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CAR-T细胞免疫疗法所致细胞因子释放综合征研究进展

作者:yatao    来源:互联网    浏览: 次   更新时间:2018年02月26日   
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嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法是一种新型细胞免疫治疗方法,其通过基因编辑技术,将针对特定靶点的嵌合抗原受体以及共刺激分子引入T细胞之中,从而在非主要组织相容性复合体(MHC)依赖的条件下结合表达靶抗原的肿瘤细胞,通过共刺激分子激活T细胞进行杀伤。目前CAR-T细胞在急性淋巴细胞白血病(ALL)、B细胞淋巴瘤(B-NHL)、多发性骨髓瘤(MM)等多种血液肿瘤和部分实体肿瘤中显示出很好疗效。但同时也带来许多不良反应,其中最严重的是细胞因子释放综合征(CRS)。CRS是CAR-T体内激活和杀伤肿瘤细胞过程中,释放大量炎症因子导致一系列临床表现的综合征。

一、CRS发病机制

CRS是CAR-T治疗时较为常见的急性不良反应。当CAR-T细胞的单链抗体可变区片段(scFv)与靶抗原相互接触后,在胞内结构CD3ζ/FcεRIγ以及共刺激分子CD28/CD137双重信号的激活下,CAR-T细胞在短时间内大量增殖活化,分泌大量白细胞介素(IL)-6、IL-10、肿瘤坏死因子(TNF)-α和干扰素(IFN)-γ等细胞因子,以IL-6水平升高最为明显,导致剧烈的免疫反应。此外,在CAR-T分泌细胞因子的刺激下,以及与靶细胞直接接触的作用下,巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞和自然杀伤(NK)细胞等也被激活,释放炎症细胞因子,直接或者间接参与炎症过程。

一般而言,CRS的严重程度与肿瘤负荷、靶抗原密度以及输注CAR-T细胞数有关。研究表明肿瘤负荷越大,CAR-T治疗后发生CRS的概率大大增加,严重程度也显著高于肿瘤负荷低的患者,因此CAR-T治疗前采用一定的化疗方案进行预处理以降低肿瘤负荷,不仅可以提高疗效,同时也可降低CRS的风险。靶抗原密度影响CAR-T细胞的激活,靶抗原密度越低,在相同时间内,被激活的CAR-T细胞越少,致使疗效相对较差,严重CRS发生率降低。因此,选择合适的靶点以平衡二者的关系至关重要[9]。目前CAR-T细胞输注量多为105~107/kg。在一定范围内,输注细胞量直接影响治疗效果以及CRS的严重程度,输注量越大,同一时间体内活化的CAR-T细胞越多,细胞因子水平越高,疗效越好,但同时越容易发生严重CR。

二、CRS临床表现

CRS的临床表现多样,几乎涉及全身各个系统,严重程度差异很大,轻微病程呈自限性,严重CRS可危及生命。CRS一般在输注CAR-T细胞后0~3 d发生,持续3~17 d。发热通常为首发症状,部分患者体温可超过40 ℃,同时伴有寒战、疲劳、精神萎靡及关节疼痛等表现。神经不良反应较为常见,多呈可逆病程,其是否与CRS相关目前仍未有定论。

Hu等报道1例CAR-T输注后6 h出现寒战高热的ALL患者,3 d后患者出现头痛、呕吐、右侧脸部及肢体麻痹及同侧视力下降,视野缺失,出现2级的CRS及神经系统症状,脑脊液中CAR的DNA拷贝数以及包括IFN-γ和IL-6在内的细胞因子水平远高于外周血,由此可以推断本例患者发生中枢CRS。除此以外,神经不良反应还可表现为共济失调、肌阵挛、震颤、谵妄、失语、精神错乱、幻觉及癫痫等。常见心血管不良反应包括低血压、毛细血管渗漏及心动过速等。Locke等使用CAR-T治疗弥漫大B细胞淋巴瘤(DLBCL)时,低血压和心动过速的发生率分别为43%和29%;Kochenderfer等报道了1例输注CAR-T后死亡的病例,该患者存在左室射血分数降低和窦性心动过速,尸检并未出现异常,推测死因可能为心律失常。呼吸系统症状主要表现为缺氧,主要由于毛细血管渗漏综合征导致肺毛细血管通透性增加,引起肺水肿,严重者可出现急性呼吸窘迫综合征和肺部损伤,CT呈现支气管扩张表现及毛玻璃样改变。血液学改变包括以D-二聚体水平升高和低纤维蛋白原血症为特征的凝血功能异常、三系减少、组织中巨噬细胞激活和噬血等表现。CRS还可以累及肝脏、肾脏和胃肠道,表现为肝脾大、氨基转移酶升高、肾功能不全以及厌食、呕吐和腹泻。

