免疫細胞治療用到的免疫細胞按是否經(jīng)基因工程改造可分為兩大類：未經(jīng)改造的主要包括調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）、腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）、細胞毒性T淋巴細胞（CTL）；經(jīng)基因工程改造的主要包括嵌合抗原受體T細胞（CAR-T）、T細胞受體T細胞（TCR）、嵌合抗原受體自然殺傷細胞（CAR-NK）。目前應用最廣泛的是經(jīng)過基因修飾的細胞治療。
腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL）
TIL是一種從腫瘤組織中分離出的浸潤淋巴細胞，這些淋巴細胞中有部分是針對腫瘤特異性突變抗原的T細胞，是深入到敵軍內(nèi)部打擊能力最強的免疫細胞，被認為是一種機體對腫瘤細胞特異性免疫反應。
TIL技術治療步驟：①得到病人的腫瘤組織塊，分離提取活性的TIL細胞→②將TIL細胞在細胞板上克隆化，并加入高濃度的IL-2來選擇培養(yǎng)，在三周內(nèi)產(chǎn)生數(shù)十億TIL→③用患者腫瘤細胞與擴增后的TIL細胞反應，篩選可以殺死腫瘤細胞的效應TIL細胞→④用負載了腫瘤特異性抗原的樹突狀細胞（DC）進一步擴增培養(yǎng)腫瘤特異性的TIL→⑤患者開始一周的預處理治療（清髓）以準備接受TIL回輸治療。
TIL細胞治療的優(yōu)勢：
腫瘤浸潤性好，由于本身來自于腫瘤，TIL已經(jīng)具有合適的趨化因子受體系統(tǒng)，能夠在回輸后更好地浸潤腫瘤組織；
腫瘤特異性好，TIL是非選擇的腫瘤特異性殺傷T細胞，靶向多種腫瘤抗原（每份回輸TIL平均1.4萬個TCR），克服了腫瘤異質(zhì)性的問題；
安全性好，經(jīng)過體內(nèi)選擇，絕大多數(shù)TIL僅特異性識別腫瘤抗原，而不識別正常組織，因此有著極其出眾的安全性。
當然，TIL療法目前也面臨一些挑戰(zhàn)。比如：在回輸之前，生產(chǎn)人員需要在短時間內(nèi)將TIL擴增到成千上萬倍，這對于工藝的要求是很高的；其次，由于TIL細胞已經(jīng)天然歸巢到腫瘤組織一次，在細胞生命進程上傾向于耗竭，因此，TIL在體外擴增過程中要逆轉這種耗竭狀態(tài)，恢復細胞活力，這同樣是極其困難的。
T細胞受體T細胞（TCR-T）
TCR-T是一種過繼細胞療法，即通過篩選和鑒定能夠特異性結合靶點抗原的TCR序列，采用基因工程手段將其轉入到患者外周血來源的T細胞中(或異源T細胞) ，再將改造后的T細胞回輸至患者體內(nèi)，使其特異性識別和殺傷表達抗原的腫瘤細胞，從而達到治療腫瘤的目的。
TCR-T技術治療步驟：①篩選合適的腫瘤特異性抗原，以及對該抗原具有高度特異性的TCR αβ鏈序列→②從患者體內(nèi)分離出T細胞→③將上述能夠識別腫瘤特異性抗原的TCR αβ鏈序列包入病毒基因組，構建病毒載體→④病毒轉染T細胞，將目標TCR序列引入T細胞中，獲得能夠特異性識別腫瘤抗原的TCR-T細胞→⑤TCR-T細胞體外培養(yǎng)，大量擴增→⑥將數(shù)量合格的TCR-T細胞輸入患者體內(nèi)，進行治療。
圖片來源：動脈網(wǎng)
TCR-T細胞治療的優(yōu)勢：
精準靶向性，TCR-T所使用的抗原可以為精挑細選的腫瘤特異性抗原，不受是否表達在細胞表面的限制，可以為細胞內(nèi)抗原，對腫瘤細胞的精準靶向性更強。
