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肿瘤免疫治疗的双刃剑:细胞因子释放综合征(下)
2021-01-18 访问次数:2573
       过去的10年里,癌症免疫进展突飞猛进,诸如免疫检查点、T细胞接合疗法(BiTE双抗、CAR-T)等高效的免疫疗法在临床试验中已显示出疗效,其中一些药物已经获得了监管部门的批准。但是,随着临床经验的增多,人们对这些药物潜在的副作用,尤其是细胞因子释放综合征(CRS)的认识也日益提高。本文主要综述了CRS的临床表现、发生率、鉴别诊断、发生机制等。
上次的文章中,我们讲到CRS的临床表现、发生率和鉴别诊断。细胞因子释放综合征(CRS)是一种全身性炎症反应,可由多种因素触发,如感染和药物。近来,随着新型与T细胞结合的免疫治疗制剂的成功,CRS的受关注度日益增长,且代表了这类疗法中最常见的严重不良反应之一。本期我们接着来了解CRS的病理生理学、临床监管和未来展望。
一、CRS的病理生理学
       目前,CRS的病理生理学只有不完全了解。CRS通常是由于双特异性抗体或CAR-T细胞受体与其抗原的结合以及随后的旁观者免疫细胞和非免疫细胞(如内皮细胞)的激活所引起的靶向作用。旁观者细胞的激活导致大量细胞因子的大量释放。我们对CAR-T细胞的初始活化如何导致驱动CRS炎症过程的细胞因子网络变化知之甚少。根据宿主,肿瘤和治疗制剂的特点,T细胞接合疗法的治疗可激发炎症循环,打破反向调节稳态机制,导致细胞因子风暴,因而对患者产生不利影响。图1概括了我们当前对CRS病理生理学的理解。 

图1:已报道的CRS诱导物。
       CRS可通过连续释放细胞因子如干扰素γ(IFN-γ)或肿瘤坏死因子α(TNF-α),而直接裂解靶细胞,或通过治疗刺激而激活T细胞并随后释放细胞因子来诱导。这些细胞因子通过激活巨噬细胞和内皮细胞等天然免疫细胞,进而释放细胞因子,引发连锁反应。
       IL-6,IL-10和干扰素(IFN-γ)是CRS患者血清中持续升高的核心细胞因子。在T细胞接合疗法的背景下,激活的T细胞或肿瘤细胞自身大量释放IFN-γ会触发CRS。IFN-γ引起发烧、发冷、头痛、头晕和疲劳。分泌的IFN-γ诱导其他免疫细胞(最重要的是巨噬细胞)活化。活化的巨噬细胞会产生过量的其他细胞因子,例如IL-6,TNF-α和IL-10。TNF-α会引起类似于IFN-γ的流感样症状,并伴有发热、全身不适和疲劳,还引起腹泻、血管渗漏、心肌病、肺损伤和急性期蛋白的合成。 
       IL-6在CRS病理生理学中似乎有着关键作用,因为在CRS患者和小鼠疾病模型中IL-6水平高度升高。IL-6可以通过两种不同的模式传输信号。经典的IL-6信号传导是IL-6与膜结合IL-6受体的结合。值得注意的是,IL-6受体不具有细胞内信号传导域。但是,在可溶性IL-6与膜结合的IL-6受体结合后,IL-6/IL-6受体复合物与膜结合的gp130结合,gp130通过其细胞内结构域启动信号传导。在跨膜信号转导中,IL-6结合可溶性的IL-6受体,该受体被金属蛋白酶从细胞表面切割下来。这种可溶的IL-6/IL-6受体复合物与gp130结合,因此可以在不表达膜结合IL-6受体的细胞类型中诱导信号传导。
       IL-6导致许多CRS关键症状。通过反向信号IL-6导致严重的CRS,如血管渗漏的特征性症状、补体和凝血级联诱导弥散性血管内凝血(DIC)。此外,IL-6可能通过促进心肌功能障碍,导致在CRS患者中经常观察到的心肌病。 
       最近,Teachey等人对CAR-T治疗的ALL患者进行了生物标志物筛选,发现在一组35名儿童和成人B-ALL研究中,IL-6、可溶性IL-6受体、IFN-γ和sgp130的峰值水平与严重CRS的风险相关。随后,他们在12名儿科患者中验证了这一结果。尽管由于经历严重CRS的患者数量相对较少以及现场细胞因子测量的可用性有限而受到限制,但这些工具可能有助于识别需要更深入监测和治疗的患者。
