什么是CAR结构：理解CAR-T细胞治疗的关键

嵌合抗原受体（CAR）是经过工程改造的合成受体，能重定向淋巴细胞（最常见的是T细胞），以识别和消除表达特定靶抗原的细胞。CAR与细胞表面表达的靶抗原的结合独立于MHC受体，会导致剧烈的T细胞活化和强大的抗肿瘤反应。现如今，CAR-T细胞在治疗B细胞白血病或淋巴瘤的某些亚群以及多发性骨髓瘤中产生了显著的临床反应，但同时存在多方面的局限性使其难以进一步发挥疗效，如严重的毒副作用、抗原逃逸、有限的肿瘤浸润、肿瘤微环境的抑制等。

抗原结合结构域是CAR中赋予靶抗原特异性的部分，通常来源于抗体的重链可变区（Viarable Heavy chain, VH）和轻链可变区（Viarablelight chain, VL），通过柔性接头连接形成单链可变片段（Singlechain fragment variable, scFv）。该部分可以直接识别肿瘤细胞表面抗原，进而导致MHC非依赖性T细胞活化。

scFv不仅是识别和结合目标表位，还有几个重要特征会影响CAR的功能。例如，VH链和VL链之间的交互模式以及互补决定区域的相对位置均会影响CAR对其靶表位的亲和力和特异性。为了识别肿瘤细胞上的抗原，诱导CAR信号传导并激活T细胞，CARs抗原结合亲和力必须足够高，但不能高到导致表达CAR的细胞的活化诱导死亡并触发毒性。为了优化CAR与其靶抗原的结合，必须考虑其他因素，如表位位置、靶抗原密度，且避免与配体非依赖性强直信号传导等。

铰链或间隔区被定义为从跨膜结构域延伸到结合单元（scFv）的细胞外结构区。铰链能提供克服空间位阻的灵活性，以允许抗原结合结构域进入靶向表位。其长度和组成差异会由多方面影响CAR-T细胞的功能，包括：结合的灵活性、CAR分子表达、信号传导、表位识别、激活输出强度和表位识别等。除此之外，有研究指出间隔长度对于提供足够的细胞间距离以允许免疫突触形成也至关重要。

最常用的铰链区域通常来源于CD8、CD28、IgG1或IgG4的氨基酸序列。其中，IgG衍生的间隔物可导致CAR-T细胞耗竭，从而降低体内持久性，因为它们可以与Fcγ受体相互作用。目前一些研究试图通过对IgG Fc受体结合部位进行突变来克服其这一缺陷。

跨膜结构域的主要功能是将CAR锚定在T细胞膜上，但也有证据表明，它可能与CAR-T细胞功能相关。CAR跨膜结构域可以影响CAR表达水平、稳定性，在信号传导或突触形成中发挥作用，并与内源性信号分子二聚化相关。

大多数跨膜结构域来源于天然蛋白质，包括CD3ζ、CD4、CD8α或CD28等。由于CD3ζ跨膜结构域介导CAR二聚化并掺入内源性TCR，CD3ζ跨膜区可能促使了T细胞活化，但同时也降低了CAR稳定性。另外，因为跨膜结构域和铰链区域会影响CAR-T细胞因子的产生和活化诱导的细胞死亡（activation induced cell death, AICD），相比于CD28，具有CD8α跨膜和铰链结构域的CAR-T细胞释放的TNF和IFN-γ量减少，其对AICD的敏感性降低。

总的来说，通过将近端细胞内结构域连接到相应的跨膜结构域，可以促进适当的CAR-T细胞信号传导；通过使用CD8α或CD28跨膜结构域，可以增强CAR表达和稳定性。

在CAR分子结构中最受关注的原件应该是CAR共刺激结构域。

1990年代后期设计的第一代CAR包含CD3ζ或FcRγ信号结构域，但由于其体外耐用性和持久性并不理想，在临床上也仅显示有限疗效或没有疗效。

基于共刺激结构域对持久治疗具有重要作用的理解，产生了具有一个共刺激结构域的第二代CAR，其在结构上与CD3ζ细胞内信号结构域串联。目前，FDA批准的CAR-T治疗产品中两个最常见的共刺激域CD28和4-1BB（CD137）都与高患者反应率有关。临床上，第二代CAR-T细胞在慢性淋巴细胞白血病、B细胞急性淋巴细胞白血病、弥漫性大B细胞淋巴瘤和多发性骨髓瘤等多种血液系统恶性肿瘤中产生了较强的治疗反应；关于实体瘤主要应用于胶质母细胞瘤、晚期肉瘤、肝转移瘤、卵巢癌等；此外还存在几种替代的共刺激结构域。

据推测，仅通过一个结构域的共刺激会产生不完全激活。因此第三代CAR应运而生，其包含两个与CD3ζ串联的共刺激结构域，但其临床前研究产生了不同甚至相互矛盾的结果，在应用转化方面仍存在较多掣肘。