滲透性好，可用于實體瘤，相比CAR-T， TCR-T更容易向實體瘤內(nèi)部滲透，而CAR-T通常在腫瘤外部附著，不易向內(nèi)部滲透。
穩(wěn)定性好，TCR-T引入的是完全人源化的結構不易引起機體的免疫排斥，抗抗體產(chǎn)生的概率低，CAR-T引入的是人為改造的基因，機體對CAR的排斥會更強，可能會縮短CAR-T的存活時間。
然而，TCR-T細胞治療也存在一定的挑戰(zhàn)：首先，目前技術對TCR靶點的選擇、親和力的優(yōu)化比較困難，另外TCR-T對回輸數(shù)量的要求也更大，生產(chǎn)工藝有待突破；其次，TCR-T的活化依賴MHC-I類分子將腫瘤抗原呈遞給TCR-T，需要共刺激信號等，活化過程比CAR-T困難，腫瘤細胞易逃逸其殺傷；而且由于人群中MHC的多樣性，而TCR-T對腫瘤細胞的靶向殺傷需要MHC分子，因此TCR-T療法無法像CAR-T療法一樣研發(fā)出通用型TCR-T，這點限制了TCR-T的使用。
圖片來源：Adaptimmune 官網(wǎng)
TCR-T發(fā)展經(jīng)歷了四個階段：
第一代TCR-T是從患者T細胞中分離出腫瘤抗原特異性識別的T細胞亞群，經(jīng)體外擴增后回輸治療，由于這種T細胞克隆數(shù)量極少，個體差異很大，難產(chǎn)業(yè)化；
第二代TCR-T是通過克隆上述腫瘤抗原特異性識別的T細胞，獲取其TCR基因序列，再轉導至患者的外周T細胞上，這種方法使得TCR-T產(chǎn)業(yè)化成為可能；
第三代TCR-T通過優(yōu)化TCR的親和力，使其能更好地識別腫瘤抗原，再將其轉導至患者T細胞上，整體提高TCR-T的成藥性；
第四代TCR-T是靶向腫瘤新抗原（neoantigen）的高特異性細胞療法，腫瘤應答和安全性都大幅提高。
腫瘤的新抗原是腫瘤細胞的體細胞基因突變而產(chǎn)生的腫瘤所特有的抗原蛋白。腫瘤新抗原存在于幾乎所有腫瘤中，不同腫瘤差異大，且需要被MHC分子呈遞才能利用。
嵌合抗原受體T細胞（CAR-T）
通過對具有免疫球蛋白（Ig）的抗原結合區(qū)的T 細胞受體的進行基因改造，將帶有特異性抗原識別結構域及T細胞激活信號的遺傳物質(zhì)轉入T 細胞，使T細胞直接與腫瘤細胞表面的特異性抗原相結合而被激活。
CAR識別腫瘤抗原后，激活T細胞的免疫通路，相關基因表達上調(diào)，分泌顆粒酶、穿孔素等物質(zhì)直接介導腫瘤細胞溶解，同時也分泌粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、干擾素-γ (IFNγ)等炎癥因子，招募巨噬細胞等固有免疫細胞殺傷腫瘤組織。
CAR-T不具有MHC限制性，只通過結合靶向抗原即可被活化，從而高效殺傷腫瘤細胞。
圖片來源：沙利文分析
CAR-T技術治療步驟：①構建靶向腫瘤細胞相關表面抗原的CAR分子→②從患者外周血單個核細胞（PBMC）中分選純化出T細胞→③采用電穿孔、包病毒等方式將提前設計好的CAR分子導入T細胞中→④篩選成功導入CAR分子的CAR-T細胞，并在體外刺激其擴增→⑤將擴增好的CAR-T細胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi)→⑥嚴密監(jiān)護病人，尤其是控制前幾天身體的劇烈反應。
CAR-T細胞治療的優(yōu)勢：
不受MHC分子限制，殺瘤效果好，CAR分子是人工設計的受體，能夠根據(jù)目標靶點優(yōu)化受體結構，CAR-T細胞只需要和靶點分子結合即可被激活，從而殺傷靶細胞，激活過程不受MHC分子，共刺激分子的影響，殺瘤效果好。
