从临床药理学和定量药理学角度，优化CAR-T和TCR-T细胞疗法开发的最佳实践和考虑因素-干细胞&免疫细胞&外泌体&再生医学领域垂直媒体细胞世界

过继性免疫细胞疗法(ACTs)是指收集患者(自体)或健康供体(同种异体)的免疫细胞(杀伤性T细胞)，经过基因工程改造后在体外大量扩增，并回输患者体内，消灭肿瘤细胞的疗法。ACTs包括工程化T细胞受体(TCR)治疗、嵌合抗原受体(CAR)T细胞治疗、自然杀伤细胞(NK)治疗和肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)治疗等。其中自体CAR-T疗法虽然在血液学恶性肿瘤的临床治疗中取得了积极疗效，但其仍存在诸如易复发、非靶向毒性、对实体瘤的疗效不佳、成本高和制造复杂等挑战。

为了应对这些挑战，大量研究致力于优化与改善自体和异基因治疗的CAR工程化和设计。除此之外，其他细胞疗法包括TCR-T或γδT细胞，先天细胞(包括NK细胞)和同种异体“现成”疗法也在快速研究中。由于存在包括独特的药代动力学(PK)特征、内在和外在的患者相关因素，以及异质性T细胞群导致的产品差异等特殊性，ACTs的剂量-暴露和暴露-反应(安全性和有效性)关系错综复杂。同时，缺乏相关的临床前模型是影响临床前到临床转化，设计首次人体试验(FIH)研究和剂量选择的主要障碍。

从临床药理学和定量药理学角度，优化CAR-T和TCR-T细胞疗法开发的最佳实践和考虑因素

为了解决ACTs面临的临床药理学相关挑战，国际药物开发创新与质量联盟(IQ)成立了一个工业界小组。该小组通过回顾现有数据中的临床药理学知识和CAR-T药代(PK)/药效学(PD)模型，分别讨论了FIH研究设计(如剂量选择)和TCR-T疗法的注意事项。这是首份关于CAR-T和TCR-T在临床药理学和定量药理学方面的工业界集体观点白皮书。

表征多相细胞动力学、剂量-暴露和暴露-反应关系，以及CAR-T细胞疗法的影响因素

细胞动力学表征

CAR-T细胞由于“活体药物”的性质，输注后会在体内扩增并表现出独特的PK(也称为细胞动力学(CKs))，通常包括分布、扩增、收缩和持续四个不同的阶段(图1)。在细胞治疗中，CK、暴露和扩增这些PK术语通常可以互换使用，并且可以通过非房室模型分析(NCA)或基于群体PK方法来表征。其中最大观测浓度(Cmax)、达峰时间(Tmax)和浓度-时间曲线下面积(如给药后0至28天(AUC0-28d))表征细胞的扩增；观察到可量化浓度的最后时间(Tlast)和终末半衰期(t1/2)为细胞持久性的参数，不过这两个参数应该谨慎解读，因为它们在很大程度上依赖于随访时间。

图1.CAR-T治疗的典型CK(浓度-时间)特征

疗效和安全性的剂量-暴露-反应关系

Cmax和AUC是通常用于暴露-反应分析的暴露指标。对于已批准的CAR-T疗法，通常没有明确的剂量-暴露关系。

（1）疗效的暴露-反应关系

与无应答者相比，应答者通常具有较高的扩增水平(Cmax和AUC0-28天)。在liso-cel治疗2L+LBCL(仅限非移植)，以及ide-cel治疗多发性骨髓瘤中，更高扩增与更长的无进展生存期(PFS)相关。同样，在tisa-cel治疗3L+FL中，更高扩增与应答者中更长的持续反应期(DOR)相关。不过，在某些情况下，例如3L+大B细胞淋巴瘤(LBCL)、3L+滤泡性淋巴瘤(FL)的tisa-cel，2L+LBCL的liso-cel中，两组之间没有明显的扩增差异。同时，在急性淋巴细胞白血病(ALL)和3L+LBCL的tisa-cel治疗的应答者中，观察到了更长的CAR-T持久性，不过这可能受到应答者与非应答者随访时间不同的影响，因此应该谨慎解读。总的来说，不同适应症或研究之间的差异，也可能是与无应答者数量较少(总客观缓解率(ORR)高)和/或相对样本量较小有关。

