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CAR-T行业研究报告

时间: 2018-01-04 09:02 来源:生物制药小编

一、肿瘤免疫治疗简介

肿瘤免疫治疗是指应用免疫学原理和方法,通过激发和增强机体抗肿瘤免疫应答,并应用免疫细胞和效应分子输注宿主体内,协同机体免疫系统杀伤肿瘤、抑制肿瘤生长,打破免疫耐受的治疗方法。由于其副作用小、治疗效果明显,正逐渐成为未来肿瘤治疗的发展方向,被称为继手术、放疗和化疗之后的第四大肿瘤治疗技术。


国外肿瘤免疫治疗产业以免疫治疗药物为主,而我国肿瘤免疫治疗产业主要包括三个部分,免疫细胞存储、肿瘤免疫治疗药物、细胞免疫疗法,其中以细胞免疫疗法为主。免疫治疗药物主要包括非特异性免疫刺激剂、肿瘤疫苗、免疫检验点单抗三类,细胞免疫疗法主要指过继细胞免疫治疗(ACT),主要以NK 细胞和T 细胞两类效应细胞为基础衍生出的各种治疗方法,包括NK、CIK、CTL、TCR-T、CAR-T 等。肿瘤的过继细胞免疫疗法(ACT),也可分为非特异性和特异性,前者包括NK、CIK 等,后者包括DC-CIK、CTL、TCR-T、CAR-T 等。特异性和靶向性的治疗是目前研究的重点和未来的发展方向。


▲细胞治疗分类


T淋巴细胞是肿瘤细胞的天敌,在肿瘤免疫应答中起主要作用,对肿瘤细胞有极强的杀伤作用。但是,使用内源性T 细胞进行肿瘤免疫治疗时,靶抗原需经过加工处理后才能和靶细胞表面的主要组织相容性复合物(main histocompatibility complex,MHC)作用,也即“MHC限制性”。然而,肿瘤免疫编辑的过程会使 MHC 在肿瘤细胞表面表达下降,破坏抗原加工过程,降低肽段免疫原性。这样长期形成的免疫逃逸机制,能使肿瘤细胞成功躲避T细胞攻击,肿瘤快速增殖。此外,人体内肿瘤特异性T细胞数量较少,并且由于大多数肿瘤细胞不断表达自体抗原,使得靶向这些抗原的T细胞通过免疫耐受机制被中和或移除,数量进一步减少。因此,包括细胞因子诱导的杀伤细胞在内的T细胞过继性免疫治疗虽然在部分肿瘤的治疗中取得了一定的效果,但在大多数肿瘤中疗效尚不能令人满意。

CAR-T,全称Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy,即嵌合抗原受体T细胞免疫疗法。通过将识别肿瘤相关抗原(tumor-associated antigen,TAA,是指一些肿瘤细胞表面糖蛋白或糖脂成分,它们在正常细胞上有微量表达,但在肿瘤细胞表达明显增高。)的 scFv和胞内信号域“免疫受体酪氨酸活化基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motifs, ITAM, 通常为CD3ζ 或FcεRIγ)”在体外进行基因重组,生成重组质粒,再在体外通过转染技术转染到患者的 T 细胞,使患者T细胞表达肿瘤抗原受体。转染后经过纯化和大规模扩增后的T细胞,也即CAR-T细胞,可以特异性地识别肿瘤相关抗原,使效应T细胞的靶向性、杀伤活性和持久性较常规应用的免疫细胞大幅提高,并可克服肿瘤局部免疫抑制微环境,从而打破宿主免疫耐受状态,杀灭肿瘤细胞。完整的CAR-T结构包括抗原结合区、跨膜链接区和胞内信号区三个部分。



