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手術、放療、化療是目前腫瘤治療的三大常規方法，它們都對腫瘤治療做出了巨大的貢獻，而且目前也取得了很大的進步，但不可否認的是它們都會對人體正常組織造成一定的損傷，而術後併發症和放化療副反應也是廣大腫瘤患者不得不面對的現實問題。
腫瘤免疫治療是近年來醫學領域最具前景的研究方向之一，不同於傳統的腫瘤治療，免疫療法的作用對象是免疫細胞，主要靠激發人體免疫系統，動員免疫細胞發揮抗腫瘤作用，因此它在靶向腫瘤細胞的同時極少損傷正常組織，在惡性腫瘤治療方面取得了一系列突破性成果而得到了廣泛的關注。
2013年，全球頂尖的《科學》雜誌評出腫瘤治療方面的十大科技突破，其中免疫治療高居榜首，而CAR-T細胞治療作為目前過繼性細胞免疫治療的傑出代表在血液腫瘤等惡性腫瘤的治療中取得了令人振奮的臨床療效，更是成為目前腫瘤免疫治療的研究熱點。2017年，被稱為“CAR-T代言人”的美國賓夕法尼亞大學的Carl June教授獲授也因此榮獲了本年度美國臨床腫瘤學會(ASCO)最重要的Karnofsky大獎。
T細胞是人體抗腫瘤免疫的主力軍
CAR-T，全稱Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy，即嵌合抗原受體的T細胞免疫治療。
要想弄清CAR-T的來龍去脈和理解其如何發揮抗腫瘤作用，首先需要了解T淋巴細胞（簡稱T細胞，因其在胸腺（Thymus）中分化成熟而得名）是如何活化並殺傷腫瘤細胞的。
人體特異性免疫可分為體液免液和細胞免疫兩大類，目前一般認為細胞免疫在抗腫瘤免疫中佔主要地位，而T細胞作為細胞免疫中的主力軍，是功能最強大的免疫細胞，也是殺傷腫瘤細胞最有力的武器。
T細胞通過T細胞受體（T cell receptor，TCR）識別腫瘤抗原，TCR常和另一種細胞分子CD3以TCR-CD3複合物形式存在於T細胞表面，TCR的功能主要是識別抗原，而CD3的功能主要是將TCR識別的抗原信號由T細胞表面由外向內傳遞以引起T細胞的活化。
但是TCR不能直接識別腫瘤抗原，而是必須先由腫瘤細胞將腫瘤抗原加工成抗原肽片段，然後再由腫瘤細胞自身的MHC分子將此抗原肽片段提呈給T細胞。
MHC（Major Histocompatibility Complex）即主要組織相容複合體，在人類稱為人類白細胞抗原（Human Leukocyte Antigen，HLA ），是絕大多數細胞表面上都存在的一種分子，它們就像細胞的“身份證”一樣，向T細胞展示細胞內部的抗原肽片段，而這個過程就叫做抗原提呈。任何個體的T細胞都只能識別由自身MHC分子提呈的抗原肽，而這種T細胞抗原識別的的特徵也被稱為自身MHC限制性。簡言之，T細胞猶如九五之尊的皇帝，沒有他信任的自己人的引薦，一般人是不可能隨便接近他的。
長期以來，人們一直夢想著通過人體自身的免疫系統，讓T細胞對腫瘤細胞進行特異性殺傷，從而實現徹底殺滅腫瘤而又不傷正常細胞的遠大目標。
但是，正所謂“理想很豐滿，現實很骨感”。雖然理論上T細胞在抗腫瘤免疫中有著得天獨厚的巨大優勢，但天然的、未經修飾的T細胞在殺傷腫瘤細胞方面也存在三大缺陷，從而一直制約其發展而無法在臨床得以真正有效應用。