       严重CRS的标志特点似乎是内皮细胞的激活。CRS患者的血清中血管内皮活化的典型标志物(例如Ang-2和von Willebrand因子)通常升高。这表明,内皮通过放大炎症反应和作为靶器官在CRS的病理生理中起重要作用。内皮功能障碍在CRS发病机理中的关键作用为严重CRS的某些症状提供了解释,例如毛细血管渗漏、低血压和凝血。正如最近一项针对CD19靶向CAR-T细胞治疗后死于CRS的患者的验尸研究所示,内皮细胞似乎是严重CRS中IL-6的重要来源。重要的是,内皮激活和随之而来的血管功能障碍可能是将CRS与神经毒性联系起来的机制因素。最近的一项研究发现,以CD19靶向的CAR-T细胞进行免疫治疗后,神经毒性伴随着与内皮激活相一致的发现。
       在患有HLH/MAS样综合征的CRS患者中,其他细胞因子如IL-18、IL8、IP10、MCP1、MIG和MIP1β也升高。已有报道这些细胞因子在经典HLH和MAS中升高,但为什么某些患者会发展为HLH/MAS而另一些则没有?可能的原因是一些患者可能具有遗传变异,使他们容易患HLH/MAS。另外,IL-6可能还通过诱导T细胞和NK细胞的细胞毒性活性异常而在CRS的环境中促进HLH/MAS的发展,这是HLH和MAS的标志。但是,与涉及家族性HLH的细胞毒性分子(perforin穿孔素,syntaxin突出融合蛋白)释放相关的遗传畸变的关联(PRF1、STX11、STXBP2和MUNC13-4)在最近的CAR-T细胞试验中未发现。
二、CRS的临床监管
       癌症免疫疗法毒性的管理是具有挑战性的临床问题。由于T细胞接合疗法是一个相对较新的研究,关于CRS的最优临床管理仍然存在许多未解决的问题。因此,有关CRS管理的建议仍在不断发展。对于CRS目前的治疗的算法是基于专家意见和代表先驱在T细胞接合免疫疗法领域的经验。美国国家癌症研究所(NCI)制定了使用最广泛的CRS严重性分级方案(图2)。

图2:CRS的机制以及分级
       尽管在接受BiTE或CAR-T细胞的患者中,CRS的临床表现和病理生理有许多共性,但也存在较大的差异。BiTE和CAR-T细胞之间最重要的区别在于,BiTE可以重复使用,而CAR-T细胞通常以有限的量生产,因此只能施用一次。因此,目前在接受这两种类型的T细胞接合疗法的患者中,预防和治疗CRS的方法存在很大差异。
       要有效地处理T细胞接合疗法的危重患者,需要血液学、肿瘤学、神经病学、放射学和重症监护等不同专业之间的密切合作。所有CRS患者都应考虑转入ICU,重症监护团队的早期介入至关重要。当经过适当的治疗,即使是严重的CRS,其预后也相对较好,因此应为CRS患者提供全方位的现代重症监护,必要时包括机械辅助呼吸。
       CRS的管理应遵循每个级别和风险适用的监管和治疗策略。发热是重要的临床体征,应该怀疑接受T细胞接合治疗患者接下来可能发生CRS。就CAR-T细胞疗法而言,发烧在CRS发作之前至少1天,平均在CRS发生前3天发生。因此,发烧的患者应经常重新评估CRS的体征,门诊患者应入院接受进一步观察。血清CRP被认为是确定CRS严重程度的有价值的生物标志物,但是就其本身而言,CRP似乎不足以可靠地预测CRS的发生或严重程度。因此,在发现更好的预测性生物标志物之前,临床医生应在使用T细胞接合疗法治疗的任何患者中保持高度警惕CRS的发展。
       低级的CRS可对症使用抗组胺药、退热药和液体治疗。应进行其他诊断检测以排除差异诊断。如果不能肯定地排除感染,应考虑开始经验性抗生素治疗。此外,应定期评估所有具有CRS早期迹象的患者是否有进一步恶化的迹象。