▲CAR-T结构示意图

CAR-T技术的原理就是通过基因工程技术将胞外特异性肿瘤抗原识别区、铰链、跨膜区以及胞内信号传导域四部分拼接后,通过逆转录病毒或慢病毒载体、转座子或转座酶系统或直接转染到效应细胞,并使表达抗原特异性的效应细胞,经体外扩增达到治疗剂量后再过继输注给患者的一种细胞免疫治疗策略。CAR-T细胞又称嵌合抗原受体T细胞,通过基因工程的方法,将能够识别和结合特异性肿瘤抗原的单链抗体与T细胞内的信号分子进行融合,通过病毒载体或转座子系统等转染T细胞,使T细胞表面表达嵌合抗原受体,从而特异性识别和结合肿瘤细胞表面的抗原并裂解肿瘤细胞。


二、CAR-T技术优势

疗效更优。CAR-T 疗法具有多种传统药物不具备的优点。相较于化疗药物和靶向药物,CAR-T 的靶向性更强,并且可以通过技术修饰达到多靶向的目的。对于相同的靶点,CAR-T细胞均可进行特异性结合。由于 CAR-T 细胞中加入促进 T 细胞增殖与活化的基因序列,能保证 T细胞进入体内后还可以增殖,可以长期在体内存活,使患者具有长期的免疫功能。

技术属性强。从上文所述的四代CAR-T 技术演进可以看出,通过探索完美的 CAR 信号组合、调节适宜的 CAR 亲和性、增加人工基因调控开关、产生合理的细胞因子分泌、诱导T 细胞特异性归巢等技术手段,能够不断改进 CAR-T 疗效,提高其特异性,同时抑制副反应。技术属性强的另一个表现是可复制性强。现在 CAR-T 疗法的原理已经基本探明,研发中常用的基因工程和细胞扩增-回输等手段也已经是常规技术,因此,CAR-T 技术的可复制性较强。对于新药研发刚刚起步的中国,存在弯道超车的可能性。

相对轻资产。与资金需求密集、研发底蕴深厚的传统新药研发不同,CAR-T疗法研发对二者的需求相对较小。从纳斯达克上市的CAR-T相关企业可知,一家小型生物医药企业,只需要有一种特定的 CAR-T技术即可迅速进行融资和临床试验。

临床审批快。由于CAR-T是一类全新的治疗手段,而且目前都是针对晚期恶性肿瘤患者,因此相应的临床试验中也不存在对照组的说法,因为没有参照物。这也使得 CAR-T 的临床审批天然具有相比于传统的小分子和大分子药物更快速的特点。

三、CAR-T技术难题

实体瘤效果较差。最成功的 CD19-CAR-T,其治疗慢性淋巴性白血病的效果低于急性淋巴性,实体肿瘤的效果则差的更多。这是由于在实体肿瘤在慢性发展过程中,能够在体内构成一个微环境(TME, Tumor Microenvironment)。里面有浸润性的调节性 T 细胞(Treg 细胞)、肿瘤相关巨噬细胞、PD-1高表达以及抑制性细胞因子(比如白介素10、TGFb),从而将肿瘤保护得非常严密。静脉回输 CAR-T细胞后,T细胞很难归巢到肿瘤位置,因此治疗效果较差。第四代CAR-T技术中,会整合表达一个白介素12 因子(L12)的基因。白介素12是很重要的因子,但不能直接给药,会产生严重反应。但在CAR-T上,让白介素 12 在靶向位置局部表达,可以改善免疫治疗的微环境。把附近的 NK 细胞召唤过来激活,并把浸润的T 细胞功能唤醒,协助 CAR-T细胞杀灭肿瘤细胞。另外,实体肿瘤里面有靶点阴性的细胞,因此把靶点阳性的细胞杀完,阴性的也会长起来。而把浸润的T细胞唤醒,可以杀灭靶点阴性的肿瘤细胞。