（一）因為T細胞受體所具有的獨特結構和識別機制，使得T細胞不能直接識別腫瘤抗 原，而具有MHC限制性；
（二）識別了腫瘤抗原的初始T細胞必須依靠共刺激分子激活才能最終轉化為能夠特異性殺傷腫瘤細胞的效應T細胞；
（三）在沒有外界干預的情況下，人體內可以特異性識別腫瘤細胞的T細胞數目微乎其微，而且殺傷活性也很低。
在洞悉T細胞殺傷腫瘤細胞的自然途徑之後，科學家們不禁自問，如果採用某種方法對T細胞進行改造，使之可以直接識別腫瘤抗原且外源性加入共刺激分子，那是否意味著可以克服以上T細胞的三大缺陷進而真正用於臨床呢？
問題一：如何讓T細胞可以直接識別腫瘤抗原？
解決方案：將合成生物學、腫瘤免疫學、基因重組技術及遺傳改造技術等相關知識技能融合在一起而造出一個人造受體（CAR）
對於第一個關鍵問題的解決，即怎麼才能使T細胞可以直接識別腫瘤抗原，應歸功於被稱為“CAR-T之父”的以色列教授Zelig Eshhar。
其實很早以前人們就發現，B淋巴細胞（簡稱B細胞，因其在骨髓（Bone）中分化成熟而得名）可以通過其B細胞受體直接識別腫瘤抗原。
進一步研究發現，因為它在生物功能上屬於抗體，所以才能直接識別抗原，而這也是B細胞抗瘤最大的優勢所在，可惜B細胞在抗腫瘤免疫中只居於輔助地位，而T細胞才是殺滅腫瘤細胞的最有力的武器。
於是有人就想，如果將二者聯合起來，那豈不是既可直接識別腫瘤抗原，又可最強殺滅腫瘤細胞，從而達到最佳的抗癌療效嗎？
而這種原本近乎天方夜譚的想法，直到天才Zelig Eshhar開創性地將合成生物學、腫瘤免疫學、基因重組技術及遺傳改造技術等相關知識技能融合在一起而造出第一個人造受體（CAR），才最終將想象變成了現實，而這也從真正意義上宣告了第一代CAR-T時代的到來。
這是第一代CAR-T的一個結構示意圖，從圖中可以看出這種人造受體（CAR）一般由三大要件組成：
第一要件是胞外抗原結合區，可以直接識別腫瘤抗原。
第二要件是跨膜區，可以起到固定CAR的作用。
第三要件是胞內信號轉導區，可以將識別的腫瘤抗原信號由外向內傳遞從而引起T細胞的活化。
因為這種人造受體是用T細胞受體改裝的，而且在其胞外段嵌合上了能夠直接識別腫瘤抗原的結構，因此也被稱為嵌合抗原受體（Chimeric Antigen Receptor, CAR），顧名思義，可以簡單地理解為是一種嵌合了能夠直接識別腫瘤抗原結構的人造受體。
但是，經過人工改造的CAR-T細胞雖然可以直接識別腫瘤抗原，並將識別的腫瘤抗原信號由外向內轉導給T細胞，但如果沒有共刺激分子的激活，初始T細胞就難以最終轉化為能夠特異性殺傷腫瘤細胞的效應T細胞。
而這正是第一代CAR的最大缺點所在，由於Ｔ細胞無法完全活化和增殖，體內存活時間不超過1周而無法持續抗腫瘤，因此臨床效果不理想而逐漸被人們淡忘。
問題二：如何引入共刺激分子激活T細胞？
解決方案：在第一代CAR的基礎上再引入一個共刺激分子。
這個問題的解決主要歸功於前述的“CAR-T代言人”——美國賓夕法尼亞大學的Carl H. June教授。
因為第一個問題已經解決，所以這個問題相對就好解決多了，只需要在第一代CAR的基礎上再引入一個共刺激分子即可，而此升級的二代CAR可以使T細胞充分活化、增殖而最終分化為可以殺滅腫瘤細胞的效應T細胞。
問題三：如何增加效應T細胞的數量和殺瘤活性？
解決方案：二代CAR“一鍵激活”、高效反應的特點可以完美解決。