（2）安全性的暴露-反应关系

CAR-T细胞活化和后续细胞因子释放导致的细胞因子释放综合征 (CRS)是CAR-T治疗的主要目标安全性问题。此外，神经系统事件(NE) 是另一个常见的安全性问题，然而，其潜在机制尚不完全清楚。对于CRS和NE，已经广泛评估了暴露-反应关系，通常情况下，不同CAR-T疗法较高的扩增通常与较高的CRS和/或NE等级或发生率相关。未观察到发生这些安全性事件患者的Tmax存在明显差异。

（3）实体瘤适应症的剂量-暴露-反应关系

由于肿瘤组织中T细胞的活化和转运、肿瘤微环境的异质性和免疫抑制性以及潜在的靶外肿瘤毒性，不同于血液系统恶性肿瘤，实体瘤的细胞治疗更加复杂，目前还没有批准用于实体瘤治疗的细胞疗法。不过已经有一些剂量依赖性的药代动力学关系报道，并且在扩增更高的患者中趋向更好的疗效。

（4）影响剂量-暴露-反应关系的多重因素

细胞治疗的剂量-暴露-反应关系受到患者相关内在因素(如疾病负荷、靶标表达、免疫状况)、外在因素(如既往治疗、淋巴细胞耗竭或其他合并用药)以及产品相关因素(如T细胞表型)的影响(图2)。

虽然固定剂量和基于体重的剂量两种给药方式，在血液瘤或实体瘤中都有使用，但患者的人口学特征(如体重、年龄、性别和种族)对CK的影响似乎很小，具体来说，体重(BW)或体表面积(BSA)似乎不是影响CK动力学或疗效的显著协变量。而肿瘤负荷通常被认为是影响CAR-T疗法有效性、安全性或CK的关键基线特征。例如，liso-cel治疗3L+LBCL中，与低肿瘤负荷的患者相比，肿瘤负荷高的患者应答率较低，CRS和NE发生率较高，细胞扩增更高；在tisa-cel治疗弥漫性大B细胞淋巴瘤中，疾病负荷对安全性而不是CK有明显影响。肿瘤负荷的影响与高肿瘤负荷下的T细胞耗竭以及低肿瘤负荷时缺乏抗原刺激有关。

图2.影响细胞动力学和临床生物标志物或疗效和安全性终点的关键产品和患者相关特征

来自ZUMA-1研究的Axi-cel数据显示，低剂量或高剂量皮质类固醇的使用对CK或疗效没有负面影响，而且预防性和早期干预实际上导致了更低的累积皮质类固醇用量，以及更好的安全性；同时，已知淋巴细胞清除被认为可以通过消除稳态细胞因子和免疫抑制元件，来改善CAR-T的扩增、持久性、功能和疗效；

此外，CAR-T产品中的T细胞表型(例如T细胞的健康程度)可能对CK或疗效产生重大影响。例如，axi-cel的研究中发现，T细胞的健康状态(如较短的体外倍增时间和较高的CCR7+CD45RA组成)，与体内更高的扩增能力和更持久的反应相关；类似的，从患者获得的T细胞质量，取决于年龄、先前的治疗线数等。例如，化疗引起的早期谱系细胞减少与体外杀伤反应下降有关；CD4+和CD8+CAR-T细胞的比例组成与动物模型中更好的扩增和功效相关，不过，在6种已批准的CAR-T细胞疗法中，除了liso-cel外，其他产品并未明确定义CD4+:CD8+比例。

转化、剂量选择和FIH研究设计注意事项

临床前到临床的转化

由于物种间免疫系统差异、模拟肿瘤抗原的表达和内在特性、肿瘤微环境、疾病和患者个体的免疫差异等方面存在问题，同时CAR-T又具有其独特的结构设计，包括多个结构域(如结合区、共刺激和激活结构域等)和可变的表型，细胞治疗存在一系列在转化方面的挑战。