个性化的标准化。CAR-T 作为一种个性化治疗,需要对每个病人进行特定的治疗,因此也造成治疗价格过高和疗效不确定性。尤其是疗效的不确定性,可能在某些患者身上能够发生奇迹,而在另一些患者身上却毫无反应。因此,如何将CAR-T治疗流程标准化是未来这种疗法是否能够进入临床造福患者的首要任务。由于来自不同的病人,每批 T 细胞的质量可能参差不齐,其他科学和生产变量(嵌入外来 DNA 所用的载体、生长细胞的技术、以及它们如何运输等等)均会使结果难以预料。例如在回输 T 细胞前,需要对病人进行预处理。如果不预处理的话,免疫系统里面充满免疫细胞,T 细胞无法进入免疫系统。预处理的目的是使得免疫系统留出一些空间,然后让 T 细胞能在里面扩增。目前通常的做法是在 CAR-T 回输之前做小剂量的化疗预处理,然后再进行回输,CAR-T 就会扩增的较好。类似的技术性的问题还有很多,因此如何将整个治疗流程标准化,仍然需要大量的临床研究探索。传统药物是由药企成批制造,由医院或者药店供应给患者,整个过程中的生产和使用都是标准化的,虽然在临床使用阶段药品的用量和用法由医生针对患者的病情灵活使用,但基本差异不大。而 CAR-T的供应链则完全不同。第一步细胞提取,医生就需要确定什么时候提取的细胞活性更好,但同时又必须考虑到病情已经到达晚期,每拖延一天就会耽误治疗时间。后续的基因工程修饰、扩增、回输、回输阶段的预处理、搭配使用的药物、药物使用时机以及实时监控等等步骤,都需要考虑到每位患者实际情况。当然这也带来了另一个问题:治疗价格昂贵。

治疗价格昂贵。CAR-T 疗法价格昂贵的首要原因在于前期巨额的研发成本——这也是所有创新药价格昂贵的共因;另一个重要原因则是 CAR-T 的个性化因素。CAR-T 细胞制备时间较长,过程个性化、定制化,无法实现规模化供应。普遍预计,CAR-T 疗法在美国的价格可能达到 20-30 万美金/人,这还是针对诺华这样的巨头公司,可以通过规模化降低一部分成本。对于小型生物医药公司,单价甚至能够达到 45 万美金。一个可能的解决方式是使用异体 CAR-T 细胞治疗,从而将自体CAR-T 细胞“提取-修饰-回输”的供应链转变为传统药物的现货(Off- the-shelf)供应链。2015 年 11 月 6 日,Cellectis 的现货异体 CAR-T向前迈出重要一步。一位只有 11 个月大的女婴因为难治性白血病(fatal,refractory leukemia)在使用该公司 UCART19 两个月后获得完全缓解。当天Cellectis 股价上涨超过 20%。尽管是个案并且观察时间较短,未来还需要进一步观察,但不管怎样,异体 CAR-T是一条非常值得探索的途径。如果异体 CAR-T 最终可行,单例治疗价格可能下降到 5-10 万美金。

CAR-T 和 TCR-T 疗法任重道远,技术层面和产业化层面两大战场都必须解决,方能让这样的神坛技术真正惠及众生。技术层面,重点是靶点寻找、抗体研发、CAR 分子结构优化、CAR-T 细胞体内活性维持与增殖;而产业化层面,异体 CAR-T 技术、细胞制备自动化技术、冷链运输技术是解决产业化的三大法宝。

四、CAR-T细胞治疗的市场空间巨大

免疫系统是人体自身的医生,而肿瘤免疫治疗被认为是唯一有可能彻底治愈癌症的方法,目前肿瘤免疫治疗多数被用于晚期肿瘤患者,但将来可能会像化疗一样,成为癌症治疗的一线方法。预计到2025年有100-150亿美元的市场只是个开始,未来10年60%的癌症病人将采用免疫治疗,在美国达350亿美元。就国内而言,专家估计三年内将达到几百亿的市场规模。国内能够开展肿瘤免疫治疗的医疗机构及潜在对象包括:1)已经开展业务的500多家三甲医院,现有技术和管理不成熟,新技术替代可能性较大;2)尚未开展细胞治疗的500 多家三甲医院,其中大部分可以推广;3)有条件的三乙、二甲等医疗机构;4)体检中心及高端会所,不属于医疗行为的亚健康人群保健,利润空间更大。