第二代CAR-T技術最大優勢在於不僅T細胞可以直接識別抗原，而且由於同時具有“識別-共刺激-激活”三大功能區，所以具有“一鍵激活”、高效反應的特點。
實踐證明，用第二代CAR-T技術獲得的效應T細胞的數量、靶向性、殺傷活性和持久性均可大大提高，在臨床中也獲得了很好的療效。目前臨床上廣泛採用的也正是第二代CAR-T技術。
第三代CAR在第二代CAR的基礎上再加上了一個共刺激分子，與第二代CAR 相比，T 細胞活化、增殖、分泌細胞因子及細胞毒素作用更強，但靶向識別特異性降低，低親和分子亦可促進 T 細胞活化，從而更容易產生“細胞因子風暴”等不良反應。
第四代CAR在第三代CAR的基礎上，通過聯合細胞因子，如IL-12等，進一步強化免疫應答，或者裝入一個自殺基因，當不良反應過強或者未來體內的CAR-Ｔ細胞成為麻煩的時候用藥物讓CAR-Ｔ細胞自我毀滅。
從腫瘤患者自身血液收集T細胞，通過基因重組技術獲得CAR結構，再在體外通過轉染技術（目前一般採用病毒轉染）將CAR基因定向轉入T細胞的基因組中，T細胞就可以表達相應的CAR 結構。將轉染後經過純化和大規模擴增的CAR-T細胞再注入到腫瘤患者體內，便會在腫瘤患者體內增殖並殺死具有相應特異性抗原的腫瘤細胞。
以靶向CD19治療B細胞淋巴瘤為例，CAR-Ｔ的臨床應用過程大致是這樣的：
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採集外周血。即從CD19（+）的B細胞淋巴瘤患者外周血採集T細胞。因為CAR-Ｔ是用自體的Ｔ細胞轉染而成的產品，所以要從外周血中分離出所需要的Ｔ細胞，然後送到生產車間去培養和轉染，這個過程大約一到兩週。
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化療預處理。預處理的目的是清除體內的淋巴細胞，為即將回輸的CAR-Ｔ細胞騰出空間，因為我們預期CAR-Ｔ細胞回輸後會有一個顯著的體內擴增的過程，需要為其創造一個適合生存的環境。做法是在CAR-Ｔ回輸倒計時的第七至第四天，採用小劑量的的環磷酰胺和氟達拉濱化療。
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CAR-Ｔ回輸。不同的研究中有不同的做法，如可以連續三天分三次回輸，第一天10%，第二天30%，第三天60%，回輸的CAR-Ｔ細胞數量大約是1x106/kg左右，可根據患者腫瘤負荷大小進行適當調整，以期取得更好地療效。
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處理不良反應，如“細胞因子釋放綜合徵”等。腫瘤患者回輸CAR-Ｔ後至少要在醫院觀察七天，之後的四周內要做好隨時返回醫院處理緊急情況的準備。這會是一個令人焦慮的階段，既怕風暴不出現，又怕風暴太猛烈，是很難過的一關。
CAR-T利用基因工程技術給Ｔ細胞加入一個能直接識別腫瘤細胞抗原，並且同時激活Ｔ細胞殺死腫瘤細胞的嵌合抗體，靶向殺滅腫瘤細胞。其優勢主要體現在：
