CAR-T治疗原发性骨癌的机遇与挑战

原发性骨癌相对稀少，在儿童和少年癌症患者中占比大约3%。其中以骨肉瘤和Ewing肉瘤较为常见。骨肉瘤每年患病率为百万分之4.8，大家一致认为其起源于间充质干细胞。大多数骨肉瘤与机体零星突变有关，尽管TP53\RB1\REQL4在繁殖突变中非常常见。大多数骨肉瘤患者染色体高度不稳定，这不仅与早期放射有关。骨肉瘤通过新的佐剂局部化疗，外科手术切除并且术后化疗可使5年生存率提高到60-70%。但骨肉瘤转移后生存率下降至不足20%。将近20%病人在确诊时已发现转移，其中90%转移入肺。尽管诸如Ezrin、Notch和HER2等分子靶点一直进行着研究，当前针对骨肉瘤却没有什么靶点进展。

Ewing肉瘤是仅次于骨肉瘤的第二大原发性骨癌，也可起源于软骨组织。Ewing肉瘤以病理性染色体异位为特征，形成融合致癌基因，属于肉瘤类。Ewing肉瘤染色体异位发生在22号染色体EWSR1基因，与ETS家族转录因子成员融合。经过多手段治疗（手术、放化疗），原发性Ewing肉瘤的5年生存率是60-70%，转移或复发情况下5年生存率降低至30%。是否发生转移是诊断Ewing肉瘤的最重要指标，大约25%的就诊病人已发生转移。种系和肿瘤测序表明EWS-FLI/ERG融合基因在Ewing肉瘤中是唯一的基因改变，如此使靶位治疗变得困难。尽管如此，仍在进行着通过使用小分子抑制物YK-4-279靶向EWS-ERG融合蛋白的努力。胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)途径在Ewing肉瘤中发生紊乱，被作为潜在治疗靶点进行研究。

软骨瘤是一类发展迟缓的原发性骨癌，其特征为软骨细胞的癌变。骨肉瘤和Ewing肉瘤在儿童和青少年多发，软骨瘤在成年人多发。多数软骨瘤（80-90%）风险等级较低，当发生明显转移时，10%变为高危，生存率很低。软骨瘤主要治疗方法是手术切除，放化疗对于生存率提高没有任何效果。原发性软骨瘤原位始发，而继发性软骨瘤起源于已存在的良性软骨瘤，如软骨瘤或骨软骨瘤。已经报道了软骨瘤罕见变体，包括去分化、间充质和透明细胞软骨瘤。已经报道了各种亚型特异性遗传改变，包括IDH1 / 2突变，COL2A1突变和hedgehog信号通路失调。

尽管科学家仍在努力寻找用于治疗原发性骨恶性肿瘤的药物分子靶标，但在不久的将来似乎没有人能够改变该肿瘤的治疗模式。免疫疗法为癌症治疗提供了一种替代方法，引起了科学家很大的兴趣。值得注意的是，癌症免疫治疗的第一个案例就关系到骨肉瘤，这可以追溯到100多年前。William B. Coley（1862-1936）是纽约纪念医院的外科医生，他将细菌或细菌产物（Coley毒素）注射入癌症患者体内，用以刺激免疫反应，尤其在骨肉瘤中，收效明显。尽管该方法没有得到继续使用，但癌症免疫治疗的最新进展表明该工作的基本前提是正确。为此，Coley博士被誉为“癌症免疫疗法之父”。除人类病例外，还有报道犬骨肉瘤术后感染对机体生存有积极影响。尽管有证据表明免疫反应对控制肉瘤发展有积极作用，但无论在临床前还是临床研究中，针对肉瘤的免疫治疗明显落后于其他类型的癌症。

