细胞免疫治疗产业化进展及相关风险因素

张水华，何询

深圳未名新鹏生物医药有限公司，深圳 518057

专题——细胞免疫治疗的临床与工程化

细胞免疫治疗产业化进展及相关风险因素

张水华，何询

深圳未名新鹏生物医药有限公司，深圳 518057

何询，清华大学化学工程专业本科，生物化工硕士。新加坡国立大学EMBA，高级工程师。第八届国家药典委员会委员、深圳市第三届科技专家委员会委员、深圳市生命科学与生物技术协会创会会长。历任深圳科兴生物工程公司总经理、山东科兴生物制品有限公司总经理、深圳市基因工程药物工程技术研究开发中心主任、天津未名生物医药有限公司总经理。现任江苏未名生物医药有限公司总经理、深圳未名新鹏生物医药有限公司总经理、北京北大未名生物工程集团有限公司副总裁。擅长基因工程药物、细胞治疗方面的产业化及运营管理的研究。

诺华公司的CTL-019极有可能成为全球首个获批上市的CAR-T产品，这无疑将进一步推动细胞免疫治疗研发进程。这种特殊的医疗技术能否商业化成功的关键是CAR-T细胞制品本身，而该制品的制备工艺能否工程化更是关键。介绍了细胞免疫治疗工程化和临床应用的最新进展，阐述了该领域相关技术如何解决临床、制造、通用化应用等方面的要求，及未来产业化可能遇到的难题和相关的风险分析。

细胞免疫治疗；CAR-T；工程化；产业化

1 细胞治疗的分类及产业化现状

随着诺华公司突破性的嵌合抗原受体T细胞（chimeric antigen receptor T-cell，CAR-T） 产 品CTL-019在2017年7月12日获美国 FDA 专家咨询委员会的全票通过，CTL-019将大概率成为全球首个获批上市的CAR-T产品，该产品申请的适应证是复发或难治性儿童和年轻成人急 性淋巴细胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，ALL），这无疑是本年度生物医药领域最具里程碑性质的大事件。

细胞治疗的技术研究持续了很多年，按照细胞来源可将其分为自体细胞治疗和异体细胞治疗；按照适应证分为神经、心血管、眼科、肿瘤等方面的细胞治疗；而最为通用的分类方法来自欧盟，分为同源性使用目的的细胞治疗（如移植或输血）和参照药物监管体系的细胞治疗，后者又可细分为体细胞治疗、基因治疗、组织工程细胞治疗，相关产品被称为先 进的治疗型医药产品（advanced therapy medicinal products，ATMPs）[1]。

到目前为止，在欧美市场中，欧盟EMA和美国FDA主要批准5个此类产品[2]上市。①Provenge是2010年由美国FDA批准的第一个治疗性肿瘤疫苗，通过基因改造的树突状细胞（dendritic cells，DC）用以治疗无症状或轻微症状转移的去势抵抗性前列腺癌患者；② ChondroCelect是2009年欧盟EMA批准的用于治疗软骨损伤关节的软骨细胞药物；③ MACI是2016年美国 FDA 批准用于成年患者膝盖症状性全层缺损修复，是首个 FDA 批准的运用组织工程学在支架上培养细胞的产品，其利用了患者自身膝盖的健康软骨组织；④ Holoclar是2015年欧盟EMA批准的用于治疗角膜损伤的角膜源干细胞药物；⑤ Glybera是2013年欧盟EMA批准的用于治疗脂蛋白酶缺乏遗传病（LPLD）的基因治疗药物，完整疗程费用高达125万欧元的孤儿药。在中国市场上，今又生（Gendicine）是国家食品药品监督管理局于2003批准的第一个基因治疗药物，适应证为与化疗联合用于现有治疗方法无效的晚期鼻咽癌患者。除了上文提及的诺华公司的CTL-019即将被美国FDA审批之外，绝大多数的细胞治疗产品还处于Ⅰ～Ⅱ期临床试验阶段，正处于评价安全性和早期临床有效性的评价阶段[2]。