抗腫瘤作用持續(xù)時間長，CAR-T細胞進入體內(nèi)后能夠在患者體內(nèi)增殖活化，可長期在體內(nèi)存活，治療效果持久，患者輸入一次CAR-T細胞，治療效果可維持數(shù)年?；颊邿o需反復注射抗體類藥物或化療，所有年齡人群對CAR-T療法有良好的耐受。
然而，CAR-T細胞治療也有一定的不足：首先，CAR-T細胞輸入患者體內(nèi)，容易被阻滯在實體瘤外，不易進入到腫瘤內(nèi)部，對實體瘤的殺傷效果有限；其次，CAR-T靶向腫瘤相關抗原，并非腫瘤細胞特異性的，正常細胞也可能受到攻擊，脫靶效應會產(chǎn)生一定的毒性；而且，引入的CAR受體為外源性分子，具有一定的免疫原性，機體會產(chǎn)生針對CAR的抗抗體，會影響CAR-T細胞的存活，CAR分子使用的scFV不穩(wěn)定，容易發(fā)生自身聚集，引發(fā)細胞因子釋放綜合征（CRS）。
圖片來源：沙利文分析
CAR-T細胞療法自開創(chuàng)以來，已經(jīng)歷過五代技術更迭，代際差異主要在于胞內(nèi)結構域以及引入的細胞因子和配體。嵌合抗原受體主要由細胞外單鏈抗體（scFv）、鉸鏈區(qū)跨膜區(qū)和胞內(nèi)信號結構域組成。
第一代CAR含有scFv、鉸鏈區(qū)、跨膜區(qū)及胞內(nèi)信號域，但沒有共刺激域，所以在結合腫瘤細胞抗原后，T細胞增殖數(shù)量不夠，不能持久作用，不能分泌足夠多的細胞因子，對腫瘤細胞的殺傷力不夠，最終未能進入市場。
第二代CAR是在第一代的基礎上引入了一個共刺激域（CD28或4-1BB），增強了T細胞對活化信號的響應能力，增強了T細胞的作用效果；上市的Kymriah和Yescarta都是第二代CAR-T。
第三代CAR是在第二代的基礎上引入了兩個共刺激域（CD28和4-1BB），增強了T細胞的增殖和分泌能力，相比于二代CAR-T有著更強、更持久的殺傷力。
第四代CAR是在第三代的基礎上引入細胞因子受體結構域或細胞因子基因以及共刺激配體，從而實現(xiàn)更強的T細胞增殖以及殺傷性物質(zhì)的釋放，以收獲更強療效。
第五代CAR即通用型CAR-T，是指從健康志愿者獲取T細胞并進行基因編輯敲除相關基因如CAR基因后制成的CAR-T細胞，不需要從患者體內(nèi)獲取T細胞進行定制。
此外，還有其他基于不同目的的新穎CAR也被設計出來，比如針對抗原丟失的雙價串聯(lián)CAR、特異性識別健康組織的抑制性CAR、攜帶自殺基因以提高安全性的CAR、具有通用潛能的SUPRA拉鏈式CAR等。
嵌合抗原受體自然殺傷細胞（CAR-NK）
NK細胞即自然殺傷細胞，具有強力殺傷腫瘤細胞的能力，且不具MHC限制性，將NK細胞經(jīng)過嵌合抗原受體（CAR）基因修飾，賦予NK細胞靶向識別腫瘤細胞的能力，經(jīng)過體外擴展后注入人體從而達到腫瘤治療的效果。
NK細胞主要來源于骨髓CD34+淋巴細胞，約占外周血淋巴細胞總數(shù)的10%～20%。NK雖然屬于固有免疫的免疫細胞，在人體內(nèi)作用是殺傷病毒感染的細胞和腫瘤細胞。目前臨床上使用的NK細胞主要有五種來源：人外周血（PB）、臍帶血（UCB）、人胚胎干細胞（hESCs）、誘導多能干細胞（iPSCs）以及NK-92細胞系。
CAR-NK技術治療步驟：①構建靶向腫瘤細胞相關表面抗原的CAR分子→②從患者外周血單個核細胞（PBMC）中分選純化出NK細胞→③將提前設計好的CAR分子導入NK細胞中→④篩選成功導入CAR分子的CAR-NK細胞，并在體外刺激其擴增→⑤對擴增后的CAR-NK細胞進行治療控制→⑥臨床輸注。
