TCR-T细胞疗法治疗实体瘤：挑战与新兴解决方案

近年来，随着TCR-T细胞和CAR-T细胞的应用，T细胞癌症免疫疗法取得了显著进展。CAR-T细胞疗法在治疗血液系统恶性肿瘤时展现出卓越成效，然而，将其应用于实体瘤治疗仍面临诸多障碍，例如肿瘤靶向困难、基因改造T细胞的运输与适应不足，尤其是在不利的肿瘤微环境中。TCR-T细胞弥补了CAR-T细胞在实体瘤治疗中的不足，因其具有更强的归巢能力以启动胞内指令，90%的蛋白可作为开发靶点，并且能够更广泛地识别目标抗原。因此，TCR-T细胞在实体瘤治疗中可能更为有效。在这里，探讨了TCR-T细胞其在癌症治疗中的缺陷，并提出了潜在的改进措施。对于了解TCR-T细胞疗法的现状及未来潜力至关重要。强调采用组合策略的重要性，即将各类新兴策略与现成的TCR-T设计疗法相结合，以提升TCR-T在肿瘤微环境中的抗肿瘤效能，并最大化治疗安全性，特别是在实体瘤免疫治疗领域。

表1 实体肿瘤TCR-T细胞疗法的当前临床靶点

局限性

在实体瘤治疗中，TCR-T细胞疗法面临多方面的局限性（图1），这些挑战主要源于肿瘤生物学特性、TCR分子机制以及治疗技术本身的设计。

1.靶点限制

（1）MHC分子的依赖性

HLA多样性限制：TCR-T细胞依赖MHC分子呈递抗原肽，而人类HLA基因高度多态性（已发现超20000种HLA I类等位基因）。不同患者HLA类型差异大，需针对特定HLA类型设计TCR，导致 治疗通用性差，仅适用于部分患者。肿瘤MHC表达下调：实体瘤常通过表观遗传沉默（如启动子甲基化）或基因突变（如β2m缺陷）下调MHC I类分子表达，使TCR-T无法识别抗原，导致 免疫逃逸。

（2）抗原选择有限

肿瘤相关抗原（TAA）特异性低：如CEA、MAGE家族等TAA在正常组织低表达，但TCR-T可能误伤正常细胞（如肠道CEA+细胞引发结肠炎）。肿瘤特异性抗原（TSA）稀缺：新抗原由肿瘤突变产生，但个体间异质性强，需个性化筛选，成本高且耗时长。病毒抗原适用范围窄：如EBV、HPV相关抗原仅适用于病毒相关肿瘤（如鼻咽癌、宫颈癌）。

（3）抗原异质性与丢失

肿瘤内异质性：同一肿瘤内不同区域或细胞亚群的抗原表达不一致，导致TCR-T无法完全清除所有肿瘤细胞。抗原丢失变异（ALV）：治疗压力下，肿瘤可能通过基因突变或表观调控丢失靶抗原（如NY-ESO-1下调），引发耐药。

2. TCR分子缺陷

（1）TCR错配

内源与外源TCR链竞争：外源性TCR α/β链可能与非配对的 内源性TCR链形成混合二聚体（如α内源-β外源）。导致脱靶毒性，识别未知自身抗原，引发自身免疫反应（如GVHD）。导致功能抑制，混合TCR信号传导效率低，削弱抗肿瘤活性。

（2）TCR亲和力与特异性矛盾

低亲和力TCR：天然TCR对pMHC的亲和力较低（Kd≈1-500 μM），难以有效激活T细胞。高亲和力改造风险：通过体外突变增强TCR亲和力可能导致交叉反应性，识别同源肽（如MAGE-A3 TCR误识别心肌Titin抗原，引发致命性心肌炎）；也可能导致T细胞耗竭，持续强信号诱导T细胞过早耗竭（如PD-1、TIM-3上调）。

3. 毒性风险

（1）脱肿瘤毒性（On-target, off-tumor）

正常组织抗原表达：如MART-1在黑色素瘤和正常黑色素细胞中均表达，TCR-T攻击皮肤、视网膜导致白癜风和视力损伤。癌睾抗原的局限性：如NY-ESO-1在睾丸中因免疫豁免不触发反应，但其他组织（如卵巢）低表达仍可能被攻击。