关于细胞免疫治疗研发进展，在国际上，除了诺华公司外，辉瑞公司和Servier及C ellectis公司在2017年3月联合宣布，美国FDA批准了通用型CAR-T产品UCAR-T19用于治疗复发或难治性急性淋巴细胞白血病患者的临床申请，并将在美国开展临床试验；Bluebird公司与Celgene公司也开始了以B 细胞成熟抗原（B-cell maturation antigen，BCMA）为靶点的产品合作研发，该项目已在2016年年底公布了I期临床试验的中期数据。在中国，Juno公司与药明康德联合成立上海药明巨诺，复星医药与Kite Pharma联合成立复星医药凯特生物科技（中国）有限公司，细胞免疫治疗概念约涉及近20家A股公司，如海欣股份与上海第二军医大学合作研发的“抗原致敏的人树突状细胞”是我国首个自主研发的获得CFDA批准的、针对晚期大肠癌的治疗性疫苗。上述项目均仍处于临床试验或试验前的研究阶段，还未进入产业化，但足以说明细胞治疗的研究处于非常火热的阶段。

2 肿瘤免疫细胞治疗现状

从2004年到2015年6月，在能公开检索到的939个临床试验中，针对肿瘤类的细胞治疗占24.6%，而白血病、淋巴瘤的临床试验又占肿瘤类的30.9%[2]，首要原因是抗肿瘤药物的市场规模具有无限的商业价值空间，另一个原因是肿瘤的发病机制和基因表达方面存在很大的个体差异性，导致现有抗肿瘤药物的普遍低效；抗肿瘤药物的细分领域极其繁杂，现有的化疗或放疗远远满足不了当前的临床需求。在肿瘤细胞免疫治疗中，按照发挥重要效应的关键细胞差异，又分成3个类别，即NK细胞（natural killer cell，NK）、树突状细胞（d endritic cells，DC）和T细胞免疫治疗[3]，但在近十年，随着“精准医学”（precision medicine）概念的兴起，加之良好的抗肿瘤疗效，T细胞免疫治疗逐渐成为细胞治疗的主要研究方向。

2.1 NK细胞治疗

N K因其不需预先致敏就可以杀死病毒感染的细胞或者肿瘤细胞而得名。NK主要通过两类表面受体实现该项功能，即杀伤细胞活化受体（killer activation receptor，KAR）和杀伤细胞抑制受体（killer inhibitory receptor，KIR）两类受体。正常情况下，尽管自身细胞上多糖类抗原与KAR结合产生活化性信号，由于KIR与主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）I类分子结合，产生抑制性信号并占主导地位，从而保证了自身细胞不被NK杀伤，但当细胞表面M HCⅠ类分子的表达降低或者缺失，抑制性信号功能减弱，NK则被活化，杀伤相应的细胞。活化后的 NK通过释放穿孔素和颗粒酶等细胞毒性颗粒，或者表达 Fas和T RAIL等物质诱导靶细胞发生凋亡。

目前的NK细胞治疗的效果并不理想[4-5]，如果期望过继回输NK获得更好的疗效，还需要解决NK细胞抑制性受体的效应并清除Treg等一系列问题[3]。

2.2 DC治疗

DC负责对抗原进行加工处理后呈递给T细胞，诱导T细胞的活化和增殖，从而激发有效的免疫应答。基于DC的治疗性肿瘤疫苗，主要分为两种[6]，一种是将DC在体外荷载抗原后再输回到患者体内，另外一种是诱导DC在体内摄取肿瘤抗原。两者都是通过最大程度地激活或活化具有肿瘤抗原特异性的CD4+和CD8+T细胞来发挥抗肿瘤效应。在该研究领域中，DC的培养方法、成熟DC的诱导方式、肿瘤抗原的选择、荷载方式及免疫方式是决定 DC疫苗抗肿瘤效应的关键因素。

