术及遗传改造技术等相关知识技能融合在一起而造出第一个人造受体（CAR），才最终将想象变成了现实，而这也从真正意义上宣告了第一代CAR-T时代的到来。
这是第一代CAR-T的一个结构示意图，从图中可以看出这种人造受体（CAR）一般由三大要件组成：
第一要件是胞外抗原结合区，可以直接识别肿瘤抗原。
第二要件是跨膜区，可以起到固定CAR的作用。
第三要件是胞内信号转导区，可以将识别的肿瘤抗原信号由外向内传递从而引起T细胞的活化。
因为这种人造受体是用T细胞受体改装的，而且在其胞外段嵌合上了能够直接识别肿瘤抗原的结构，因此也被称为嵌合抗原受体（Chimeric Antigen Receptor, CAR），顾名思义，可以简单地理解为是一种嵌合了能够直接识别肿瘤抗原结构的人造受体。
但是，经过人工改造的CAR-T细胞虽然可以直接识别肿瘤抗原，并将识别的肿瘤抗原信号由外向内转导给T细胞，但如果没有共刺激分子的激活，初始T细胞就难以最终转化为能够特异性杀伤肿瘤细胞的效应T细胞。
而这正是第一代CAR的最大缺点所在，由于Ｔ细胞无法完全活化和增殖，体内存活时间不超过1周而无法持续抗肿瘤，因此临床效果不理想而逐渐被人们淡忘。
问题二：如何引入共刺激分子激活T细胞？
解决方案：在第一代CAR的基础上再引入一个共刺激分子。
这个问题的解决主要归功于前述的“CAR-T代言人”——美国宾夕法尼亚大学的Carl H. June教授。
因为第一个问题已经解决，所以这个问题相对就好解决多了，只需要在第一代CAR的基础上再引入一个共刺激分子即可，而此升级的二代CAR可以使T细胞充分活化、增殖而最终分化为可以杀灭肿瘤细胞的效应T细胞。
问题三：如何增加效应T细胞的数量和杀瘤活性？
解决方案：二代CAR“一键激活”、高效反应的特点可以完美解决。
第二代CAR-T技术最大优势在于不仅T细胞可以直接识别抗原，而且由于同时具有“识别-共刺激-激活”三大功能区，所以具有“一键激活”、高效反应的特点。
实践证明，用第二代CAR-T技术获得的效应T细胞的数量、靶向性、杀伤活性和持久性均可大大提高，在临床中也获得了很好的疗效。目前临床上广泛采用的也正是第二代CAR-T技术。
第三代CAR在第二代CAR的基础上再加上了一个共刺激分子，与第二代CAR 相比，T 细胞活化、增殖、分泌细胞因子及细胞毒素作用更强，但靶向识别特异性降低，低亲和分子亦可促进 T 细胞活化，从而更容易产生“细胞因子风暴”等不良反应。
第四代CAR在第三代CAR的基础上，通过联合细胞因子，如IL-12等，进一步强化免疫应答，或者装入一个自杀基因，当不良反应过强或者未来体内的CAR-Ｔ细胞成为麻烦的时候用药物让CAR-Ｔ细胞自我毁灭。
CAR-T细胞治疗的基本流程
从肿瘤患者自身血液收集T细胞，通过基因重组技术获得CAR结构，再在体外通过转染技术（目前一般采用病毒转染）将CAR基因定向转入T细胞的基因组中，T细胞就可以表达相应的CAR 结构。将转染后经过纯化和大规模扩增的CAR-T细胞再注入到肿瘤患者体内，便会在肿瘤患者体内增殖并杀死具有相应特异性抗原的肿瘤细胞。
以靶向CD19治疗B细胞淋巴瘤为例，CAR-Ｔ的临床应用过程大致是这样的：
1
采集外周血。即从CD19（+）的B细胞淋巴瘤患者外周血采集T细胞。因为CAR-Ｔ是用自体的Ｔ细胞转染而成的产品，所以要从外周血中分离出所需要的Ｔ细胞，然后送到生产车间去培养和转染，这个过程大约一到两周。
2
化疗预处理。预处理的目的是清除体内的淋巴细胞，为即将回输的CAR-Ｔ细胞腾出空间，因为我们预期CAR-Ｔ细胞回输后会有一个显著的体内扩增的过程，需要为其创造一个适合生存的环境。做法是在CAR-Ｔ回输倒计时的第七至第四天，采用小剂量的的环磷酰胺和氟达拉滨化疗。
3
CAR-Ｔ回输。不同的研究中有不同的做法，如可以连续三天分三次回输，第一天10%，第二天30%，第三天60%，回输的CAR-Ｔ细胞数量大约是1x106/kg左右，可根据患者肿瘤负荷大小进行适当调整，以期取得更好地疗效。
4
处理不良反应，如“细胞因子释放综合征”等。肿瘤患者回输CAR-Ｔ后至少要在医院观察七天，之后的四周内要做好随时返回医院处理紧急情况的准备。这会是一个令人焦虑的阶段，既怕风暴不出现，又怕风暴太猛烈，是很难过的一关。
CAR-T细胞治疗的优势特点
CAR-T利用基因工程技术给Ｔ细胞加入一个能直接识别肿瘤细胞抗原，并且同时激活Ｔ细胞杀死肿瘤细胞的嵌合抗体，靶向杀灭肿瘤细胞。其优势主要体现在：
精准杀灭肿瘤，治疗效果极佳。由于CAR-T细胞是应用基因修饰肿瘤患者自体的Ｔ细胞，不需抗原提呈，也无MHC（即主要组织相容复合体，在人类称为人类白细胞抗原）限制性，而是通过抗原抗体结合机制直接识别特异性肿瘤抗原，这是CAR-T细胞的最大优势，因此T细胞尤其是 CD8+T能绕过抗原提呈细胞并克服了肿瘤细胞通过下调MHC分子表达以及降低抗原递呈等免疫逃逸机制直接杀伤肿瘤细胞，让肿瘤细胞无所逃遁。