（2）脱靶毒性（Off-target）

分子模拟：TCR可能识别结构相似的非靶抗原肽，如MAGE-A3 TCR误识别心肌蛋白。超生理剂量风险：回输高剂量TCR-T细胞可能放大交叉反应风险。

（3）细胞因子释放综合征（CRS）

炎性因子风暴，TCR-T激活后释放IFN-γ、IL-6、TNF-α等，引发高热、低血压、器官衰竭（如NY-ESO-1 TCR-T治疗中CRS发生率约15%）。

4. 肿瘤微环境（TME）抑制

（1）物理屏障

基质致密化：实体瘤细胞外基质（ECM）富含胶原蛋白、透明质酸，阻碍T细胞浸润。异常血管结构：肿瘤血管紊乱导致血流灌注不足，TCR-T难以到达核心区域。

（2）免疫抑制性细胞与因子

调节性T细胞（Treg）：分泌IL-10、TGF-β抑制TCR-T功能。肿瘤相关巨噬细胞（TAM）：M2型TAM通过Arg-1、IDO消耗精氨酸、色氨酸，抑制T细胞代谢。免疫检查点分子：肿瘤细胞高表达PD-L1，结合TCR-T表面PD-1，传递抑制信号。

（3）代谢竞争与毒性微环境

缺氧：肿瘤缺氧诱导HIF-1α，促进T细胞耗竭标志物（如LAG-3、TIM-3）表达。营养剥夺：肿瘤细胞与T细胞竞争葡萄糖，抑制TCR-T增殖（如低糖环境降低mTOR活性）。酸性环境与高钾：胞外pH≤6.5时，T细胞IL-2分泌减少，杀伤功能受损。

5. 细胞功能耗竭

（1）T细胞持久性不足

体内扩增受限：回输的TCR-T在体内扩增能力弱于CAR-T，可能与缺乏共刺激信号（如CD28）有关。终末分化表型：体外扩增后T细胞倾向于终末效应表型（如CD45RA+ CCR7-），归巢淋巴结能力差。

（2）耗竭与衰老

抑制性受体上调：PD-1、CTLA-4、LAG-3等持续激活导致T细胞耗竭。表观遗传重塑：耗竭T细胞的染色质可及性改变，功能难以恢复（如TOX转录因子驱动耗竭程序）。

图1 TCR-T疗法在实体瘤中的困境在于其因多项挑战而受限的疗效。（a）内源性与工程化TCR之间配对错误的描述及潜在策略。（b）TCR修饰的T细胞旨在重新定向抗原反应并保持特异性，但同时TCR工程化T细胞可能：「on target，on tumor」：适当的抗原识别导致肿瘤消除；「正常细胞，on target」：TCR-T识别正常组织上的低水平抗原；「正常细胞，off target」：TCR-T识别靶标或非靶标组织上的相关或无关抗原。（c）细胞因子风暴是一种免疫失调紊乱，涵盖多种特征为全身症状、全身炎症和多器官功能障碍的情况，若未适当治疗可能导致多器官衰竭。（d）肿瘤微环境主要包括三个类别：缺氧、慢性炎症和免疫抑制。

创新解决方案

TCR-T疗法在实体瘤治疗中的挑战催生了多种创新策略（图2），涵盖分子工程优化、联合疗法设计、微环境调控和细胞功能增强等多个维度。

1. 分子工程优化

（1）共刺激开关蛋白）

设计原理是将免疫抑制信号转换为共刺激信号，逆转TME的免疫抑制。代表性技术有PD1-41BB CPS和CD40L-CD28 CPS。PD1-41BB CPS的结构是保留PD-1的胞外域（结合PD-L1），替换胞内域为4-1BB（CD137）的共刺激信号域（如TRAF2结合域）；机制是当TCR-T细胞接触PD-L1+肿瘤细胞时，PD1-41BB CPS触发4-1BB信号，增强T细胞增殖、存活及细胞因子分泌（如IL-2、IFN-γ）。PD1-41BB CPS的效果：临床前研究显示，PD1-41BB TCR-T对PD-L1高表达的黑色素瘤杀伤效率提升3倍。CD40L-CD28 CPS的结构是胞外域为CD40L（结合APC或肿瘤细胞CD40），胞内域为CD28共刺激域；机制：激活APC（如树突状细胞）并促进T细胞自身共刺激，同时重塑TME中的免疫抑制性细胞（如TAMs向M1型极化）。