美国预计 2016 年肿瘤新发病例 168.5 万例,死亡病例 59.6 万例。据报道美国 CAR-T细胞治疗费用为 30-50 万美元/人,治疗过程 14 天,国外机构预测CAR-T 细胞治疗市场空间超过 1000 亿美元。考虑到CAR-T 和 TCR-T 细胞治疗在未来实体肿瘤治疗可能取得的突破,将打开更加巨大的市场空间。中国人口之众使得国人的数据对全球癌症防控意义重大,几乎 22%的全球新发癌症病例出现在中国,27%的癌症死亡病例在中国。国内以 30 万人民币费用,每年 429.2 万新增肿瘤患者 10%的治疗比例估算,中国 CAR-T 和 TCR-T治疗的潜在市场超过 1000 亿元。2015 年 10 月 9 日,国家癌症中心主任陈万青带领团队在国际著名癌症专业期刊《癌症通讯》(Cancer Letters)上首次发布了我国居民癌症统计数据。结果显示,我国 5 年内诊断为癌症且仍存活的病例数约为 749 万,总体 5 年癌症患病率为556/10 万。以 30 万人民币费用,10%的治疗比例估算,中国 CAR-T 和 TCR-T治疗的潜在市场超过 2000 亿元。

中国每年新增血液肿瘤患者8万人左右,按 30 万元计算市场总量达到240亿元,即使治疗比例仅10%也达到24亿元。另外,我国5年内诊断为癌症且仍存活的白血病患者人数为11.73万人、淋巴癌患者人数为15.76万人。考虑到CAR-T对血液瘤的突出疗效,按国内每人30万人民币的治疗费用,10%治疗比例计算,CAR-T疗法在这两大血液瘤的潜在市场规模就超过了80亿元。

五、CAR-T政策标准化逐渐开始

美国将医学干预药物分为三大类:小分子药物、大分子药物和细胞药物(以细胞做基础的治疗性分子,即细胞治疗),也就是说,美国把细胞治疗看作是与小分子药物、大分子药物鼎立的治疗手段,但是细胞药物是一种“活的”成分,它的监管模式、推广和传统药物不同,监管较为困难,导致形成了一种“技术领先、监管落后”的局面。无论欧美还是中国,一方面希望能够进行免疫细胞的研究,一方面又对细胞疗法的临床以及上市持有相对谨慎的态度。这种“既鼓励又严管”的态度从干细胞药物研发的政策上也可见一斑。

美国按照药品监管,以 CAR-T、TCR-T 为主流。1997 年 FDA在《对人体细胞及组织产品的管理建议》中明确免疫细胞疗法正式作为“人体细胞及组织产品”被纳入美国药品法规,接受FDA 的监管。2005 年又正式颁布了《人体细胞及组织产品的管理规定》,高风险类的细胞产品需要向 FDA 申请生物制品或新药的上市前评估和许可,进行新药临床试验和生物制品或新药申请。新药上市前三期临床试验的巨大投入门槛使得研发机构都将研发和临床研究力量集中在效果最具优势的技术上,比如 CAR-T 和 TCR-T。从文献报道和临床试验注册数量上看,CIK 等治疗效果较为有限的技术在美国已经很少展开了。

由于 CIK、DC-CIK 等技术具有在细胞获取、培养增殖较为简单,项目易于开展等优势,在我国已处于事实临床状况,有超过 500 家医疗机构开展了相关技术服务,将其作为肿瘤综合治疗的辅助手段,帮助患者延长生存时间、提升生活质量。CIK、DC-CIK 在大部分省份进入了收费目录,在有的省份进入了医保目录,其设施和条件对细胞免疫治疗具有基础性,而且技术已被普遍掌握,重新进入新药申报通道的意义和可能性很小。

CAR-T 技术在我国正处于高速发展的初始阶段,目前仅能以临床试验的形式开展,未进入到收费目录,未来也不排除像美国一样采取新药申报的形式。根据 clinicaltrials.gov 网站上注册的临床试验统计,我国已有 23 项临床试验进行了注册登记,在数量上仅次于美国的 80 项,位居全球第二。尤其是 2015 年,我国 CAR-T 临床试验注册激增,尤其是实体瘤靶点临床试验的增加,体现了我国在 CAR-T技术研发上的加速发展。

