CAR-T免疫疗法 是一种过继性细胞免疫疗法，它是利用基因技术，在T细胞内导入一个可以将CAR表达于其表面的融合基因，并使T细胞发挥作用，克服肿瘤局部免疫抑制微环境，打破宿主免疫耐受状态，靶向杀伤肿瘤细胞。

在前文常见载体分类及介绍(03)中，介绍了嵌合抗原受体 (CAR) 常规表达载体的构建方法。那么这篇文章小编将具体讲解一下CAR受体的结构的四个主要部分的功能。

什么是TCR

T 细胞受体（T-cell receptor），简称 TCR，是在 T 细胞表面发现的一种分子[1]，T 细胞介导的抗原识别依赖 于 T 细胞受体与抗原-主要组织相容性复合体(MHC)的相互作用（图 1）。当 TCR-CD3 复合物、抗原肽、MHC （HLA）结合时，T 淋巴细胞通过信号转导被激活，进入后续的免疫应答过程。

TCR 结构图

TCR为所有T细胞表面的特征性标志，以非共价键与CD3结合，形成TCR-CD3复合物。TCR的作用是识别抗原。TCR是由两条不同肽链构成的异二聚体，由α、β两条肽链组成，每条肽链又可分为可变区（V区），恒定区（C区），跨膜区和胞质区等几部分；其特点是胞质区很短。

TCR-CD3结构

TCR分子属于免疫球蛋白超家族，其抗原特异性存在于V区；V区（Vα、Vβ）又各有三个高变区CDR1、CDR2、CDR3，其中以CDR3变异最大，直接决定了TCR的抗原结合特异性。在TCR识别MHC-抗原肽复合体时，CDR1，CDR2识别和结合MHC分子抗原结合槽的侧壁，而CDR3直接与抗原肽相结合。TCR分为两类：TCR1和TCR2；TCR1由γ和δ两条链组成，TCR2由α和β两条链组成。外周血中，90%-95%的T细胞表达TCR2；而且任一T细胞只表达TCR2和TCR1之一。

TCR 的α链和β链的 V(D)J 重组

TCR 是高度多样化的异源二聚体，人类约 95%的 T 细胞表达α链和β链(αβ-TCR，两条链分别由 TRA 和 TRB 编码)，外周血 T 细胞(约占 1–5%)和粘膜位置 T 细胞还会表达γδ链（γδ-TCR，分别由 TRG 和 TRD 编码） ，在肿瘤发生和处于某种疾病状态下，αβ-TCR 和γδ-TCR 比例会发生变化。

α chain

β chain

TCR 复合物的基本功能是引导 T 细胞识别特定的抗原。面对多种多样的抗原类型如何做到“特异”识别，这 就归功于 TCR 的“高度多态性”了。TCR α链和γ链由一系列可变（variable,V）和连接（joining,J）基因编码，TCR β和δ链还由高变（diversity,D） 基因编码。基于 RAG1 和 RAG2 重组酶的 V-(D)-J 重组过程中，V、D、J 中一个随机等位基因会与其他区段等位基因重组，形成功能多样化的片段。在 V-D、D-J 于 V-J 基因片段之间的连接点处会随机进行核 苷酸的添加、缺失。此外，在转录过程中位于重组 V（D）J 区域的序列以及恒定（Constant, C）区域的基 因序列会进行可变剪切，形成存在一定功能差异的转录本。上述过程会导致超强的重组与结合多样 性，产生高可变型、高多样性的 T 细胞受体，确保对各类抗原进行鉴定。基于数学计算，理论上存在 10^12-10^15 种不同的 TCR[5]，实际人体存在的 TCR 多样性大约在 10^13 这个数量级，说明看似随机的 TCR 重组并不是完全随机，可能受到某些机制的约束。产生 TCR 多样性的重组过程，是 T 淋巴细胞在初级淋巴器官——胸腺中的发育早期所特有。每个 TCR 链 都含有 3 个高度多样性的 loop，称为互补决定区域（complementarity determining re-gions, CDR1-3）。CDR1 和 CDR2 由 V 基因编码，而 CDR3 由 V-J 或 V-D-J 基因结合区域编码，高度多样化。此外，CDR3 是 TCR 直接接触抗原肽的区域，对 TCR 与抗原肽-MHC 复合体的互作起到决定性作用。正因为如 此，CDR3 是确定 T 细胞克隆类型的重要区域，两个 T 细胞不太可能表达相同的 CDR3 序列，除非它们来 自相同的 T 细胞克隆。

CAR-T的每个元件的功能

抗原 (靶点)的选择一直是CAR-T领域的研究重点，如果仅仅有合适的抗原，缺乏共刺激信号，T细胞往往会未老先衰，起不到抗肿瘤的作用。在CAR-T的结构中，任何一个部件都起着关键作用，下面我们就来看看CAR-T结构组成及其功能。

按照每个元件所处的位置，CAR主要分为三个功能区域，分别是：胞外结构域 、 跨膜结构域 和 胞内结构域 。

胞外结构域由负责识别并结合抗原的单克隆抗体的单链可变片段（single-chain variable fragment，scFv）及一段起连接作用的铰链区（Hinge）构成。

胞内结构域由共刺激结构域（Costimulatory Domain）和信号转导结构域（Signaling Domain）构成。

胞外结构域

1. 抗原识别结构域（scFv）

由单克隆抗体的轻链（VL）和重链（VH）通过多肽连接而成，保留有抗体对抗原的特异性和亲和力。

胞相比，其对靶抗原的亲和力显著提高。CAR-T细胞通过scFv对靶抗原的识别结合不依赖MHC抗原呈递，一方面避免了肿瘤细胞通过调节MHC分子发生逃逸，另一方面赋予了CAR-T细胞识别非肽抗原的能力。

CD30、CD33、BCMA等，也就是说临床上主要是针对这些靶点来开发抗体。不过目前CAR-T临床研究所用的scFv多源于小鼠，这无形中增加了宿主对CAR-T细胞的免疫排斥反应，发生细胞毒性或降低了CAR-T的持续性。因此，开发人源化或全人源的抗体来源的scFv，降低CAR-T细胞的免疫原性，是CAR-T研究面临的关键问题之一。

2. 铰链区（Hinge）

CD8α/CD28胞外区衍变而来。铰链区的长度取决于靶细胞抗原表位的位置及暴露程度。

CAR-T细胞和靶细胞处于最佳距离，在抗原抗体结合过程中避免大型磷酸酶的作用减弱CAR信号。然而，在某些情况下，抗原表位可能相对不可接近，需要使用更长的铰链区，使scFv可以克服空间位阻，有效结合抗原。因此，抗原表位不同，铰链区的最佳长度也不同，在靶向新抗原时，可能需要相应地调整铰链区的长度。

跨膜结构域（Transmembrane region）

锚定到T细胞膜上。常用的跨膜结构域来源于CD4，CD8α，CD28和CD3ζ。

CAR-T细胞活性，但也正是由于其不需要与内源TCR结合即可高度活化T细胞，而逐渐被弃用。CD8α和CD28的跨膜域由于能够促进CAR在细胞表面表达，目前在多数临床试验中采用。

胞内结构域

1. 共刺激域（Costimulatory Domain）

2. 信号转导结构域（Signaling Domain）

读完这篇文章的内容，对于CAR-T载体上CAR的每个元件的功能你是否都理解了呢？