免疫系统可以检测到肿瘤并与其发生反应，但癌症（恶性肿瘤）可以阻断这种免疫反应。肿瘤免疫反应起始于树突状细胞处理肿瘤相关蛋白，用以激活淋巴结T细胞反应，而后抗肿瘤T细胞作用于肿瘤发挥溶瘤作用。肿瘤可以阻断其中的一或多个步骤来阻碍免疫反应。抗肿瘤T细胞在高突变肿瘤中天然产生，但通过各种免疫检查点在肿瘤微环境中他们是失活的。在这种背景下，使用如抗PD1/PDL1和抗CTLA4免疫检查点阻断剂可以达到惊人的治疗反应。然而，诸如大多数原发性骨癌等低突变肿瘤，很少自发产生抗肿瘤T细胞。免疫检查点阻断剂在这些肿瘤中可能不那么有效，这一观点在最近一些肉瘤实验中对免疫检查点阻断剂的低反应而得到证实。通过基因工程方法改造T细胞，使其可识别非突变的肿瘤相关抗原，通过过继细胞疗法治疗这些肿瘤是极具吸引力的替代方案。

T细胞（T淋巴细胞）可以通过由α和β链组成的T细胞受体（TCR）识别抗原。αβ异二聚体进一步与其他蛋白质结合形成多亚基跨膜复合物，其将抗原识别与下游信号传导联系起来。然而，仅当靶细胞抗原以主要组织相容性复合物（MHC）形式呈现为8-11个氨基酸的肽片段时，αβ-TCR才能识别并与该抗原反应。CD8 T细胞识别MHC I类（由所有有核细胞表达）呈递的抗原，而CD4 T细胞识别MHC II类呈递的抗原（由专门的抗原呈递细胞表达）。肿瘤杀伤性T细胞通常是细胞毒性（或杀伤性）CD8T细胞，其识别肿瘤细胞表面上由MHC I类呈递的肿瘤相关抗原。癌症中的过继性T细胞疗法基于将肿瘤特异性自体T细胞输注到患者体内。过继转移的T细胞是活的药物，并且可以在体内显著扩增并形成记忆T细胞，其可以在人体中存续数十年。过继性T细胞免疫治疗的早期尝试基于从患者肿瘤（肿瘤浸润淋巴细胞或TIL）中分离天然存在的肿瘤反应性T细胞，离体扩增它们，并将它们回输患者体内。然而，许多肿瘤不会含有抗肿瘤T细胞，或者它们可能非常罕见。因此，通过基因工程赋予T细胞抗肿瘤特性是一种更有效的方法。

图1：TCR复合体和CAR的示意图

（A）主要组织相容性分子（MHC）上的抗原（Ag）与由αβ异二聚体组成的TCR结合。TCR与CD3结合形成TCR-CD3多亚基信号复合物。CD3复合物由γ，δ，ϵ和δ成分组成，包含酪氨酸活化基序（ITAM）。TCR与MHC肽复合物的结合会启动信号传导级联，涉及其他辅助蛋白的募集和激活，最终导至基因表达变化。 （B）三代CAR构建体。细胞内结构域（ICD）由包含ITAM的CD3δ链组成。在第二代和第三代CAR中分别添加一个或两个共刺激分子（CS）。CS1可以衍生自CD27，CD28，OX-40或4-1BB。第三代CAR中的其他共刺激分子（CS2）可以源自OX-40或4-1BB。避免使用同一CS串联，以使CS1和CS2在第三代CAR中是不同的。 （C）CAR-T细胞的遗传修饰可以增强CAR-T细胞在肿瘤细胞中的运输，持久性和活性。实例包括表达CCR2受体以增加肿瘤归巢和表达白介素12以增强杀肿瘤活性。

目前有两种人工设计抗肿瘤特异性T细胞的方法。“转基因TCR”（tgTCR）方法基于在T细胞中强制表达具有对抗原-MHC-1复合物具有确定特异性的“合成”TCR。该方法的优点是能够靶向肿瘤表达的任何蛋白质（胞核，胞质或胞膜）。另一方面，主要障碍是MHC的高度多态性和基于相关MHC-I分子和靶抗原的共表达来选择患者的要求。当抗原由一种MHC等位基因呈递被TCR识别后，该TCR不会识别被另一种MHC等位基因呈递的该抗原，因此限制tgTCR只能对表达特定MHC等位基因的少数患者有效。该方法的其他重要问题包括合成αβ链与内源αβ的错配和合成tgTCR的不一致表达。虽然超出了本综述的范围，但仍有一些策略可以解决这些限制。最近tgTCR方法在滑膜肉瘤（靶向NY-ESO-1）和黑色素瘤（靶向NY-ESO-1，MART-1和gp-100）方面取得的成功已经证明这是过继性T细胞治疗的可行策略。实际上，最近使用与SLLMWITQC / HLA-A * 02复合物反应的新型tgTCR c259靶向NY-ESO-1抗原的临床试验显示，在患有复发/转移性滑膜肉瘤的年轻成人中ORR为50％。使用tgTCR的临床试验的最新列表可以在别处找到。