三、CRS分级

目前CRS分级主要有两种标准,第一种来源于Lee等和Abboud等的研究,将CRS分为5级。1级:仅需要对症治疗、不威胁生命的症状,如发热、恶心、疲劳、头痛、肌肉酸痛和精神萎靡等;2级:需适度干预的症状,如需氧量<40%或者鼻导管吸氧≤3 L/min的缺氧状态,通过补液或一种低剂量的升压药物治疗有效的低血压,以及2级的器官毒性;3级:需积极干预的症状,如需氧量≥40%或者鼻导管吸氧>3 L/min的缺氧状态,需要高剂量或者多种升压药物联合治疗的低血压,以及3级的器官毒性或4级的氨基转移酶升高。不能用其他原因解释的新发的精神状态异常以及无室壁运动异常的新发的心肌病;4级:威胁生命的状态,如需要呼吸机辅助呼吸的症状以及4级的器官毒性(除外转氨酶);5级:死亡。

第二种分级标准来源于Fitzgerald等的研究,后又在Penn分级标准的基础上进行了改良,使之更为简明。1级:只需接受支持治疗的轻度症状;2级:存在需要住院治疗或者静脉治疗的器官功能障碍;3级:出现需要静脉输液或者低剂量升压药治疗的低血压,需冷沉淀或者血浆输注治疗的凝血障碍以及需要高流量吸氧或无创机械通气的低氧表现;4级:出现需要高剂量升压药、有创机械通气治疗的威胁生命的症状。

为了提升临床医生对CAR-T输注及后续不良反应处理的认识水平,最大限度保证患者的安全,Davila等将输注CAR-T后患者的临床表现及实验室指标的改变情况有机结合在一起,提出了严重CRS的临床诊断标准,包括:发热持续3 d以上;两种细胞因子水平升高75倍以上或者一种细胞因子水平升高至少250倍;存在低血压(至少需要一种静脉升压药治疗)、缺氧(氧分压<90%)或者神经系统症状(精神状态改变、思维迟钝及癫痫)。

四、治疗和预防

Lee等根据CRS的分级,制定了不同的应对策略。对于1级的CRS患者,需要密切监测水电平衡,给予积极的支持治疗,并评估感染。2级关注并发症和患者年龄,若无并发症,或者患者年龄较小,可予积极的支持治疗,密切监测心脏及其他脏器功能;但当患者存在并发症或者年龄较大时,需要更加密切观察患者的情况,使用托珠单抗,必要时使用糖皮质激素。3级和4级的CRS处理与2级老年患者相同。

Brudno和Kochenderfer针对不同系统的症状制定了具体的治疗方案。对于肝功能正常的发热患者,对乙酰氨基酚口服对症治疗,若患者体温超过40 ℃,予冰毯降温,尽量避免使用糖皮质激素、非甾体类抗炎药及哌替啶。出现呼吸困难者,可根据病情选择不同的辅助呼吸,如鼻导管吸氧,必要时行机械通气。CRS患者常有低血压表现,因此CAR-T输注前应停止或者减少降压药的使用;输注后9 d内,每4 h监测生命体征。若同时患有发热和心动过快,则每2 h监测生命体征。对于不能口服或非显性失水多的患者,予静脉补液以维持水电平衡。若患者收缩压小于基线期80%且低于100 mmHg,或者低于85 mmHg时,予1 L 0.9%氯化钠注射液治疗。补液超过1 L或者进入重症监护病房治疗的患者,需要检测血清肌钙蛋白、心电图及超声心动图以评估心脏毒性。升压药是CRS患者出现低血压时常用的治疗手段,去甲肾上腺素为一线治疗方案,单药使用剂量应超过20 μg/min,如联合抗利尿激素,则去甲肾上腺素等价剂量应超过10 μg/min;若联合非抗利尿激素的升压药,则去甲肾上腺素等价剂量应超过20 μg/min。此外还可用多巴胺,单药剂量超过10 μg·kg-1·min-1,去氧肾上腺素>200 μg/min,肾上腺素10 μg/min。所有的升压药给药持续时间均需超过3 h。