精準殺滅腫瘤，治療效果極佳。由於CAR-T細胞是應用基因修飾腫瘤患者自體的Ｔ細胞，不需抗原提呈，也無MHC（即主要組織相容複合體，在人類稱為人類白細胞抗原）限制性，而是通過抗原抗體結合機制直接識別特異性腫瘤抗原，這是CAR-T細胞的最大優勢，因此T細胞尤其是 CD8+T能繞過抗原提呈細胞並克服了腫瘤細胞通過下調MHC分子表達以及降低抗原遞呈等免疫逃逸機制直接殺傷腫瘤細胞，讓腫瘤細胞無所逃遁。
多靶向殺傷，殺瘤範圍廣。生理性的TCR只能識別蛋白抗原，而CAR既可識別腫瘤蛋白質抗原，又可識別糖脂類等非蛋白質抗原，擴大了靶點的選擇範圍。而且鑑於很多腫瘤細胞表達相同的腫瘤抗原，針對某一種腫瘤抗原的CAR基因構建一旦完成，便可以被廣泛利用到多種腫瘤中。
抗瘤效應更強，殺瘤效果更持久。活化後的CAR-T細胞能夠分泌很多細胞因子來對抗免疫抑制的腫瘤微環境，提高T細胞的抗腫瘤效應。而新一代CAR結構中加入了促進T細胞增殖與活化的基因序列，能保證T細胞在進入人體後還可以增殖，使得CAR-T細胞具有了免疫記憶功能，可以相當長時間在體內存活，可以持久攻擊癌細胞。抗體通常在數天或數週內失去效力，然而CAR-T細胞則有望在體內循環數年，抑制腫瘤的復發。
2012年，最早接受CAR-T細胞治療的一批人中，有30位白血病病人，他們不是普通的白血病病人，而是已經歷了各種可能的治療方法，包括化療，靶向治療及骨髓移植等，但不幸都失敗了的復發難治性病人。
通常情況下，他們的生存時間不可能超過半年。就像俗話說的“死馬當活馬醫”一樣，他們成了第一個吃CAR-T這個螃蟹的人。結果這批吃螃蟹的人震驚了世界：27位病人的癌細胞治療後完全消失！而20位病人在半年後複查，仍然沒有發現任何癌細胞！
6歲的Emily是第一位接受CAR-T細胞治療的兒童，儘管治療期間出現了嚴重的副作用——高熱、血壓下降、肺充血，但她奇蹟般地恢復了健康，獲得了完全緩解，迄今已有5年。活潑可愛的Emily也因此成為了CAR-T細胞治療的小代言人，而她的故事也激勵著更多的科學家們投身到CAR-T細胞治療的研究中。
2017年8月30日，美國FDA官網宣佈批准諾華CAR-T細胞治療正式上市，用於治療複發性或難治性兒童、青少年B-細胞急性淋巴細胞白血病(ALL)，商品名為Kymriah，價格47.5萬美元/次療程。
同年10月18日，FDA再次批准KitePharma的CAR-T細胞治療上市，用於治療在接受至少兩種其它治療方案後無響應或復發的成人大B細胞淋巴瘤患者及特定類型非霍奇金淋巴瘤患者，商品名為Yescarta，定價37.3萬美元/次療程。
國外天價的治療費用也讓我們國內CAR-T的臨床研究顯得更為迫切，目前在北京、上海、武漢、南京等地相繼開展了多項CAR-T臨床研究，希望這項先進技術能夠早日造福於更多的腫瘤患者。
CAR-T細胞治療為包括血液腫瘤在內的多種晚期腫瘤患者帶來了治癒的希望，但同時也帶來諸多不良反應，甚至有一些是致命的，需要引起臨床足夠的重視。
脫靶效應（on - target toxicity）
脫靶效應常見於應用CAR-T細胞免疫治療實體腫瘤的患者中，主要由於CAR 定向的靶抗原多為腫瘤相關抗原，其並非腫瘤細胞所特有，且在正常組織中存在不同程度的表達，因此對靶抗原親和力強、殺傷能力強的CAR-T細胞在清除腫瘤的同時也會攻擊正常組織。
細胞因子釋放綜合徵（cytokine release syndrome，CRS）