细胞治疗虽然是一种临床应用技术,但其产品更偏向于药品,临床使用安全性风险较大,尽管治疗方法在不断的迭代改进,优劣势各有不同,但如果要达到相对较好的治疗效果,如果没有严格的GMP 管理(包括GMP 车间、管理体系、全过程质控、全员质量管理等),就无法保证安全性。目前在各种肿瘤免疫治疗中,除了CAR-T、TCR-T 细胞疗法、PD-1/PD-L1免疫检验点单抗等技术门槛相对较高,其他技术门槛相对较低,如果严格按照高标准去做,多少都是能起到改善生存质量的效果,甚至有的可以延长生存期。关于具体的质控指标,国家没有统一标准,都是企业标准,每个实验室每个产品都不同,业界较为推崇的主要是4个指标以及其较高标准为:1、细胞纯度,达到90%-95%;2、细胞活力,达到90%以上;3、肿瘤杀伤力,体外肿瘤细胞株共培养的杀伤率达到80%以上,体内鉴于微环境的差异会不同;4、细胞数量,达到1*10E9。

六、CAR-T 技术研发格局

在 CAR-T 疗法的开发上,美国遥遥领先,中国紧随其后,欧洲和日本大幅落后。截止2016年底,正在开展的 CAR-T临床试验共 87 项,美国 54 项,中国 23 项,欧洲 8 项,日本和澳大利亚各 1 项。美国是全球最早开启 CAR-T 临床实验的国家,早在 2010 年以前,美国就已经开展 CAR-T 的临床实验,并且那时全球 CAR-T 临床实验主要集中在美国。2013 年,中国解放军总医院(301 医院)开始注册 CAR-T 的临床。经过两年的努力,2015 年 11 月,中国本年注册 CAR-T 临床数目已经超过美国,占全球新注册的 CAR-T 临床总数的 50%。

中国已经成为全球第二大开展 CAR-T 临床研究的国家。然而关于中国的 CAR-T 研究,在火热的背后我们应警惕一些问题的出现。不能否认,中国的科研土壤并不那么“纯粹”,目前如此大规模的开展 CAR-T项目,最大的问题是如何保证研究的质量。有关部门应当做好监督作用,杜绝一些并没有 CAR-T 研究实力而盲目跟风的科研机构和医院。此外,中国的 CAR-T 研究一定要做好有价值的专利申请,并且积极参与国际 CAR-T 标准的制定。不然 CAR-T 技术再好,在今后的商业应用方面永远受制于人。诺华、Juno 和 Kite 在 CAR-T 疗法的开发上处于领先地位,CAR-T 技术各具特色,并且已在多项临床试验中率先获得了大量的数据,引领着 CAR-T的潮流。另外还有多家小型生物医药公司也分别在各自的领域取得了一定突破,比如 Cellectis(使用异体 T 细胞)、CBMG 等。

尽管国内部分 CAR-T 技术还相对落后,研发也较为粗放,但研发广度和深度均处于世界前列。目前国内 CAR-T研究较为领先的机构及团队包括解放军 301 医院韩为东教授(9 项)、西南医院钱程教授(2 项)、博生吉医药科技有限公司杨林教授(2 项)、仁济医院李宗海教授(2 项)等。目前,全球的科研人员更倾向于 CAR-T 在血液瘤(白血病)方面的治疗研究,当然这一现状的主要原因,还是由于CAR-T 在治疗实体瘤方面存在的明显弱势。在现有的 CAR-T 临床实验中,最常见的靶点仍然是 CD19,全球共有59 项临床实验选择CD19 作为靶点,这与 CAR-T 临床偏好血液肿瘤的情况一致。其余研究较多的靶点有 Her2(7 项)、 GD2(7 项)、CEA(6 项)、mesothelin(5 项)。细胞免疫治疗将是生物医药行业的发展重点,但是目前,CAR-T 细胞治疗技术还处于 1.0 的阶段,未来还有很大的发展空间。



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