在T细胞中设计抗肿瘤特异性的第二种方法是本综述的重点，它将抗体的抗原识别特性与T细胞激活功能相结合，因此被称为“嵌合抗原受体T细胞”或“CAR- T细胞”。与TCR不同，CAR不需要MHC并且可以直接识别和结合在细胞表面上表达的靶分子。然而，它只能检测细胞表面上表达的蛋白质。我们将在下面讨论该技术的细节，即优势和劣势。

CAR分子为合成融合蛋白，由外部抗原识别区、铰链区、跨膜区和内部信号区组成。通过血液分离得到病人T细胞，一般采用病毒载体将CAR基因插入T细胞基因组中。将CAR-T细胞在体外进行扩增而后回输入病人体内。细胞外抗原识别结构域通常是针对目标抗原的单链可变片段（scFv），尽管也可以使用与目标蛋白质结合的配体或肽。scFv的可变部分由免疫球蛋白的重链和轻链组成，并通过柔性接头连接。尽管scFv通常来自小鼠或人源化单克隆抗体，但也可以使用噬菌体展示文库进行合成和筛选。理想的抗原识别结构域应对靶抗原具有高亲和力和特异性，并显示低免疫原性。选择合适的靶抗原至关重要，理想情况下，应选择一种蛋白质，该蛋白质应（1）位于质膜上；（2）在癌细胞上高水平表达，以确保具有靶向作用；（3）在正常组织上最低表达降低靶点上的非肿瘤毒性；（4）对于癌细胞着实有效而避免抗药性。目前使用的抗原靶标分为两种类型：（1）仅在癌细胞中表达的突变蛋白类肿瘤特异性抗原；（2）在癌细胞中高表达或仅在癌细胞中表达的非突变蛋白类肿瘤相关抗原。在这种情况下，CD19是在患有各种血液系统恶性肿瘤的患者的恶性B细胞以及正常B细胞上表达的一种非突变的细胞表面蛋白。Tisagenlecleucel（Kymriah®，Novartis）是一种CD19定向基因修饰的自体CAR-T细胞免疫疗法，于2017年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于治疗患B细胞前体急性淋巴细胞白血病，且属难治性或二次以及更晚期复发的不超过25岁的患者。此外，FDA批准了两种针对CD19的CAR-T细胞免疫疗法产品，包括2017年的Axicabtagene ciloleucel（YescartaTM，Kite Pharma）以及Tisagenlecleucel（Kymriah，Novartis），用于治疗复发或难治性弥漫性大B细胞淋巴瘤，已经过两种或多种全身治疗的成年人。在DLBCL中，已报告的缓解率为64-86％，其中持久性完全缓解为40-50％，而在B细胞ALL中，成人缓解率为83-93％，儿童为68-90％。统计数据证实了CAR-T细胞免疫疗法在癌症治疗中的能力和前景。

铰链区将识别抗原的胞外域与CAR的跨膜部分相连接，并且通常衍生自CD8α，CD28或IgG的Fc段。铰链的长度和组成根据抗原靶标的不同将影响CAR-T细胞的功能和运输。同样，跨膜结构域的组成将影响CAR在T细胞表面的稳定性及其效应因子的释放能力。因此，铰链和跨膜结构域不仅仅是将抗原识别结构域连接到细胞内信号传导结构域的系链。但是，关于最佳设计的一般原则尚未得出，目前必须对设计变量进行经验检验。