FDA的指南已经就相关的体外和体内模型提供相关建议，用于常规CAR-T细胞特性表征。例如，评估抗原依赖性CAR-T增殖、杀伤效力和细胞因子诱导的体外功能实验，能提供有关细胞产品活性的信息；小鼠体内模型可以阐明临床前环境中的作用机制，评估肿瘤外组织的毒性和靶标表达等。但由于物种差异，体内实验中人源化小鼠模型仍存在局限性。因此，建议将CK特征(例如抗原依赖性扩增和收缩)与药理学终点一起表征(例如在考察临床前小鼠的肿瘤杀伤动力学模型时)。

由于临床前模型与临床的相关性有限，以及CAR-T产品的活性特质，CAR-T的FIH起始剂量选择还未存在标准的方法。FDA指南建议借鉴既往临床研究中其它CAR-T产品的经验，来预测可接受风险的起始剂量(图3A)。IQ工作组通过探索文献发现，血液瘤和实体瘤中CAR-T治疗的FIH起始剂量大致相似(1×10^6个CAR-T细胞/kg)，TCR-T疗法的起始剂量通常高于CAR-T细胞疗法。由于CAR-T分布在实体瘤中的局限性，可能导致较低的E:T比率，实体瘤治疗获得最佳疗效所需的剂量可能会相对较高。

IQ工作组内部讨论了基于经验性方法确定CAR-T临床剂量，尝试以异速放大的方式从临床前模型中将按比例缩放到人体，例如，基于体表面积(BSA)的缩放方法将小鼠有效剂量转换为人体等效剂量(图3B)。

图3.直接来自临床文献(A)或临床前数据(B)的经验剂量转换示意图

另一种剂量转化的方法是基于利用对标CAR-T的结果(图4A)。通过临床前动物疗效模型，将对标CAR-T和研发CAR-T进行统计分析或经验建模得到”活性参数“。随后，利用对标CAR-T的临床剂量-安全性或剂量-有效性信息，为研发CAR-T推导出具有一定的临床活性的可耐受剂量。

随着新型靶向产品的试验不断涌现，建立一个多尺度、机制性的PK/PD模型来描述CAR-T扩增与肿瘤杀伤之间的相互作用，并基于合理假设的动物数据预测CAR-T在人类中的表现是十分必要的(图4B)。可以使用基于临床前体外和体内数据的一些关键模型参数(如CAR结合、CAR-T细胞扩增和肿瘤杀伤)，对临床数据进行解读或校准。

图4.直接从活性因子(A)进行经验剂量转换的示意图;PK/PD建模(B)方法预测car-T的首次人体起始剂量。

FIH研究设计注意事项

除起始剂量选择外，其他与FIH给药剂量相关的考虑因素包括：

（i）选择基于体重(BW)或BSA或固定的剂量；

（ii）剂量分次或基于疾病负荷的剂量；

（iii）单剂量与重复剂量；

（iv）剂量递增策略；

（v）淋巴细胞耗竭方案的选择。

根据公开的临床研究数据，采用固定剂量方法启动FIH试验是首选和推荐的策略，因为它可以简化生产过程并降低剂量错误的风险。尽管未发现BW和BSA是影响细胞扩增或疗效的显著协变量，但强烈建议在固定剂量的开发过程中评估BW或BSA，以进一步证明该策略的合理性。

对于CRS或神经毒性高风险患者，可采用剂量分次或基于肿瘤负荷给药的策略。高肿瘤负荷患者使用低剂量以减轻毒性，低肿瘤负荷患者使用高剂量以确保靶向和肿瘤清除。不过，剂量分次或基于肿瘤负荷的给药也可能会给临床操作带来挑战，或难以评估剂量-扩增或剂量-反应关系，以及限制患者选择。因此，建议通过对照研究来评价和优化基于风险的给药策略。

尽管许多患者在接受CAR-T细胞疗法的单次剂量后会出现复发，但重复给药的临床结果尚未完全明了。部分研究报道显示，第一次输注前优化清淋方案以及第二次输注时增加CAR-T剂量，与第二次输注后更长的CAR-T持久性以及更高的ORR和延长的PFS相关。但由于制造过程、给药前淋巴细胞清除要求、免疫原性等因素，重复给药可能在同种异体CAR-T治疗中更适用。