       严重的CRS代表着危及生命的情况,需要迅速而积极的治疗。使用BiTE blinatumomab的重点是预防严重CRS的发生。基于从blinatumomab的首次临床试验中获得的经验,已制定了预防方案,包括细胞减灭术、剂量调整和糖皮质激素的预用药,从而降低了严重CRS的发生率。
       BiTEs可以重复使用,且必要时可以中断使用,与BiTEs不同,CAR-T细胞疗法通常只给药一次,并且它们在体内扩增后的最终有效剂量是无法预测的。因此,到目前为止,CAR-T细胞疗法的主要目标是在严重CRS形成后有效治疗严重CRS,同时应尽量避免减轻抗肿瘤免疫反应。
       CAR-T细胞治疗后CRS患者血清中观察到IL-6升高的现象,使一些研究者考虑使用妥珠单抗(tocilizumab)治疗严重CRS。IL-6代表一种特别合适的靶标,因为IL-6对于T细胞功能相对不那么重要,但如之前提到的,IL-6是CRS许多症状的中心驱动。通过与膜结合以及可溶的IL-6受体结合,托珠单抗会干扰经典信号通路和反向信号通路。随后的研究证明使用针对IL-6的单克隆抗体siltuximab和其受体妥珠单抗可快速缓解CRS症状。在早期的临床试验中,托珠单抗在重症或危及生命的CRS患者中显示出69%的缓解率。因此,托珠单抗已迅速成为接受CAR-T细胞患者严重CRS初始治疗的金标准。2017年8月,与tisagenlecleucel并用,FDA批准了tocilizumab用于2岁或2岁以上患者的CRS治疗。静脉注射的推荐剂量为成人8mg/kg体重,小于30kg体重的患者为12mg/kg体重,每剂最大剂量为800mg,两次给药之间的间隔时间至少为8h。
       发生3级或4级CRS毒性的患者应立即接受托珠单抗治疗。通常,在首次应用托珠单抗后的数小时之内(最多2天),可以显著缓解CRS相关症状(例如发烧和低血压)。如果在24至72h内没有明显效果,则可以进行第二次给药。值得注意的是,在给予托珠单抗后,由于IL-6信号传导的阻断会导致CRP的迅速降低,因此CRP不能再用作CRS严重程度的指标。当前,在后期临床开发中还有其他几种靶向IL-6的单克隆抗体,也可能用于治疗CRS。siltuximab是一种嵌合体,结合人IL-6并阻止其与IL-6受体的膜结合形式和可溶性形式相互作用的IGκ单克隆抗体。Clazakizumab是另一种靶向IL-6的单克隆抗体。
       接受CAR-T细胞治疗的患者,一般应避免皮质类固醇作为CRS的一线治疗,但对于对IL-6阻滞难治的患者或具有严重神经毒性的患者应保留使用。由于托珠单抗不能穿越血脑屏障,因此在这种情况下似乎对CRES并非十分有效,并且认为皮质类固醇比IL-6靶向更有效。因此,当前的建议更倾向于使用皮质类固醇激素来治疗T细胞接合疗法的神经系统不良反应。直接针对IL-6从而将其从循环系统中消除的单克隆抗体可能对具有严重CRS和并发神经毒性的患者有利,因为tocilizumab不能穿越血脑屏障,因此无法抑制CNS中的IL-6信号传导。在HLH/MAS的患者中也应考虑使用皮质类固醇。如果接受T细胞接合免疫治疗的患者使用皮质类固醇激素,则治疗时间应保持尽可能短,以最大程度降低对免疫治疗效果的不利影响。
       在托珠单抗和糖皮质激素都无效的情况下,TNF-α信号阻断可能有效。然而,已经有报道对托珠单抗、依那西普和糖皮质激素无反应的一例sCRS病例。在这种情况下,其他免疫抑制剂,例如IL-6单克隆抗体siltuximab、消耗T细胞的抗体疗法(例如alemtuzumab和ATG)、基于IL-1R的抑制剂阿那白滞素(anakinra)或环磷酰胺可能是有益的。CRS的其他实验疗法包括依鲁替尼。此外,报道的在标准治疗无效的HLH治疗在sCRS中可能也有效。