（2）TCR错配控制

基因编辑敲除内源TCR。技术：使用CRISPR/Cas9或TALEN敲除内源性TCRα/β链基因（如TRAC、TRBC），避免与外源TCR竞争。案例：在NY-ESO-1 TCR-T中敲除TRAC，外源TCR表达率从40%提升至95%，且无混合二聚体形成。

结构域工程化。种间杂合TCR：将外源TCR的恒定区替换为小鼠源（如Cα/Cβ），避免与人内源TCR链配对。二硫键稳定：在TCRα/β恒定区引入额外二硫键（如Cα48-Cβ57），增强外源链配对稳定性。

（3）TCR亲和力优化

定向进化筛选有酵母/噬菌体展示技术，通过突变库筛选高亲和力TCR变体，同时排除交叉反应性（如针对MART-1的TCR亲和力提升100倍，未识别正常组织）。还可以做计算设计，结构引导突变：基于pMHC-TCR复合物晶体结构，设计增强界面氢键或疏水相互作用的突变（如增强NY-ESO-1 TCR对HLA-A2的锚定）。

2. 联合疗法

（1）疫苗联用

增效机制：抗原扩散，疫苗诱导内源性T细胞针对新抗原，协同TCR-T清除异质性肿瘤；和共刺激信号补充，疫苗中的佐剂（如TLR激动剂）激活APC，提供CD80/CD86-CD28共刺激信号。

代表技术：①Amphiphilic（AMP）疫苗：将抗原肽与脂质尾结合，靶向淋巴结DCs。临床前模型中，AMP疫苗联合TCR-T使黑色素瘤完全缓解率从40%提升至80%。②个性化新抗原疫苗：基于患者肿瘤突变谱定制疫苗，激活多克隆T细胞，减少抗原逃逸风险。

（2）溶瘤病毒（OV）

增效机制：重塑TME，OV裂解肿瘤细胞释放抗原和DAMPs（如HMGB1），促进DCs成熟和T细胞浸润；和表达免疫调节基因，工程化OV表达IL-12、GM-CSF等细胞因子，或PD-1抗体，增强TCR-T功能。

代表案例：①T-VEC（HSV-1衍生OV）：表达GM-CSF，联合MART-1 TCR-T治疗黑色素瘤，肿瘤浸润CD8+T细胞数量增加5倍。②OV19t（新城疫病毒）：诱导肿瘤细胞自噬，增强TCR-T对胰腺癌的穿透性。

（3）免疫检查点抑制剂（ICI）联用

使用PD-1/PD-L1抗体，阻断TME中的PD-1信号，逆转TCR-T耗竭。抗PD-1抗体联合MAGE-A4 TCR-T治疗卵巢癌，客观缓解率（ORR）从25%提升至50%。使用CTLA-4抗体，靶向淋巴结内Treg，增强TCR-T启动。

3. 微环境调控

（1）代谢重编程

工程化耐酸TCR-T：①IL-2突变体（pH-sensitive IL-2）：在酸性TME中保持活性，增强T细胞增殖。②过表达糖酵解酶：如PGK1，增强TCR-T在低氧环境下的能量代谢（如抑制HIF-1α诱导的耗竭）。

（2）靶向免疫抑制细胞

CSF-1R抑制剂，阻断TAMs向M2型分化，联合TCR-T可使胰腺癌模型生存期延长2倍。IDO抑制剂，恢复色氨酸代谢，逆转TCR-T功能抑制。

（3）基质降解

透明质酸酶（PEGPH20）：降解ECM中的透明质酸，促进T细胞浸润。临床前模型中，PEGPH20联合TCR-T使纤维化胰腺癌体积缩小70%。

4. 细胞功能增强

（1）干细胞样T细胞（Tstem）工程化

记忆表型维持：过表达转录因子（如TCF7、LEF1）或使用IL-7/IL-15细胞因子培养，维持TCR-T的中央记忆表型（CD45RA+CCR7+）。Tstem TCR-T在实体瘤模型中扩增能力提升10倍，存活期延长。