感染的防治也是治疗CRS需要关注的问题。CAR-T输注前予复方新诺明或者阿昔洛韦/伐昔洛韦预防肺孢子虫和疱疹病毒感染,对于粒细胞缺乏伴发热的患者,血培养并使用广谱抗生素治疗。血液学改变较为复杂,以三系减少为主要表现,可输注红细胞和血小板使血红蛋白≥80 g/L,血小板计数≥20×109/L。如中性粒细胞数<0.5×109/L,使用粒细胞集落刺激因子直至超过1.5×109/L。若活化部分凝血活酶时间(APTT)超过1.5倍正常值上限,输注新鲜冰冻血浆直至APTT正常。输注冷沉淀直至纤维蛋白原超过1 000 mg/L,若患者出血,则需维持更高的纤维蛋白原水平。对于出现神经毒性的患者,医护人员需每8 h对其进行一次神经系统检查,行脑磁共振成像并请神经科医生会诊。由于神经毒性的原因并不十分明确,因此一旦出现,行腰椎穿刺检测脑脊液中病原体、细胞因子水平以及CAR-T细胞水平十分必要。

托珠单抗是IL-6受体阻断剂,是治疗CRS常用的药物,其适应证包括:(1)超声心动图检测左室射血分数低于40%;(2)血肌酐超过基线水平2.5倍;(3)无论给药是否间断,去甲肾上腺素48 h内给药量超过2 μg/min;即便使用去甲肾上腺素收缩压也不能维持90 mmHg以上;(4)持续吸氧2 h以上,氧浓度分数超过50%;(5)严重呼吸困难,需要机械通气;(6)APTT超过2倍正常值上限;(7)大出血;(8)肌酸激酶大于5倍正常值上限,持续超过2 d。托珠单抗使用剂量为4~8 mg/kg,最大不超过800 mg,输注时间超过1 h。此外由于TNF-α为CRS中重要的一环,使用TNF-α抑制剂依那西普治疗CRS也是较好的选择。

激素治疗可以有效减轻CRS相关的不良反应,但由于其抑制免疫会影响CAR-T的治疗效果,因此不作为一线选择。常用的激素包括甲泼尼龙和地塞米松,甲泼尼龙一般用于托珠单抗治疗无效的CRS,静脉输注,12 h/次,剂量为每公斤体质量1~2 mg;地塞米松常用于除头痛外的3级神经不良反应,持续超过24 h,或者4级神经系统不良反应及癫痫,静脉输注,6 h/次,剂量10 mg直至不良反应降到1级以下或给药超过8次。Davila等每天使用超过100 mg泼尼松等效剂量的激素对严重CRS患者进行治疗,患者症状很快得到缓解。

细胞因子数量众多,能够促进免疫细胞发生与发展,介导炎症发生以及增强免疫[26],是免疫治疗不可或缺的一环。但是短期大量释放的细胞因子,除了介导免疫杀伤肿瘤细胞以外,对于机体正常组织也会造成极大的损害。因此,如何最大限度利用细胞因子增强免疫又最大限度减小其对正常组织的损伤也是CAR-T治疗中研究的热点。Hoyos等[27]将可诱导的caspase-9(iCasp9)自杀基因导入至CAR-T细胞中,使其表达iCasp9;当CAR-T细胞完成任务时,使用人工合成的小分子物质促使iCasp9成为二聚物,激活凋亡通路将其清除。此外,可以通过基因编辑技术使CAR-T细胞共表达表皮生长因子受体(EGFRt)或者CD20,当不再需要CAR-T细胞或者出现严重不良反应时,可以使用抗EGFR或者CD20的抗体,通过抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用或者补体依赖的细胞毒性作用将CAR-T细胞清除,直接将编码CAR的mRNA转入T细胞中构建CAR-T也是较好的思路。由于mRNA不会整合入基因组,只能短时间存在于细胞中,一旦mRNA降解,CAR表达下降,反应停止,血清中细胞因子的水平便会下降。