与天然T细胞非常相似，CAR-T细胞的最佳杀肿瘤活性需要：（1）抗原识别（2）共刺激信号（3）适当的细胞因子环境。多年来， CAR结构胞内信号域（ICD）经过多次完善，可以最好地整合这些原理。第一代CAR使用CD3δ作为ICD，而第二代和第三代CAR分别具有一个或两个额外的共刺激域。共刺激结构域通常来自CD28，CD27、4-1BB，ICOS或OX40。与CAR胞外域结合的抗原导至CD3δICD磷酸化和激活，从而激活CAR-T细胞。第二代和第三代CAR中的其他共刺激分子进一步调节下游信号传导，以优化CAR-T细胞的功能，扩增和体内持久性。实际上，由于第一代CAR在体内的持久性有限，因此已很少使用。大多数方法都使用第二代和以后的CAR构造。确定最佳CAR设计参数是一个快速发展的研究领域。更多的努力还在探索如何通过其他基因改造，可以提高CAR-T细胞向实体瘤的运输，提高其对肿瘤细胞的活性，增加体内持久性，并降低其对非肿瘤细胞的毒性。我们将在本文的后续部分中进一步讨论这些方面。

除了CAR结构的设计，体外扩增CAR-T细胞的方法以及CAR-T回输病人前的准备也会对CAR-T细胞的体内持久性和效力造成影响。当前体外扩增采用延迟T细胞分化并诱导干细胞样特性方法。例如，已证明体外扩增阶段添加IL-7，IL-15或IL-21有利于增强体内持久性。目前，大多数方案都包括在CAR-T回输前进行化疗以清除淋巴细胞。淋巴细胞清除后可以为转移的T细胞（CAR-T，tgTCR或TIL）提供良好的免疫环境，有利于其在体内扩增，存活和发挥活性。具体机制尚不清楚，可能与减少了参与T细胞扩增所需的细胞因子竞争以及清除了调节性T细胞和其他抑制性免疫细胞有关。CAR-T细胞疗法依然是一种新的治疗方法，该技术仍在发展完善，各步骤的最佳参数仍需摸索。

由于原发性骨肿瘤通常表现出较低的突变，并很少出现天然抗肿瘤T细胞，因此通过接种疫苗或过继性T细胞转移（tgTCR或CAR-T）方法比ICB可更有效诱导新T细胞反应。在这里，我们着重讨论CAR-T方法，由于针对CD19的CAR-T细胞在血液系统恶性肿瘤中获得成功应用，CAR-T方法近年来引起了人们的关注。为实体瘤找到合适的CAR靶点已证明比血液癌更具挑战性。此外，原发性骨恶性肿瘤相对较少，针对这些肿瘤发挥效果的CAR-T细胞在进行临床试验时会面临重大挑战。因此，更常见的方法是开发以在许多肿瘤类型中广泛表达的抗原为靶位的CAR-T细胞，并测试其是否也在骨肿瘤中表达。这类靶标的清单内容在不断增加，基于这些靶标的少数临床试验在下表讨论。