（2）细胞因子自分泌

IL-15/IL-21表达：通过慢病毒载体在TCR-T中引入IL-15或IL-21表达盒，增强体内持久性。例如将IL-15分泌型NY-ESO-1 TCR-T在骨髓瘤患者中持续存在超过2年。

（3）抗凋亡基因导入

BCL-2或BCL-XL过表达：抑制线粒体凋亡通路，延长TCR-T存活。使用可诱导启动子（如Tet-On系统），避免过度增殖导致的毒性。

5. 新型递送与调控技术

（1）纳米颗粒靶向递送

人工pMHC纳米颗粒：将靶抗原肽与MHC分子复合物装载至脂质体，直接激活TCR-T，绕过肿瘤MHC下调。该技术无需HLA匹配，适用于泛实体瘤治疗。

（2）自杀基因系统

安全开关设计：引入诱导型Caspase9（iCasp9）或HSV-TK基因，通过小分子（如AP1903）触发TCR-T凋亡，控制CRS或脱靶毒性。例如，iCasp9系统在GD2 CAR-T中成功控制神经毒性。

（3）逻辑门控TCR

双抗原识别：设计TCR-T仅当同时识别两种抗原（如EGFR和p53突变肽）时才激活，提升特异性。例如，双靶点TCR-T对结肠癌的杀伤特异性达99%，避免正常组织损伤。

图2 创新关联工作机制示意图。

创新解决方案通过以上等多个层面，显著提升了TCR-T在实体瘤中的疗效与安全性。未来方向包括：通用型TCR-T开发，利用基因编辑和纳米技术突破HLA限制；动态调控系统，整合合成生物学工具（如光控或代谢感应开关），实现精准时空控制；组学驱动个性化治疗，结合患者肿瘤的基因组、免疫微环境特征定制联合方案。这些策略的临床转化将推动TCR-T成为实体瘤免疫治疗的核心手段。

TCR-T治疗实体瘤的未来展望

TCR-T疗法在实体瘤治疗中的未来发展将围绕突破现有技术瓶颈、提升疗效与安全性、推动临床转化三大方向展开，涉及分子设计创新、联合策略优化、精准调控技术及产业化路径探索等多个层面。

1. 突破HLA限制：开发通用型TCR-T

（1）HLA非依赖策略

人工pMHC纳米颗粒递送：将肿瘤抗原肽与MHC分子复合物（pMHC）装载至脂质体或聚合物纳米颗粒，直接递送至肿瘤细胞表面，绕过内源性MHC呈递缺陷。无需患者特异性HLA匹配，适用于所有实体瘤类型。例如，在小鼠模型中，靶向KRAS G12D的pMHC纳米颗粒联合TCR-T使胰腺癌消退率达80%。

非经典MHC分子利用：靶向MR1或CD1分子，利用MR1（MHC-I相关分子）呈递微生物代谢物或肿瘤相关脂质抗原（如CD1d呈递糖脂），开发HLA非限制性TCR-T。

（2）现货型（Off-the-shelf）TCR-T

基因编辑敲除HLA：使用CRISPR敲除TCR-T细胞的HLA I类基因（如B2M），避免宿主T细胞攻击，实现异体通用。病毒特异性TCR库：针对EBV、CMV等病毒抗原的公共TCR（Public TCR），预先制备适用于多患者的TCR-T（如EBV-LMP2 TCR-T治疗鼻咽癌）。

2. 精准安全性控制

（1）动态调控系统

自杀基因开关：①iCasp9系统：引入可诱导Caspase9基因，通过小分子药物（AP1903）触发TCR-T凋亡，控制CRS或脱靶毒性。②代谢依赖性设计：如将TCR-T的存活信号依赖于外源给予的细胞因子（如IL-7），停药后自动清除。

逻辑门控激活：①双抗原识别：TCR-T仅当同时识别肿瘤抗原A和微环境标记B（如缺氧诱导因子HIF-1α）时激活，提升特异性。②合成Notch受体：通过synNotch系统实现级联激活，仅在肿瘤局部释放效应分子（如IL-12）。