上文提及的Provenge疫苗是利用患者自身的外周血单个核细胞在体外培养获得DC，并在培养过程中加入修饰后的抗原融合蛋白进行刺激，该抗原融合蛋白由重组前列腺酸性磷酸酶（PAP）抗原和作为佐剂的粒细胞——巨噬细胞集落刺激因子（GMGSF）构成，将成功刺激后的DC细胞回输给患者，达到治疗无症状或症状轻微的转移性去势前列腺癌患者的目的。

2.3 T细胞治疗

T细胞是目前认为唯一能够特异性杀伤肿瘤细胞的免疫细胞，如何获得肿瘤抗原特异性T细胞一直是肿瘤治疗研究的重要目标。目前针对T细胞的免疫治疗，可以分为两大类，一类是T细胞过继疗法，主要包括从患者的肿瘤浸润性淋巴细胞（tumor in fi ltrating lymphocyte，TIL）中扩增出肿瘤特异性T细胞进行回输；另一类是通过基因修饰的方法，在正常T细胞表面表达能够识别肿瘤抗原的受体后再进行回输，包括T细胞受体（T cell receptor，TCR）基因修饰T细胞（TCR-T）和嵌合抗原受体（CAR）修饰T细胞（CAR-T）[3]。

CAR的基本结构包括细胞内外两部分，胞外部分主要包括了肿瘤抗原抗体的重链和轻链可变区，主要承担识别和导向肿瘤细胞的功能；胞内部分的结构是T细胞的活化分子（如CD3ζ、FcRγ、CD28或者41BB、FcRy）。目前CAR-T技术已经逐步发展到第四代的CAR结构，其标志是CAR结构胞内部分的活化分子逐步增多，T细胞的增殖、分化功能逐步实现精细化且有一定的可控性。在该领域中，产业化推进最快的代表性项目有两个：一个是上文提及的诺华公司的CTL-019已经获得FDA肿瘤药物专家咨询委员会全票推荐，等待FDA的最后批准，这代表着自 体细胞的CAR-T产品最新进展；另一个是辉瑞公司和法 国Cellectis公司合作的UCAR-T123产品2017年6月由美国FDA批准在美国正式开始临床试验，这代表着异体细胞的CAR-T产品最新进展。

诺华的T isagenlecleucel（CTL-019）有望成为第一个由FDA批准上市的CAR-T产品。CTL-019的疗效数据显示，客观响应率高达83%，高出现有疗法1倍以上；中位生存期16.6月，相比疗效显著的双抗B lincyto［2014年12月3日，美国FDA批准Blincyto（blinatumomab）用于治疗费城染色体阴性前体B细胞急性淋巴细胞白血病（B-cell ALL），这种疾病是一种不常见形式的ALL。该药物可作为CD19蛋白与CD3蛋白之间的一种连接器，CD19被发现于大多数B细胞淋巴母细胞表面，而CD3是T细胞表面的一种蛋白质］仍延长了1倍以上[7]。CTL-019在r/rALL的疗效已毋庸置疑。CAR-T疗法是一种伴有巨大个体差异的疗法，作为一种新型细胞疗法，在制备过程和使用过程中的安全性、稳定性是FDA专家最为关注的问题。

法 国Cellectis公 司 的UCAR-T123于2017年2月获得了美国FDA进入临床试验的批准，这也是第一款获美国FDA批准进入临床试验的通用型CAR-T产品。该产品有潜力让CAR-T疗法变得更为普及和经济，解决即时使用和物流运送的实际瓶颈。UCAR-T123是一种在研的细胞疗法，其利用TALEN®基因编辑技术，该技术可以对健康人或者患者自身的T细胞进行精准编辑，使之针对CD123抗原。此类抗原在急性骨髓性白血病（AML）细胞与急浆样树突状细胞瘤（BPDCN）细胞上高度表达。这两个适应证的临床试验都将在2017年上半年进行病人入组[8]。