除了通过限制CAR的表达与CAR-T细胞的数量来预防CRS以外,还可用伊布替尼抑制IL-2诱导的酪氨酸激酶,减少T细胞和NK细胞细胞因子的产生。Ruella等发现在体外联合伊布替尼和CAR-T治疗套细胞淋巴瘤,相比单用CAR-T组,包括IL-2、TNF-α和IFN-γ在内的多种细胞因子表达水平降低,但是治疗效果更佳。进一步研究证明在体内伊布替尼可以抑制CAR-T细胞及肿瘤细胞炎症因子的释放,但并不影响T细胞增殖。因此,使用伊布替尼联合CAR-T治疗B细胞肿瘤,不仅可降低CRS发生的风险,且并未降低疗效,甚至比单用CAR-T延长了小鼠的存活期,是一个不错的治疗选择。

五、CRS预测

早预测CRS可降低CAR-T治疗的相关不良反应。但是CAR-T输注后是否会发生CRS,发生的时机以及CRS的严重程度,对于不同的患者而言存在很大异质性,这给预测CRS发生带来很大难度。IL-6在CRS的发生发展中发挥着巨大的作用,并且C反应蛋白(CRP)与血清IL-6水平存在正相关。Turtle等报道CAR-T输注后1 d,血清IL-6超过30 pg/ml是出现3级以上神经不良反应独立的预测指标。Davila等发现严重CRS患者CRP水平均超过200 mg/L,可以作为严重CRS的预测指标。但是,CRS是多细胞因子共同作用的结果,使用单因素来预测CRS的准确性还有待进一步的验证。

Teachey等通过对50余例接受针对CD19-CAR-T治疗的复发难治ALL患者细胞因子和相关实验室指标的动态分析后发现,包括IFN-γ、IL-6、可溶性gp130(sgp130)和可溶性IL-6受体(sIL-6R)在内的24种细胞因子,以及CRP和铁蛋白等指标,在CAR-T输注后1个月内的峰值水平与严重CRS的发生呈正相关,但在输注后3 d内,仅有IFN-γ、sgp130在严重CRS和其他患者中的表达水平存在差异。通过回归模型分析后发现,如果不考虑年龄因素,IFN-γ、sgp130和sIL-1RΑ组合以及sgp130、单核细胞趋化蛋白-1和嗜酸粒细胞趋化因子的组合可很好地预测ALL患者4~5级CRS的发生;而IFN-γ、IL-13和巨噬细胞炎性蛋白-1α组合以及IL-10和肿瘤负荷组合可以很好地预测儿童ALL患者4~5级CRS的发生。这些模型有利于临床医生早期预测、提前预防严重CRS,最大限度保护患者的安全。

六、总结

CRS是CAR-T治疗中常见的不良反应,其临床表现多样,可涉及全身各个系统,以发热、低血压及神经系统表现最为常见。以对症治疗为主,必要时可予辅助呼吸、升压药、抗生素及血制品等方式治疗。托珠单抗、依那西普及糖皮质激素是治疗CRS的常用药物。目前由于CAR-T治疗仍处于临床试验阶段,对于CRS的治疗大多基于大型医疗中心的经验,鲜见相关指南和规范。此外,由于CAR-T对于不同肿瘤作用靶点不同,CRS出现时间与强度均有较大差异,而目前预测CRS的模型来源于小规模ALL患者数据,对于慢性淋巴细胞白血病、急性髓系白血病、淋巴瘤乃至实体瘤是否适用,尚需进一步研究。


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