CAR-T是一种过继细胞免疫疗法，其CAR结构包含细胞外抗原结合区、铰链区、跨膜区及细胞内信号传导区四部分，细胞外抗原结合区由识别肿瘤相关抗原的单链片段（single-chain variable fragment, scFv）组成，scFv可通过与肿瘤细胞上的特定靶抗原结合，刺激胞内信号传导分子CD3的免疫受体酪氨酸活化基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motifs, ITAMs），从而激活T细胞活化增殖，杀伤肿瘤细胞。

迄今为止，CAR-T技术已更新至第四代（图1），第二代CAR-T已获批应用于临床，在血液系统肿瘤中疗效显著，如以CD19为靶点的CAR-T疗法可显著缓解急性淋巴细胞白血病的症状，有临床数据显示其完全缓解（CR）率可达80%。

四代CAR-T的结构对比。第二代CAR-T在常规CAR上添加共刺激分子CD28或4-1BB以提升CAR-T增殖活化效能；第三代CAR-T同时添加两个共刺激分子；第四代CAR-T在第二、三代CAR基础上共表达IL-12等细胞因子，以增加CAR-T扩增及其他免疫杀伤细胞向肿瘤组织浸润。

CAR-T疗法在实体肿瘤中的挑战

尽管CAR-T疗法在血液系统肿瘤治疗中已经取得瞩目成就，但在实体肿瘤中的治疗效果仍不理想，限制其疗效的因素主要有以下几个方面。

1. 肿瘤微环境 

肿瘤细胞命运受到肿瘤微环境调控，肿瘤细胞与肿瘤微环境间的交互作用维持并促进了微环境的药物抵抗和免疫抑制状态。肿瘤组织间质高压、缺氧及酸性微环境构成了肿瘤治疗的物理屏障，这种物理屏障限制了CAR-T细胞的浸润和扩增，导致CAR-T治疗效果不佳。

肿瘤细胞与免疫系统的交互作用促进了免疫抑制微环境。如肿瘤细胞表面上调的程序性细胞死亡配体1（PD-L1）与T细胞表面的程序性细胞死亡受体1（PD-1）结合后，可使T细胞衰竭和功能障碍，导致肿瘤细胞的免疫逃逸。值得注意的是，单独接受PD-1/PD-L1抑制剂的患者中，60%会出现不良反应，而使用CAR-T与PD-1抑制剂可显著提升CAR-T细胞的抗肿瘤效果并延长CAR-T细胞的工作寿命。此外，随着肿瘤的进展，肿瘤微环境的一些细胞还发挥免疫负性调节作用，如肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophage, TAM）和调节性T细胞（regulatory T cells, Treg），实体肿瘤组织内的TAM多表现为M2表型，TAM可分泌白介素（interleulin, IL）-8、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）等直接促进肿瘤浸润和转移的细胞因子，在与CAR-T共培养后，可显著限制CAR-T分泌γ干扰素（interferon γ, IFN-γ）的能力。Treg则可通过分泌转化生长因子β（transforming growth factor β, TGF-β）等抑制免疫反应，从而限制CAR-T疗效。

2. 细胞因子风暴 

CAR-T细胞回输到患者体内，在肿瘤细胞和免疫系统作用下激活扩增，机体会释放大量细胞因子，导致细胞因子释放综合征（CRS）和免疫效应细胞相关神经毒性综合征（ICANS）等毒副作用。值得注意的是，这些细胞因子并非完全由CAR-T释放，有证据表明，CRS和ICANS更大程度上由巨噬细胞释放的IL-1和IL-6介导，CAR-T介导的肿瘤细胞凋亡所释放的因子也参与了细胞因子风暴的发生与发展。在CAR-T治疗实体肿瘤的几项临床研究中，均观察到了不同程度的CRS，同时在脑胶质瘤中发现了ICANS，因此，控制细胞因子释放也是未来CAR-T疗法改进的方向之一。

尽管阻断IL-1、IL-6已被证明可改善细胞因子风暴，但是由于多种细胞因子之间存在复杂串扰，阻断特定细胞因子的效果并不理想，限制CAR-T在体内的循环时间是解决细胞因子释放的有效手段。

3. 脱靶效应 

CAR-T主要靶向作用于肿瘤相关抗原，而由于肿瘤相关抗原在人体其他组织上也存在表达，因此CAR-T可能攻击表达靶抗原的正常组织，造成脱靶效应，如碳酸酐酶IX在肾癌及正常胆管上皮上均存在表达，对肾细胞癌患者应用靶向碳酸酐酶IX的CAR-T治疗将导致患者出现肝功能损伤。此外，随着肿瘤进展，肿瘤微环境与肿瘤细胞状态发生动态变化，这可能使肿瘤组织靶点下调并增加耐药性，导致仅有一部分细胞群体表达CAR所靶向的抗原，从而限制CAR-T的治疗效果。提升CAR-T靶向性和减少CAR-T循环时间均可减轻脱靶效应。