（2）亲和力与特异性平衡

计算设计优化：AI驱动的TCR筛选，利用深度学习预测TCR-pMHC结合界面，筛选高特异性/低交叉反应性突变体（如AlphaFold2优化MAGE-A4 TCR）；亲和力阈值设定，通过体外功能实验确定最佳亲和力范围（如KD=1-10 μM），避免过度激活导致的耗竭。

3. 多维联合策略深化

（1）免疫微环境重塑

靶向基质屏障：①ECM降解酶联用：如胶原酶（Collagenase）或透明质酸酶（PEGPH20）预处理肿瘤，增强TCR-T浸润。②血管正常化：联合抗VEGF抗体（如贝伐珠单抗）改善肿瘤血管灌注，促进T细胞浸润。

代谢干预：①IDO抑制剂（Epacadostat）：阻断色氨酸分解代谢，恢复TCR-T功能。②腺苷受体拮抗剂：如CPI-444阻断CD73/A2AR通路，逆转免疫抑制。

（2）表观遗传调控

组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）：①增强肿瘤抗原呈递：HDACi（如伏立诺他）上调MHC I类和抗原加工相关基因（如TAP1、LMP2）。②逆转T细胞耗竭：抑制耗竭相关基因（如TOX）的表观遗传沉默。

4. 技术创新与临床转化

（1）新型TCR发现平台

单细胞TCR测序：从肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）或疫苗接种者中分离高活性TCR克隆（如Neon Therapeutics的NEON-001平台）。类器官共培养系统：利用患者来源的肿瘤类器官（PDO）筛选高效TCR，预测临床响应。

（2）工程化细胞功能增强

干细胞样T细胞（Tstem）：①转录因子过表达：如TCF7、LEF1维持中央记忆表型，延长体内存活。②代谢重编程：过表达PGC1α增强线粒体代谢，抵抗TME中的营养竞争。

装甲TCR-T：分泌免疫调节因子：如IL-12、FLT3L激活APC，或PD-1抗体阻断抑制信号。

（3）临床转化路径优化

快速个性化制备：①自动化封闭式生产：采用CliniMACS Prodigy等设备，将生产周期从3周缩短至7天。②冻存技术改进：通过无血清冻存液（如CryoStor）提升细胞复苏活性至90%以上。

适应症扩展：实体瘤新靶点开发，如Claudin18.2（胃癌）、TP53突变肽（泛癌种）、KRAS G12C/D（胰腺癌/肺癌）；早期治疗线前移，探索TCR-T联合一线化疗或放疗的新辅助治疗潜力。

5. 挑战与应对策略

（1）安全性验证

①人源化动物模型：使用PDX（人源肿瘤异种移植）模型或Hu-mice（人源化免疫系统小鼠）模拟临床毒性。②微生理系统（MPS）：如芯片器官（Organ-on-a-chip）预测TCR-T对正常组织的交叉反应。

（2）成本与可及性

通用型技术降本：现货型TCR-T的单剂量成本目标降至10万美元以下（当前CAR-T约40万美元）。区域性生产中心：在亚洲、欧洲建立分布式生产基地，缩短物流时间。

（3）耐药机制应对

多靶点TCR-T：同时靶向2-3个抗原（如NY-ESO-1 + MAGE-A4），减少抗原逃逸风险。

动态抗原监测：通过ctDNA或外泌体检测肿瘤抗原变异，实时调整治疗方案。

TCR-T疗法有望通过通用型设计、精准调控、多维联合和临床转化创新四大支柱，成为实体瘤治疗的变革性手段。预计未来5-10年，以下里程碑将逐步实现：（1）2025-2028：首个现货型TCR-T（如EBV靶向）获批，治疗鼻咽癌/淋巴瘤。（2）2030-2035：AI优化TCR+逻辑门控技术普及，实体瘤客观缓解率（ORR）突破50%。（3）2040+：TCR-T联合表观遗传药物成为一线标准方案，推动实体瘤治愈率显著提升。

最终目标是将TCR-T从"末线救命疗法"转变为"早期根治手段"，为实体瘤患者提供更安全、可及且持久的治疗选择。

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