对于传统的肿瘤治疗方法，毒性和疗效均与剂量高度相关，而在细胞治疗中，剂量与疗效和安全性的关系并不总是线性的。对于细胞疗法，起始剂量通常已经处于有效剂量范围内，疗效可以与毒性一样迅速观察到。在剂量爬坡过程中，建立毒性和疗效概率区间(TEPI)是细胞治疗的最佳方法之一，因为它整合了安全性和有效性数据，以最大限度地提高患者的治疗效益。类似的，使用贝叶斯最优区间(BOIN)引导的剂量递增策略，可能比使用贝叶斯logistic回归模型(BLRMs)或3+3设计更为合适。

CAR-Ts发现和开发的建模和仿真策略

目前，已有多种建模和模拟方法(M&S)为CAR-T疗法的临床前和临床开发提供信息(图5)。例如，经典的房室模型可以描述细胞动力学(CK)的基本要素、根据半衰期的差异推断效应和记忆细胞亚群、以及评估和解释临床效应中的变异性和剂量-暴露-效应关系；基于生理的药代动力学(PBPK)或定量系统药理学(QSP)模型，可以预测T细胞在作用部位的分布或了解各种T细胞亚群与肿瘤的相互作用；半机制模型可以描述T细胞亚群的扩增和激活以优化表型组成、表征细胞因子释放动力学以了解CRS、优化清淋方案等。

从半机制到机制的CK/PD、以及QSP建模方法，可用于了解肿瘤CAR-T相互作用的机制，并了解不同变量(如结合亲和力、靶密度、CAR密度、肿瘤负荷等)的影响，有助于关联体外到体内的结果以及临床前到临床的转化，例如：

机制建模方法已经被用在B-cell ALL中，理解CAR-T细胞、白血病和B细胞动态对治疗结果的影响，包括患者的反应、副作用、复发以及相关的关键因素，或者用于表征在多发性骨髓瘤中BCMA靶向的CAR-T细胞和肿瘤动态变化；

Mueller-Schoell等在群体QSP模型中合并了不同的CAR-T细胞表型，以表征非霍奇金淋巴瘤患者中多相CAR-T细胞CK的特征，并研究了CAR-T产品表型组成对生存结果的影响。基于建模分析，作者提出了一个临床综合评分，即最大幼稚CAR-T细胞与基线肿瘤负荷归一化，可以作为患者生存结果的潜在预测因子。

针对CAR-T治疗的肿瘤外靶向毒性(尤其是实体瘤)，PBPK/PD建模方法可以帮助建立临床前CK/PD关系，并可能扩展到临床预测。Khot等在黑色素瘤异种移植小鼠模型中，研究了外周PK以及Cr-51标记的小鼠T细胞在各种组织中的分布，开发了一个完整PBPK模型来表征T细胞的分布数据。

图5.建模和模拟方法为CAR-T疗法的临床前和临床开发提供信息。

尽管近年来大量研究探索了各种定量CAR-T模型，但由于缺乏相关的临床前动物模型以及患者特异性和产品特异性因素，它们在实际药物开发中的实际效用仍然有限。目前的起始剂量选择策略仍是高度经验性的，机制建模虽然能更好地指导剂量选择，未来还需要进一步验证针对特定患者群体给药建议的机制建模方法，以及对CAR-T临床结果的先验预测。

CAR-T细胞疗法的独特免疫原性和生物分析挑战和考虑因素

与所有生物治疗品一样，CAR-T细胞也有可能在患者中引发免疫反应，细胞介导的免疫应答和ADA介导的补体激活，都有可能降低CAR-T细胞的扩增和持久性、影响安全性、或中和CAR结构域与肿瘤抗原结合的能力，例如：

CAR的独特设计结构包括胞外、跨膜、胞内、以及共刺激域，都与潜在的MHC I类和II类免疫反应相关；
嵌合受体的近膜表达，以及正常细胞更新产生的可溶性受体，也可能导致T细胞引发的体液/抗药物抗体(ADA)反应；
基因编辑过程中引入的基因编辑组分、基因组和病毒载体中的蛋白质，也可能激活先天免疫应答；
来自生产培养过程中的污染物以及输注过程中的聚集/团块细胞，也被认为可能激活早期免疫应答。