表皮生长因子受体家族

表皮生长因子受体家族由四个跨膜酪氨酸激酶组成：EGFR（ErbB1 / HER1），ErbB2 / HER2，ErbB3 / HER3和ErbB4 / HER4。HER2在该家族中是独特的，没有已知配体，但与其他家族成员形成异二聚体，以激活多个下游信号传导途径，包括MAPK，PI₃K / AKT，mTOR和STAT。自从二十多年前在扩增中发现HER2及其在乳腺癌中的作用，许多研究已经描述了HER2在多种癌症类型中的促肿瘤作用，从而导至了针对该途径的几种药物的开发。曲妥珠是（Herceptin®）靶向HER2的单克隆抗体，已被用于有效治疗HER2阳性乳腺癌，因此将HER2确立为癌症治疗中的正式靶标。在骨肿瘤中，HER2在OS中已证明过表达，但实验结果却并不理想。儿童肿瘤小组（COG）开展了曲妥珠单抗联合细胞毒性化疗治疗转移性OS的II期临床试验。结果显示在HER2 + OS中添加曲妥珠单抗无明显优势。尽管HER2功能对于OS可能是必不可少的，但它在肿瘤细胞表面表达使其成为潜在的CAR靶标。Ahmed及其同事使用克隆自FRP5和CD28δ信号域的抗原结合scFv研制出了靶向HER2的CAR-T细胞。体外实验中，当该CAR-T细胞与OS细胞接触时，这些CAR-T细胞扩增增强，效应细胞因子的产生和细胞溶解活性都得到提高。在异种移植的小鼠模型中CAR-T细胞疗法诱导了肿瘤的消退并提高了小鼠存活率。此外，这些CAR-T细胞在OS上表现出了对肿瘤起源细胞的活性，这些细胞在离体肌球形成试验中对化学疗法具有抗性。基于这些支持性的临床前发现，对19例复发/难治性HER2+肉瘤（16 OS，1 ES和2个其他肉瘤）患者进行了I / II期试验。患者接受了逐步增加剂量的上述CAR-T细胞，而没有淋巴结消减。输注的细胞至少在六周内可检测到，而未见毒性证据。17名可评估患者中有4名在12周至14个月内病情稳定。但是，没有任何放射学证据的客观证明。因此，尽管证明了安全性，这项研究的临床获益却非常有限，表明CAR结构的进一步优化或进行其他协同免疫调节也是非常需要的。Rosenberg研究小组还使用CD28、4-1BB和CD3δ信号元件以及源自曲妥珠单抗的scFv生成了靶向HER2的第三代CAR-T细胞。不幸的是，当回输入淋巴细胞清除后的HER2 +转移性结肠癌患者体内，产生了致命的呼吸衰竭。这归因于对表达低水平的HER2的肺上皮细胞的脱靶活性。两个靶向HER2的CAR-T细胞的不同结局可能是由于FRP5克隆对HER2的亲和力较低所致，亦或是在两种构建体中使用不同的细胞内信号传导域，或增加淋巴细胞清除步骤。该事件突出显示了治疗结果与CAR设计元素和靶抗原的识别息息相关。正在进行中的HER2 CAR-T细胞疗法（包含CD28 ICD）的I期临床试验，于2010年2月开始招募患有难治性HER2+肉瘤或转移性HER2+骨肉瘤并不具外科切除条件的儿童和成人。为患者分配以下治疗方案：HER2-CD28 CAR-T细胞和氟达拉滨或HER2-CD28 T细胞，氟达拉滨和环磷酰胺。主要结果指标是一次输注CAR-T细胞后具有剂量限制性毒性的患者人数。次要结果指标包括肿瘤大小变化和注射后CAR-T细胞的持久性。该试验的结果尚未定。表皮生长因子家族的另一个成员EGFR在OS中也过表达。考虑到EGFR信号转导在多种肿瘤中的重要性，一项使用靶向EGFR的第二代CAR-T细胞的I期临床试验（ 4-1BBδEGFR806-EGFRt）于2018年10月开始招募。该研究包括患有复发或难治性非中枢神经系统实体瘤的儿童和青年患者，同时也包括OS和ES。

双唾液酸神经节苷脂（GD2）

GD2是一种双唾液酸神经节苷脂，在许多肿瘤（包括肉瘤）中高表达，但在正常组织中的表达却非常有限。神经节苷脂是含有唾液酸的糖鞘脂，具有多种功能，包括信号转导和细胞粘附。在癌症方面，已证明GD2促进OS细胞的增殖和侵袭。鉴于GD2的表面定位和在癌细胞中的高水平，GD2成为了有吸引力的CAR靶标。Long及其同事使用带有CD28，OX40和CD3δICD的14g2a-scFv生成了第三代靶向GD2的CAR。作者证明了体外条件下，GD2 +肉瘤和神经母细胞瘤细胞系的有效裂解。值得注意的是，异种移植模型中的体内功效因免疫抑制性骨髓细胞的积累而受到损害。全反式视黄酸的治疗减少了这些抑制性髓样细胞，并改善了这些CAR-T细胞的抗肿瘤功效，突显了免疫抑制性TME在实体瘤中的重要性。目前，有一项基于14g2a-scFv的GD2靶向CAR-T细胞用于晚期骨肉瘤和神经母细胞瘤患者的I期临床试验。由于VZV可识别CAR-T细胞在体内表现出增强的持久性，尤其在受到VZV疫苗刺激后，将CAR结构放入识别水痘带状疱疹病毒（VZV）的T细胞中。该试验结果尚不明了。另一个第三代抗GD2 CAR I期临床试验在患有GD2 +实体瘤（骨肉瘤，其他肉瘤，神经母细胞瘤和黑色素瘤）的儿童和年轻人中正在进行，这些患者均为标准治疗无效或复发群体。该CAR设计融入了安全措施，即“自杀基因开关”，该自杀基因开关由caspase二聚结构域（ICD9）组成，该结构可以被小分子（AP1903）激活，从而诱导CAR-T细胞死亡，以防其产生过度毒性。招募从2014年2月开始，于2017年1月完成。首要结果指标是确定生产符合既定标准的抗GD2 CAR-T细胞的可行性并评估安全性。次要结果指标包括确定抗肿瘤作用，CAR-T细胞的持久性以及评估AP1903在清除CAR-T细胞方面的毒性和有效性。另一项I / II期临床试验也正在进行中，以测试靶向肉瘤相关表面抗原（包括GD2）的第四代CAR-T细胞的安全性和有效性。这些试验的结果尚未确定。