圖片來源：恒潤達生官網(wǎng)
CAR-NK技術優(yōu)勢：
CAR-NK抗腫瘤譜廣，可殺傷實體瘤。雖然實體瘤對非修飾的NK細胞會表現(xiàn)出不同程度的耐受性，但卻對抗原依賴型的NK細胞敏感，而且NK細胞本身具有殺傷腫瘤細胞的功能，即使腫瘤細胞下調(diào)CAR的靶向抗原，NK細胞依然能夠殺傷腫瘤細胞。
安全性高。目前的臨床研究顯示CAR-NK細胞不會產(chǎn)生GVHD，即使異體NK細胞也不會發(fā)生GVHD，同時NK細胞不分泌IL-1，IL6等炎癥因子而且NK細胞在體內(nèi)的持續(xù)時間較短，CRS發(fā)生風險低。
獲取方便，容易制備。由于不會發(fā)生GVHD，因此可以直接用iPSC（多功能造血干細胞）誘導或者從血庫等地方獲取NK細胞，而不需要從患者體內(nèi)獲取，細胞來源廣泛，可制成通用型產(chǎn)品，進而降低治療費用，減少患者等待時間；而且在體外分離和擴增相對簡單。
不過，目前CAR-NK細胞治療也存在一定的挑戰(zhàn)：
首先，在缺乏IL-2和IL-15時，CAR-NK細胞在體內(nèi)存活時間不長，過早死亡的NK細胞治療效果有限；其次，NK細胞亞群組成復雜，學術界沒有研究透徹，用何種NK細胞亞群以達到最好的治療效果目前是未知的；而且，目前對于CAR-NK的研究局限于臨床前和早期臨床，對于CAR-NK在人體內(nèi)使用的安全風險有待進一步研究。
CAR-Macrophage
CAR-Macrophage細胞治療是基于CAR-T對實體腫瘤療效不佳而應運而生的一種細胞免疫治療方式，將特定的CAR基因轉染到由多功能造血干細胞iPSC誘導的巨噬細胞內(nèi)，使巨噬細胞能夠特異性的對抗相應的腫瘤細胞。
巨噬細胞作為固有免疫的一份子，本身是不具有特異性的。在將CAR基因轉染之后，CAR-M細胞便獲得了對抗腫瘤的特異性。
圖片來源：Carisma Therapeutics官網(wǎng)
CAR-Macrophage原理：嵌合抗原受體巨噬細胞 (CAR-Ms) 被設計為表達旨在識別腫瘤抗原的CAR→CAR 與腫瘤細胞的特異性抗原結合，介導信號傳導，導致腫瘤細胞被巨噬細胞靶向吞噬→吞噬的腫瘤細胞被吞噬細胞內(nèi)的溶酶體中分解，被處理成腫瘤抗原→腫瘤抗原被巨噬細胞的 MHC 分子呈遞→與T細胞表面受體結合進一步激活適應性免疫應答。
然而，巨噬細胞本身就會吞噬細胞和物質(zhì)，因此如果采用傳統(tǒng)的用慢病毒作為載體的基因導入方式就會讓轉染的效率非常低。目前CAR-M技術的領導企業(yè)是由來自賓夕法尼亞大學的CAR-T細胞治療專家所創(chuàng)建Carisma Therapeutics，已有一款靶向HER-2的產(chǎn)品處于臨床1期。
干細胞療法
干細胞是一種可以自我更新以及分化的細胞，按分化潛能可以分為全能干細胞、多能干細胞以及單能干細胞?；诟杉毎募夹g廣泛應用于臨床研究和試驗，長期以來造血干細胞移植一直是惡性血液腫瘤患者的主要治療手段之一。
圖片來源：頭豹研究院
臨床研究和使用的干細胞種類包括骨髓間充質(zhì)干細胞、臍帶間充質(zhì)干細胞、胰島β細胞、成纖維細胞。除此之外，于2006年發(fā)現(xiàn)的誘導性多能干細胞被證明可以用于修復小鼠體內(nèi)視網(wǎng)膜和血管，為其在細胞替代療法市場中開辟了獨特的賽道。
圖片來源：沙利文分析