3 细胞免疫治疗工程化的关键因素

肿瘤细胞免疫治疗能否在商业上获得成功，在有巨大的市场空间的前提下，取决于能否大规模生产，这就涉及细胞免疫产品的制备工艺能否标准化、模块化等工程化的问题，即解决生产流程的系统化、规范化、可度量化，具体来说就是要解决CAR-T产品制备过程和使用过程中的安全性、稳定性问题，这也是美国FDA专家对诺华公司CTL-019产品最为关注的问题。

CAR-T产品作为先进的治疗型医药产品，需要接受类似药品相关的监管制度和管理规范，即GMP管理，但是和传统意义上的药品相比，细胞制品的种类多、差异大、进展快，其风险程度不同、性质复杂多变、技术更新迅速，对于不同类型产品，可基于风险特征和专项控制措施，制订适合其产品的特有技术要求[9]。关于细胞治疗工程化的关键因素主要有以下几个方面的问题需要考虑。

3.1 制备工艺

传统药品的制备工艺流程以出厂检验合格并放行为最终环节，而细胞制品的制备工艺则指“从供者获得目的细胞到细胞成品输入到受者体内的一系列体外操作的全过程”。应对生产工艺全过程进行监控，包括生产工艺参数的监测、过程控制指标的达成和废弃指标的制定等。应在对整体工艺的理解和对生产产品的累积经验的基础上，制订过程控制过程中关键的、敏感的步骤或限定参数，以避免工艺发生偏移。

关于细胞基因改造或修饰方面，产品研发设计时可能需要考虑以下几个方面。①TCR-T和CAR-T都是根据特定的肿瘤抗原来设计，因而选择合适的靶向肿瘤抗原非常重要。哪种T细胞亚群更适合用作制备TCR-T和CAR-T从而保证其在体内更好地生存、增殖和记忆形成？②对于免疫细胞的工程化修饰如何简便可行并具有肿瘤与患者个体化特点，尚需进一步优化。③进一步深入研究免疫细胞回输体内之后迁移过程的分子机制，以设法将其引导至肿瘤部位或者免疫激发器官，对于肿瘤细胞如何逃逸免疫监视与杀伤机制的深入研究，可以提供更多的肿瘤免疫治疗靶点。

3.2 剂型和处方

传统药品的剂型和制品处方都是确定的，可以即时使用，所以在物流运输条件和方式都可以量化的，但是细胞制品则应根据临床用药要求和产品自身的稳定性情况而定。如肿瘤细胞免疫治疗中需要足够数量的且有良好活性的细胞，所输注的免疫细胞数量和活力是疗效高低的关键，也是其最佳疗效获取和长期疗效维持的核心[10]。有些细胞制品在给药前需经过制品成分物理状态的转变、容器的转变、过滤与清洗、与其他结构材料的联合，以及调整给药剂量等操作步骤，这些工艺步骤的确定也应该经过验证与研究，并进行严格的执行与操作。

3.3 临床应用监控

传统药品的药代动力学研究方法对相关的生理指标相对固定，采用相对静态和事后的检测方法，但是并不适用于细胞治疗产品的研究，而细胞制品在进行药代动力学评估时，必须重新考虑以下几个问题。①生物学分布。应采用一种或多种细胞追踪方法，并阐述方法的科学合理性。目前可选择的技术方法有影像技术、PCR 技术、免疫组化等。②细胞迁移、定植（归巢）、分化；细胞在体内的生物学行为监控。③基于基因修饰细胞的特殊考虑，对于基因修饰的细胞，为证明基因修饰的治疗原理，需要进行目的基因的存在、表达，以及表达产物的生物学作用的研究。④不良反应及免疫毒性风险主要包括非肿瘤组织的靶向毒性、肿瘤组织的脱靶毒性以及细胞因子释放综合征[11]，如何避免这些副作用，需要更精细地进行细胞的基因改造或者进一步寻找对冲的治疗手段。

