文章来源公众号：生物快评               作者：sw​

CAR-T，Chimeric Antigen Receptor (CAR) T-Cell，全称为嵌合抗原受体T细胞免疫疗法，是一种革命性的癌症治疗方法，属于细胞免疫治疗和精准医疗的范畴。它被誉为是“活的药物”。那么这个“嵌合抗原受体”怎么去理解，是按照“嵌合，抗原受体”去理解还是按照“嵌合抗原，受体”去理解呢？

CAR-T的CAR的指的T细胞上的受体，从N端到C端分别是scFV，即结合抗原的部分，来源是抗体分子的结合部分，然后是链接端（spacer），最后是胞内的分子，所以我们可以发现这个CAR由3段蛋白结构域串联而成，而不是“自然存在的蛋白分子”，这种人工“手搓”起来的分子叫做嵌合的抗原受体，简称“嵌合抗原受体”。

• T细胞识别肿瘤的背后逻辑

我们知道T细胞、B细胞是我们人体的重要的免疫细胞，T细胞是负责杀伤肿瘤、病毒感染的细胞等作用。

• T细胞受体，T-Cell Receptor (TCR)

那么T细胞怎么去识别肿瘤呢？很好理解T细胞依靠的自身的受体去识别，这种受体是叫做T-Cell Receptor (TCR)。同时我们知道肿瘤、细菌、病毒等分子在蛋白质上存在各种差异，并且这种差异的数目是“海量、天量的”，TCR是怎么识别“海量、天量的”外源、异源分子呢？

打败魔法的必须也是魔法，“海量”的异源分子就需要用“天量”的TCR受体去识别。我们看下面这张图：第一排位基因组上TCR的元件分子，有红色的V区（可变区）、绿色的D区（多样性区域）、黄色J区（铰链区），蓝色C（恒定区）。基因组上每个区域的元件都有好多种备份，那么每一个T细胞成熟过程中，都会在V、D、J中随机抽取一个完成VDJ重排，然后C区位统一不变的部分。那么这种大自然“手搓”的分子叫做TCRα，另一条大自然“手搓”的类似分子叫做TCRβ。两者在T细胞膜上组合为TCR受体（α、β）。

学过高中概率与统计中的古典概率学中的“排除组合问题”，我们可以知道TCRα的理论数目是V区元件数目乘以D区元件数目，再乘以J区元件数目，然后同理TCRβ。所以我们就可以得到天量的TCR受体，且每个T细胞上仅有一种唯一的TCRα/β。

• CD3-TCR复合物

刚才我们已经解决了多样性的问题，那么单靠TCR分子结构，还无法完成胞外到胞内的信号传导，还需要TCR和其他的复合物形成“TCR复合物”才可以完整发挥功能。这个复合物叫做“CD3-TCR复合物”。

https://en.wikipedia.org/wiki/CD3_%28immunology%29

CD3-TCR复合物，中间的α、β是叫做TCRα、TCRβ，其余的γ、δ、ε和ζ分别是叫做CD3γ, CD3δ、CD3ε和CD3ζ。CD3的分子没有多样性。

那么CD3-TCR分别怎么识别肿瘤分子的呢？

Cells 2021, 10(9), 2379; https://doi.org/10.3390/cells10092379

TCR识别的是其他细胞（抗原呈递细胞）通过HLA-I分子呈递的“肿瘤多肽“分子。那么这里面就有一个核心问题：肿瘤分子是什么，比如某个肿瘤细胞因为突变产生了一个突变的蛋白质，但是这个蛋白质并不会变化太多，可能仅仅某1-2个氨基酸和正常蛋白质不同，那么HLA-I怎么能够呈递这些分子呢？

• 人类白细胞抗原I类分子

HLA-I分子，The human leukocyte antigen (HLA) ，全称为人类白细胞抗原I类分子，是存在于人体几乎所有有核细胞表面的一种至关重要的蛋白质复合物。它是主要组织相容性复合体在人类身上的特定名称，因此也常被称为 MHC-I 类分子（ (Major Histocompatibility Complex class I）。

https://www.10xgenomics.com/blog/more-complete-hla-analysis

HLA-I分子共有三个经典的分子，即HLA-A, HLA-B, HLA-C，但是他们没有什么多样性，每个人的细胞上同时只有这三个分子。这三个HLA-A,B,或者C，均和B2M形成复合物。

Frontiers in Immunology DOI:10.3389/fimmu.2016.00030

MHC-I分子，MHC-I和B2M形成MHC-I:B2M复合物。这里的槽子中间（α1、α2）会呈递出“肿瘤多肽”。实际上上这个多肽不是仅仅肿瘤多肽，而是细胞中的一切可能得、可以被呈递的多肽，如果呈递的是自家蛋白质的部分肽，那么就忽视。如果是呈递了非自己的多肽，那么T细胞就“激动”起来了。

Bailey, A., Dalchau, N., Carter, R. et al. Selector function of MHC I molecules is determined by protein plasticity. Sci Rep 5, 14928 (2015). https://doi.org/10.1038/srep14928

HLA-I:B2M呈递多肽依靠的也是物理作用，比如这里的HLA-I形成的槽子（有两个α螺旋和一些β sheet形成），这个槽子只是一些满足槽子结构的氨基酸可以牟定在这个槽子中。比如这里所示的红色的氨基酸“躺在”黄色的槽子里。

• HLA-I呈递抗原的背后之路：来吧！展示

Front. Immunol.,doi.org/10.3389/fimmu.2021.636568

体内蛋白质经过泛素化降解途径形成短肽，短肽随机被运输到ER内质网中，然后多肽在ERAP裁剪为统一长度，然后在ER中加载到HLA-I：B2M复合物中，最后多肽:HLA-I:B2M三元复合物经过高尔基体运输到胞外，展示自己的内心，向T细胞表忠心，好像在说：你快过来看看，我还纯粹吗？”