隨著近年來基礎科研與臨床轉化的突破，海外已有十余種造血干細胞產(chǎn)品上市，這些產(chǎn)品主要獲批在歐洲，美國及日韓。在中國，造血干細胞（HSC）和造血祖細胞（HPC）被排除在細胞制品類藥品范圍之外。
截至2021年6月，中國尚未批準任何干細胞醫(yī)療技術或干細胞藥物臨床應用。但從臨床轉化看，中國累計已有11款間充質(zhì)干細胞新藥申請獲得臨床批件，適應癥包括移植物抗宿主病、炎癥性腸病、類風濕關節(jié)炎、缺血性腦卒中、糖尿病足等。從國家到地方政府都在積極推進干細胞臨床應用及產(chǎn)品轉化進程?，F(xiàn)今，進展最快干細胞治療項目處于臨床III期，適應癥為異基因造血干細胞移植后巨細胞病毒（CMV）感染（成都蓉生）。
圖片來源：頭豹研究院
市場空間
根據(jù)沙利文分析報告，細胞治療行業(yè)發(fā)展從傳統(tǒng)細胞治療向與基因療法相結合發(fā)展的趨勢，細胞的編輯改造離不開基因工程技術的發(fā)展，全球細胞和基因治療（CGT）行業(yè)市場規(guī)模自2016年開始飛速增長，中國CGT行業(yè)市場規(guī)模在政策利好及研發(fā)投入增長的背景下也將快速擴增。
2016年至2020年，全球細胞和基因治療（CGT）市場從0.5億美元增長到20.8億美元，復合年增長率為153%。預測未來CGT市場規(guī)模仍保持快速增長趨勢，于2025年全球整體市場規(guī)模為305.4億美元，2020到2025年（估計）全球CGT市場復合年增長率為71%。
2016年至2020年，中國CGT市場從0.02億美元增長到0.03億美元，復合年增長率為12%。預測未來中國CGT市場規(guī)模仍保持快速增長趨勢，于2025年整體市場規(guī)模為25.9億美元，2020到2025年（估計）中國CGT市場復合年增長率為276%。
圖片來源：沙利文分析
CAR-T細胞療法作為近年來熱點研發(fā)領域已為惡性血液腫瘤患者帶來了希望，市場規(guī)模持續(xù)穩(wěn)定增長，未來市場潛力巨大。
根據(jù)弗若斯特沙利文的數(shù)據(jù)，全球CAR-T細胞治療市場從2017年的0.1億美元增長到2019年的7億美元和2020年的11億美元，預計未來幾年將加速增長，2024年將擴大至66億美元，2019年至2024年復合年增長率為55.0%。預計2030年市場將進一步增長至218億美元，2024年至2030年復合年增長率為22.1%。
圖片來源：興業(yè)證券
小編在本文中分析了細胞行業(yè)分類、技術優(yōu)缺點、行業(yè)發(fā)展情況以及市場空間，由于篇幅限制，僅限于基礎知識，小編將在后續(xù)推文中詳細分析每個細胞治療細分類型的市場痛點和在研公司，敬請期待！
參考資料：
【1】弗若斯特沙利文-2021年中國細胞與基因治療產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書
【2】興業(yè)證券-細胞治療，七載歸來方始坼：細胞治療/CAR-T行業(yè)深度報告
【3】東吳證券-千呼萬喚始出來，猶抱琵琶半遮面：中國細胞治療產(chǎn)業(yè)研究(一)
【4】The clinical pipeline for cancer cell therapies. Nat Rev Drug Discov. 2021 Jul;20(7):503-504
【5】各公司官網(wǎng)
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