多靶向杀伤，杀瘤范围广。生理性的TCR只能识别蛋白抗原，而CAR既可识别肿瘤蛋白质抗原，又可识别糖脂类等非蛋白质抗原，扩大了靶点的选择范围。而且鉴于很多肿瘤细胞表达相同的肿瘤抗原，针对某一种肿瘤抗原的CAR基因构建一旦完成，便可以被广泛利用到多种肿瘤中。
抗瘤效应更强，杀瘤效果更持久。活化后的CAR-T细胞能够分泌很多细胞因子来对抗免疫抑制的肿瘤微环境，提高T细胞的抗肿瘤效应。而新一代CAR结构中加入了促进T细胞增殖与活化的基因序列，能保证T细胞在进入人体后还可以增殖，使得CAR-T细胞具有了免疫记忆功能，可以相当长时间在体内存活，可以持久攻击癌细胞。抗体通常在数天或数周内失去效力，然而CAR-T细胞则有望在体内循环数年，抑制肿瘤的复发。
CAR-T细胞治疗的临床应用
2012年，最早接受CAR-T细胞治疗的一批人中，有30位白血病病人，他们不是普通的白血病病人，而是已经历了各种可能的治疗方法，包括化疗，靶向治疗及骨髓移植等，但不幸都失败了的复发难治性病人。
通常情况下，他们的生存时间不可能超过半年。就像俗话说的“死马当活马医”一样，他们成了第一个吃CAR-T这个螃蟹的人。结果这批吃螃蟹的人震惊了世界：27位病人的癌细胞治疗后完全消失！而20位病人在半年后复查，仍然没有发现任何癌细胞！
6岁的Emily是第一位接受CAR-T细胞治疗的儿童，尽管治疗期间出现了严重的副作用——高热、血压下降、肺充血，但她奇迹般地恢复了健康，获得了完全缓解，迄今已有5年。活泼可爱的Emily也因此成为了CAR-T细胞治疗的小代言人，而她的故事也激励着更多的科学家们投身到CAR-T细胞治疗的研究中。
2017年8月30日，美国FDA官网宣布批准诺华CAR-T细胞治疗正式上市，用于治疗复发性或难治性儿童、青少年B-细胞急性淋巴细胞白血病(ALL)，商品名为Kymriah，价格47.5万美元/次疗程。
同年10月18日，FDA再次批准KitePharma的CAR-T细胞治疗上市，用于治疗在接受至少两种其它治疗方案后无响应或复发的成人大B细胞淋巴瘤患者及特定类型非霍奇金淋巴瘤患者，商品名为Yescarta，定价37.3万美元/次疗程。
国外天价的治疗费用也让我们国内CAR-T的临床研究显得更为迫切，目前在北京、上海、武汉、南京等地相继开展了多项CAR-T临床研究，希望这项先进技术能够早日造福于更多的肿瘤患者。
CAR-T细胞治疗的不足与缺陷
CAR-T细胞治疗为包括血液肿瘤在内的多种晚期肿瘤患者带来了治愈的希望，但同时也带来诸多不良反应，甚至有一些是致命的，需要引起临床足够的重视。
脱靶效应（on - target toxicity）
脱靶效应常见于应用CAR-T细胞免疫治疗实体肿瘤的患者中，主要由于CAR 定向的靶抗原多为肿瘤相关抗原，其并非肿瘤细胞所特有，且在正常组织中存在不同程度的表达，因此对靶抗原亲和力强、杀伤能力强的CAR-T细胞在清除肿瘤的同时也会攻击正常组织。
细胞因子释放综合征（cytokine release syndrome，CRS）
第二、三代 CAR 中引入了共刺激分子，使 T 细胞的活化、增殖、杀伤能力大幅度增强，在治疗过程中产生大量细胞因子并释放入血，引起患者恶心、头痛、心动过速、低血压、胸闷、气促等临床症状，严重者可导致急性呼吸窘迫综合征或多器官功能衰竭。CRS是CAR-T细胞免疫治疗过程中常见的致死性并发症，需要高度警惕并进行有效防治。
此外，肿瘤溶解综合征、嗜血细胞综合征及CAR-T治疗后复发等问题也引起了广泛关注。
理性看待CAR-T细胞治疗
时至今日，CAR-T治疗已由第1代发展到第5代，在多种恶性肿瘤（特别是B细胞血液肿瘤）的治疗中取得了令人欣喜的疗效，成为当今肿瘤免疫治疗的热点，在治疗恶性肿瘤方面具有无可取代的应用前景。
然而，在提升CAR-T细胞抗肿瘤能力的同时减少其不良反应等问题仍存在诸多挑战。此外，CAR-T细胞治疗与其它免疫治疗、传统放化疗及造血干细胞移植等治疗方式的结合，CAR-T细胞具体回输的时机、剂量、次数等问题均需要大量的临床前研究及多中心大样本临床试验来进行进一步研究。
在CAR-T治疗带来兴奋的同时我们也应该看到，肿瘤免疫治疗目前仍就处于发展阶段，有关CAR的大多数研究和临床试验仍以血液肿瘤为主，在实体性肿瘤方面还有很大的发展空间。
免疫治疗作为一种新的治疗策略为肿瘤患者带来了新的希望，甚至有学者预言21世纪肿瘤的彻底治愈必将走免疫治疗之路， 而CAR-T疗法作为免疫治疗的一个热门领域还将会有更多令人振奋的突破。