其他靶标

近年来，在体外和临床前动物模型中测试功效的骨肿瘤靶标越来越多，但大多数尚未在原发性骨癌的人类患者中进行测试。一种这样的靶标是白介素11受体（IL11Rα）的α亚基。该受体在多种肿瘤类型（包括OS）中表达，但在正常组织中表达受到限制。Huang和同事没有使用抗体衍生的scFv的标准方法，而是使用配体IL11作为IL11Rα靶向二代CAR-T细胞的抗原结合域。作者展示了OS异种移植模型中，四种OS细胞系体外的有效裂解以及肺转移的消退。Huang及其同事也已将1型胰岛素样生长因子受体（IGF1R）和酪氨酸激酶样孤儿受体1（ROR1）用作潜在的CAR-T靶标。两种分子均在肉瘤细胞系中高度表达，包括OS和ES。针对两个靶标产生的CAR-T细胞在体外细胞系中均显示出细胞毒性，并在临床前异种移植模型中降低了肿瘤的生长。因此，IGF1R和ROR1也可能是骨肿瘤的良好靶标。目前有一项针对ROR1的CAR-T细胞的I期临床试验正在进行，但不是针对骨肿瘤方面的研究，该结果将为未来尝试在骨肿瘤中使用它们提供信息。

尽管CAR-T细胞疗法在多种血液系统恶性肿瘤中取得了显著成功，但其在实体瘤中的应用仍然充满挑战。主要障碍包括合适靶抗原的确定和免疫抑制性肿瘤微环境。理想的CAR靶标应在肿瘤细胞表面高表达，而在正常组织中表达有限。由于癌细胞表达的蛋白质只有一小部分位于细胞表面，因此大大限制了骨癌中CAR靶标的选择。实际上，tgTCR方法可能更适合，因为它可以潜在地靶向MHC呈递的任何抗原（细胞表面或细胞内）。然而，正在积极地寻求克服CAR-T细胞疗法的这一局限的策略。一种方法是开发可识别两种抗原的CAR-T细胞，它们分别广泛表达但仅在肿瘤细胞中一起表达。这可以靶向广泛表达的抗原，同时将毒性风险降至最低。温德尔·林（Wendell Lim）小组于2016年描述的SynNotch / CAR-T细胞就是一个很好的例子。在这里，T细胞经过工程改造以表达一种抗原的合成启动受体，其活化后可使同一T细胞表达针对第二种抗原的CAR结构。

TME构成了实体瘤中过继性T细胞疗法的另一个主要障碍。肿瘤细胞和基质成分产生大量的免疫抑制因子，对T细胞在TME中的活性和存活产生负面影响。已经确定途径包括T细胞抑制受体CTLA-4和PD1。通过ICB靶向这些抑制受体已经取得了不错的临床结果，并且FDA已经批准了几种ICB药物，例如ipilimumab和nivolumab。在CAR-T细胞疗法的背景下，一种方法是将CAR-T细胞与ICB结合以增强其在TME中的活性和持久性。另一种替代方法是遗传改造CAR-T细胞，使其对TME的抑制作用有抵抗力，俗称“铠甲CAR”。例子包括CAR-T细胞表达CCR2受体（增强归巢于肿瘤的CAR-T细胞），IL12（增强细胞溶解活性和T细胞存活）和IL7（增强记忆分化）。TME中免疫抑制的主要介体是一类髓样细胞，通常被称为“髓样来源的抑制细胞”或MDSC。人们一直在努力开展清除该类细胞的同时展开其他形式的癌症免疫治疗。肿瘤相关巨噬细胞或TAM是TME中另一个主要的免疫抑制性髓样细胞群体，有关清除或激活TAM的治疗策略仍在构建中。