       使用TOCILIZUMAB不会对T细胞接合疗法的药效产生不利影响。有趣的是,在一些研究甚至糖皮质激素对药效的影响也不大。然而,在一项对30名接受CD19-CAR-T细胞(CTL019)治疗的B-ALL患者的研究中,9名接受免疫抑制的患者中有2名最终复发,其中11名患者在2至24个月的随访中总体复发。同样,在另一项B-ALL研究中,高剂量类固醇在3例严重CRS病例中显著降低了CAR-T细胞的扩张,所有患者在靶向CD19的CAR-T细胞治疗后均经历了疾病复发。此外,较小一部分的研究暗示了糖皮质激素的给药对患者预后的负面影响:在3例患有慢性淋巴细胞性白血病的患者的病例报告中,唯一对CD19-CAR -T细胞疗法没有完全反应的患者接受了糖皮质激素治疗CRS。
       有多种预防措施可以降低免疫治疗后CRS的发生率。减轻CRS风险的一种方法是降低剂量。CAR-T细胞对肿瘤负荷和恶性肿瘤的剂量适应性显示可有效预防严重CRS,IV级CRS后降低剂量的blinatumumab重新给药是安全的。
       可以预见,随着我们在管理T细胞结合免疫疗法的副作用方面获得越来越多的经验,CRS的治疗算法将在未来发生变化。CRS的分级系统和治疗方案的不断努力极大地受益于CRS的有效治疗。
三、未来展望
       CRS是最常见的严重不良事件之一,是T细胞接合免疫治疗后发病的主要原因。通过研究CRS的生物学机制以及临床应用皮质类固醇和IL-6阻滞剂获得的见解已经改善了CRS患者的管理。但是,仍然存在许多未解决的问题,并且仍有改善CRS临床管理的空间。
       随着T细胞接合疗法的日益普及,迫切需要进行临床试验,以改善治疗CRS的证据基础。我们当前的CRS管理策略主要基于生物学推理,专家意见和回顾性分析。为了进一步提高CRS临床管理的安全性和有效性,需要评估CRS不同治疗策略的随机对照试验。
       此外,CRS未来管理的主要挑战将是为CRS的特定治疗干预措施确定其他靶标。鉴于内皮细胞在参与T细胞治疗后在CRS的病理生理学和神经毒性中具有明显的中心作用,关于内皮失调在CRS中的作用的进一步研究似乎特别有希望,并应提供有价值的见解,从而可能导致新的治疗方法。
       鉴定可靠地预测CRS发展的生物标志物可以进一步改善CRS的临床管理。我们将需要开发一些工具来指导治疗医师微调会干扰这些靶标的药理剂的使用,以改善CRS的不利影响,同时保持T细胞结合疗法的治疗活性。
       肯定有助提高T细胞结合免疫疗法安全性的另一项有希望的研究重点是化合物本身设计的优化。一些研究小组正在致力于设计具有高抗肿瘤活性但具有较低CRS风险的改良CAR结构。下一代CAR结构将使CAR-T细胞的活化条件或将包括允许受控CAR-T细胞的耗竭自杀开关。免疫疗法构建方面的此类改进将来可能会进一步降低严重的不良反应。
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参考文献:
Cytokine release syndrome Alexander Shimabukuro-Vornhagen, Philipp Gödel, Marion Subklewe, Hans Joachim Stemmler, Hans Anton Schlößer, Max Schlaak, Matthias Kochanek, Boris Böll, Michael S. von Bergwelt-Baildon J Immunother Cancer. 2018; 6: 56. Published online 2018 Jun 15. doi: 10.1186/s40425-018-0343-9PMCID:PMC6003181


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