4 肿瘤细胞免疫治疗的展望

2010年，Provenge作为前列腺癌治疗性疫苗赚足了科技界和资本界的眼球，然而该产品的商业化并不成功，并导致原制造商丹德里昂公司于2015年2月宣告破产。现在看来延长4.1个月总生存期的疗效[12]并不是导致其商业化失败的真正原因，真正原因更可能是在产品制备工艺过程中不存在通用型的、冷冻活化的免疫细胞，而不同患者之间的个体差异性使得这款产品工序更复杂，在面对每一个患者时，都可能需要微调制备工艺，工艺无法标准化就无法快速复制产品，使得工艺成本极高。另外，该产品在每隔2周左右的时间内注射3剂，一个疗程的费用高达10万美元。在疗效相当、价格更低的阿比特龙和恩杂鲁胺等传统小分子药物面前，Provenge的市场败局可想而知。

当前，大多数细胞免疫治疗项目还处于临床研究阶段，绝大多数都是以患者自体细胞的基因修复或基因改造为基础，属于非通用型的细胞免疫治疗，属于极其昂贵的个体化医疗，如果不能解决相应的工程化问题，就会出现像Glybera一样高达125万欧元的产品，想要取得商业化成功，恐怕难度很大。

辉 瑞公司参与投资的法国Cellectis公司于2017月2月宣布其UCAR-T123获得了美国FDA进入临床试验的批准[13]。和以往不同的是，这是第一款通用型CAR-T产品。该产品有潜力让CAR-T疗法变得更为普及和经济，解决即时使用和物流运送的实际瓶颈。之所以说该产品是通用型CAR-T产品，是因为可以自由选择使用健康人T细胞或患者自身有缺陷的T细胞，利用自身开发的TALEN®基因剪切技术，成批量地对这些T细胞进行精准的基因编辑，然后直接应用，降低了生产成本并具备规模化生产的可能。而预先制造出的且可以现成使用的UCAR-T产品，通过冷冻物流的方式解决了地域性的限制、资源可及性问题。目前该公司共有4个通用型的CAR-T产品在研，大部分可以进入临床申报阶段，临床疗效情况指日可待。

综上所述，细胞免疫治疗产品要想在商业上成功，不但要解决药品两大基本属性——安全性和有效性，而且要解决药物经济学的属性——成本可控性和资源可及性。虽然Provenge在美国的成功上市证明了安全性和有效性，但是成本可控性和资源可及性还有待商酌。药物经济学的两大属性归根到底是属于产品制备工程化需要解决的问题。现阶段，诺华的非通用型CAR-T产品在产品上市的道路上远远优先于Cellectis公司的通用型CAR-T产品，因为后者的临床数据需待以时日。两者在商业化上能否成功，暂时无法推测。不管如何，细胞免疫治疗产品能否商业化成功，疗效是前提，工程化因素是关键。

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Progress of cell immunotherapy and risk factors related to industrialization

ZHANG Shuihua，HE Xun
Shenzhen Sinobioway Xinpeng Medicine Co., Ltd., Shenzhen 518057, China

Novartis’s CTL-019 is likely to become the world’s fi rst approved CAR-T products by FDA, this milestone story will push cell immunotherapy into a much higher R&D hotspot. The key factor to the commercialization of this special technology is the CAR-T products themselves and the engineering possibility of manufacturing process. This paper introduces the new progress of clinical application and commercialization related to cell immunotherapy, discusses how to solve the related issues including clinical applications, manufacturing and other requirements,and the problems which the future industrialization will meet and the related risk analysis.

cell immunotherapy; CAR-T; engineering; industrialization

10.3969/j.issn.1674-0319.2017.05.004

张水华，上海交通大学生物工程专业硕士，高级工程师。从事生物医药产品研发和产业研究超过16年。E-mail：zsh123@xpbio.com