尽管提高CAR-T疗法特异性的努力在不断的进行，但CAR-T治疗中脱靶效应和靶外毒性仍将是一个关注的问题。为了提高安全性，已经引入了各种形式的“自杀”基因，以便在发生不可接受的毒性时能够选择性破坏CAR-T细胞。自杀基因除非遇到激活信号，否则具有生物学惰性。实例包括（1）来自单纯疱疹病毒的胸腺嘧啶激酶和胞嘧啶脱氨酶，可在表达这些基因的细胞中将无毒化合物转化为毒性代谢物；（2）包含药物结合结构域和凋亡途径成分的嵌合蛋白，使得暴露于药物（例如AP1903）时会导至构建体二聚化并导至细胞死亡；（3）靶向清除单克隆抗体的细胞表面蛋白（例如CD20）。

在某些患者中，输注CAR-T细胞会导至临床症状，以发烧，低血压，缺氧和神经功能障碍为特征。该综合征伴有血清细胞因子水平的显着升高，并被称为“细胞因子释放综合征”（CRS）。发热通常是低度的，但在威胁生命的血管舒张性疾病中可升高至105F/40.5C以上，并最终导至休克和器官衰竭。CRS是CAR-T细胞的一种靶点毒性形式，与血清中高IL-6水平相关。FDA最近批准了抗IL-6受体拮抗剂托珠单抗（Actemra®）用于治疗CAR-T诱导的CRS。在儿童和成年B细胞白血病中，基线肿瘤负荷或血清IFNγ，IL-6，sIL-6R和sgp130水平已被用于预测CRS的严重程度。CAR-T细胞以及先天免疫细胞的激活均与CRS有关。正在进行的研究旨在识别预测性生物标志物以及潜在的病理生物学可能会在未来增强对CRS的管理。神经毒性是CAR-T治疗的另一种不良反应。该机制了解甚少，但临床表现包括精神错乱，失语，失用，共济失调和癫痫发作。发作的平均时间为CAR-T输注后4-7天，大多数患者可自发消退，严重者可能需要干预机制。已报告的临床预测指标包括高肿瘤负荷，较高的CAR-T细胞峰值水平，既往神经系统合并症以及早期和/或严重CRS。目前尚无批准的疗法可用于CAR-T相关的神经毒性，但最近的研究表明炎症细胞因子和内皮功能障碍在此过程中发挥作用。其他较少见的不良反应包括皮炎，巨噬细胞活化综合征，胆管炎和出血性结肠炎。我们预测随着CAR-T细胞疗法的日益广泛使用，更多的靶上和靶外毒性将会出现。在这方面，开发CAR-T相关毒性的动物模型将是有价值的，正如最近开发的CRS人源化小鼠模型作出的贡献，该模型揭示了单核细胞衍生的IL-1和IL-6对CRS和神经毒性具有促进作用。

目前有关增强CAR-T细胞特异性，活性，持久性和安全性的研究将有助于提高其在实体瘤中的应用。CAR-T疗法与其他免疫调节剂（例如ICB）的结合也有望实现。为了将这些正在进行的努力转化为原发性骨肿瘤的治疗，需要协同努力以鉴定和表征这些癌症中的新抗原靶标。在这方面，基于tgTCR的疗法在骨肿瘤治疗中可能等于或甚至超过CAR-T细胞功效。尽管如此，这两种方法在肿瘤微环境中都面临着类似的障碍，并且在实体瘤的治疗过程中可能会采用这两种方法。肿瘤的转移和复发为该疗法的应用`提供了最大临床机会，因为在这些情况下，当前治疗方式的预后极差。在局部原发性疾病中进行CAR-T或tgTCR治疗也可能有助于根除临床上无法检测到的微小转移灶并防止将来复发。CAR-T细胞在治疗这些微小转移灶时，相比大型肿瘤更有效果，因为前者缺乏免疫抑制性微环境的保护。因此，与常规疗法相比，改造的T细胞在预防和治疗转移方面可能更为有效，而转移是骨肿瘤不良预后的主要原因。