同时，适应性细胞介导的T细胞应答(CTL和效应性Th)通常在输注后大约3-6个月左右发生，其并不影响细胞的扩增和靶标结合的阶段，但可能具有长期的记忆成分，并对CAR-T细胞再次给药或连续治疗过程中的CK和疗效产生显著影响。需要注意的是，抗药物抗体(ADA)不太可能干扰基于qPCR的CAR-T药代动力学测定，但有可能干扰基于流式细胞术的CK。

同时，目前在靶向CD19或BCMA的CAR-T细胞疗法中，并未观察到免疫原性影响疗效，因此，无需进行中和抗体评估；类似地，没有观察到CTL介导的杀伤作用，也排除了进行细胞介导的免疫原性的评估需要。不过，随着行业向下一代多结构域CAR、非B细胞靶标和实体瘤适应症的发展，监测免疫原性是非常重要的。

TCR-T细胞疗法的独特临床药理学考虑

尽管细胞治疗领域以CAR-T细胞疗法为主，但多种TCR-T细胞疗法也在积极研究中，并且TCR-T疗法可能潜在地克服CAR-T疗法目前的一些局限性，包括对靶抗原表面呈递的要求。TCR-T细胞和CAR-T细胞疗法具有相似的作用机制，包括靶向结合导致突触形成，并具有通过定向释放细胞溶解蛋白(例如穿孔素和颗粒酶)进行连环杀伤的能力。不过，在制定临床药理学策略时，TCR-T和CAR-T之间存在重要差异，主要原因如下：

首先，TCR-T疗法通常包含依赖内源性信号机制的天然或工程化TCR，在安全性上比CAR-T细胞更具有优势；同时，如果敲除了内源性TCR(例如，为了防止TCRα/β错误配对)，可能需要对输注产品中的其他T细胞亚群进行表征/监测(例如，同时具有内源性和转导TCR的细胞，或既没有转导又没有内源性TCR的细胞)；

其次，与血液恶性肿瘤相比，更高比例的TCR-T细胞疗法正在积极开发用于实体肿瘤，因此，对T细胞在作用部位的生物分布和活性的理解，可能在指导临床药理策略方面发挥更为关键的作用；

第三，TCR-T的细胞输注量通常更高，达到10亿级别(1×10^9-100×10^9)，这可能与TCR-T输注后扩增较低、生物分布限制以及肿瘤微环境差异有关。同时，评估了四项TCR-T研究显示，输注后TCR-T的暴露量随着剂量增加而呈明显上升的趋势，并且不受相关因素的影响(例如，淋巴清除、生产制造、IL-2合并给药、肿瘤类型等)；

第四，由于物种间的免疫系统差异，将TCR-T临床前研究数据转化为临床CK/PD更具挑战，由于需要MHC-I肽段呈递，同种小鼠模型无法复制人类TCR-MHC-I相互作用，除非进行人源化改造；

第五，TCR-T细胞疗法在亲和力和T细胞活性之间的关系方面，与CAR-T细胞存在不一致。单一TCR-肽段-MHC相互作用的亲和力较弱，通常需要四聚体或六聚体之后形成足够的结合亲和力，以进行可靠的测量；同时，准确测量细胞表面通过MHC表达的肽段，也可能非常具有挑战性。出于上述原因，通常使用功能亲和力(functional avidity)的指标——即在不同浓度的肽段表位下，T细胞的健康/活性，作为最大半数有效浓度，来进行体外到体内的转化。

总的来说，尽管TCR-T和CAR-T疗法有许多相似之处，但TCR-T的定量药理模型更加复杂，并且在转化TCR与肽MHC的相互作用方面也存在挑战。

总结

细胞疗法，如CAR-Ts和TCR-Ts，被认为是“活的生物药品”，因为它们经历了体内扩增，并表现出独特的多相细胞动力学特征。IQ工作组希望上述描述的CAR-T和TCR-T细胞疗法的临床药理学和药代动力学考虑因素以及最佳实践，将有助于加速这些潜在治愈性疗法对癌症患者的开发和可用性。

参考文献：

Mody H, Ogasawara K, Zhu X, et al. Best Practices and Considerations for Clinical Pharmacology and Pharmacometric Aspects for Optimal Development of CAR-T and TCR-T Cell Therapies: An Industry Perspective. Clin Pharmacol Ther. 2023;114(3):530-557.

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