T细胞拿着大棒子，来核查这些细胞是否都是呈递自家的原件，如果不是，那么就要被T细胞消灭。

http://dx.doi.org/10.1016/j.it.2016.08.010

因为细胞上仅有3个HLA-I分子，即HLA-A、HLA-B和HLA-C。那么是否呈递的多肽仅有3个呢？实际上HLA-A呈递的分子是“简并性”的，意思就是满足一定条件的多肽，都会被呈递，所以呈递的多肽实际上是非常多的。但是是否还是天量的呢？可能不如TCR种类多。可能进化上够用了，凑合着过吧，细胞就这样处理了。

但是我们要认识到，虽然每个人仅有3个HLA-I经典分子，但是人群中HLA-A、B和HLA-C具有非常大的多样性。一般来说，人体内的蛋白编码基因都差不多功能，氨基酸序列类上非常相似，比如GAPDH蛋白在美国人、高加索人和藏区人民细胞中几乎一模一样。但是HLA-I就不是这样逻辑了，比如你的HLA-A和我的HLA-A大概率是存在差异，那么我们呈递的多肽可能就有差异，这个差异还不算小，甚至你和你妈的HLA-A都只有一半一模一样。进化上这样做的结果就是：我们群里中可以抵抗的疾病、细菌、病毒的概率增大了，如此高的多样性确保了整个种群在面对不断变异的病原体时，总有一部分个体的HLA能够呈递病原体的肽，从而启动免疫应答，避免整个种群被一种病原体毁灭。通过“人类命运共同体”我们地球人功能抵抗外界环境。

这些HLA-A\B\C的序列到底有多少中呢？有兴趣的可以到这里来看看IPD-IMGT/HLA（https://www.ebi.ac.uk/ipd/imgt/hla/。）

因为HLA-I在人群中的多样性，导致了优势就是我们地球人的抗风险能力增强了，坏处就是“我们不一样了”，比如器官移植的时候，我们会互相排斥。移植排斥反应的本质就是受体的免疫系统识别了供体细胞的“外来”HLA，并发起攻击。因此，移植前必须进行HLA配型，匹配度越高，移植成功率越高。

• TCR-T杀伤肿瘤细胞的原理

Cancers 2025, 17(12), 1945; https://doi.org/10.3390/cancers17121945

天然的T细胞可以识别肿瘤的叫做CTL(Cytotoxic T Lymphocyte)，它是天然的TCR受体。如果这个CTL在肿瘤部位，那就是相对于这些CTL已经可以成功识别肿瘤了，这些CTL一般叫做TIL(Tumor-infiltrating lymphocytes (TILs))。

我们再强调了点：就是TCR识别HLA-I:B2M:peptide三元复合物，这个TCR是需要识别HLA-I:peptide的，意思就是TCR需要识别HLA-I也要识别peptide，且两者是关联的状态下。

如果某些情况下，我们知道一个肿瘤发生的时候，它展现的多肽和对应的HLA-I分子，但是我们体内的T细胞缺少识别它的TCR。那么我们就可以抽出T细胞转导一个TCR序列进入T细胞，重新武装的T细胞表达了TCR，它就叫做TCR-T。经过上面的介绍，一般我们转导TCRα，β两个基因进入T细胞，然后把内源的TCRαβ敲除，目的是为了减少内源和外源两套TCR分子错配。因为TCR需要识别HLA-I：peptide复合物。如果我们鉴定到了一个肿瘤抗原和HLA-I的复合物关系，那么我们也找到了一个TCR能够识别，在真实的产品中，我们需要对病人进行肿瘤抗原鉴定和对他们的HLA-I进行鉴定，如果两个够匹配，才可以使用转染这个外源TCR，得到TCR-T。

比如这里6G4是一个鉴定出来的TCR的代号，它识别多肽LTQDLVQEKYLEY，这个多肽需要由HLA-A*01:01展示，这个多肽是MAGE-A1基因的部分多肽。这个MAGE-A1 是最早被发现的癌睾抗原之一。它是一个非常特殊的分子，该基因在成人除睾丸和胎盘以外的所有健康组织中完全沉默。由于睾丸和胎盘是免疫豁免器官，不表达MHC I类分子，因此细胞毒性T细胞无法接触到这些抗原。在肿瘤中：这些基因被异常激活，在多种类型的癌细胞中高表达。因此，MAGE-A1可以被免疫系统视为一个 “非己” 的信号，成为一个理想的免疫攻击靶点。

一般情况下TCR-T很难做出通用性的TCR-T。背后的原因在外源和内源的TCR会错配，那么就要把内源TCR敲除（避免异体的天然T细胞对患者细胞攻击），然后转导外源的TCR（用于识别肿瘤抗原）。但是我们无法100% 敲除内源TCR，所以总有一点点TCR残留，那么残留的TCR和外源的TCR都会和CD3形成复合物，就算通过CD3分选也难以成功，而残留的TCR-CD3复合物很少比例下都会产生排斥作用。

所以为了克服这个问题，也有一些公司开始开放TCR蛋白，让TCR蛋白在体内结构在T上形成瞬时的TCR-T。

• CAR-T绕开了HLA-I的限制

因为HLA-I必须和多肽形成复合物，且有配对关系，TCR才能识别。CAR-T就是将抗体的识别区域替换了TCR的序列。然后将CD3的核心分子CD3zeta放在胞内端，得到CAR-T。

CAR-T与TCR-T细胞杀伤的区别