第二、三代 CAR 中引入了共刺激分子，使 T 細胞的活化、增殖、殺傷能力大幅度增強，在治療過程中產生大量細胞因子並釋放入血，引起患者噁心、頭痛、心動過速、低血壓、胸悶、氣促等臨床症狀，嚴重者可導致急性呼吸窘迫綜合徵或多器官功能衰竭。
CRS是CAR-T細胞免疫治療過程中常見的致死性併發症，需要高度警惕並進行有效防治。此外，腫瘤溶解綜合徵、嗜血細胞綜合徵及CAR-T治療後復發等問題也引起了廣泛關注。
時至今日，CAR-T治療已由第1代發展到第5代，在多種惡性腫瘤（特別是B細胞血液腫瘤）的治療中取得了令人欣喜的療效，成為當今腫瘤免疫治療的熱點，在治療惡性腫瘤方面具有無可取代的應用前景。
然而，在提升CAR-T細胞抗腫瘤能力的同時減少其不良反應等問題仍存在諸多挑戰。此外，CAR-T細胞治療與其它免疫治療、傳統放化療及造血幹細胞移植等治療方式的結合，CAR-T細胞具體回輸的時機、劑量、次數等問題均需要大量的臨床前研究及多中心大樣本臨床試驗來進行進一步研究。
在CAR-T治療帶來興奮的同時我們也應該看到，腫瘤免疫治療目前仍就處於發展階段，有關CAR的大多數研究和臨床試驗仍以血液腫瘤為主，在實體性腫瘤方面還有很大的發展空間。
免疫治療作為一種新的治療策略為腫瘤患者帶來了新的希望，甚至有學者預言21世紀腫瘤的徹底治癒必將走免疫治療之路， 而CAR-T療法作為免疫治療的一個熱門領域還將會有更多令人振奮的突破。
瑞士諾華公司的CAR-T細胞免疫技術獲得美國FDA的臨床批文，這被環球科學報道為2017年的十大科技進展，其他進展包括人類首次探測到雙中子星合併產生的引力波（這一事件並且為隨後觀測到的電磁波所證實）這樣重大的事件，這足以說明CAR-T細胞免疫技術的重要性。
CAR-T細胞免疫技術的全稱是Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy，中文翻譯過來是“嵌合抗原受體T細胞免疫療法”。應該說細胞免疫技術的療法或稱之為免疫療法這本身算不上很新的技術或者科研思路。20多年前的1990年代，科學家們就開始探索，如何利用人類自身的免疫機制來殺死腫瘤細胞。
大家知道腫瘤細胞是無序增生繁殖並最終讓正常細胞大量窒息並導致機體死亡的一種細胞。多年來，除了利用傳統的化學藥物治療和放射性手段這兩種非特異性手段治療外，人們一直在腫瘤細胞及其產生這種細胞的人類身體環境上打主意。畢竟，化療和放療採用的是大面積殺傷細胞的手段，在殺死腫瘤細胞的同時也會讓大量正常細胞死亡，從而損害了人類身體。
而1990年代以來，科學家們先後利用現代生物技術，開發了基因療法（也就是或者遏制致癌基因的生長，或者促進能遏制致癌基因表達的上游基因的表達）、溶瘤病毒療法（開發能吞噬癌細胞的特定病毒）、餓死腫瘤療法（或者通過特定蛋白遏制腫瘤細胞的血管生長，或者通過物理手段把流向腫瘤細胞的血液堵住）、以及免疫療法。後者的邏輯是癌細胞本來是突變的人體自身細胞，無法讓人體的免疫系統像甄別入侵病毒細菌一樣消滅它們；免疫療法就是想辦法讓T細胞這種免疫系統中的信使細胞識別出癌細胞，從而調動免疫系統殺死它們。
這一想法本身不算新，以個體方式在臨床應用（不是作為藥而是作為療法）也有將近20年了。CAR-T細胞免疫技術之所以被稱之為重大突破，就在於它被作為通用療法批准，這就意味著它有了大規模的通用性，至少是這種可能性。所以可以提升治療癌症的效率。
但是，說它能治癒癌症為時過早。首先，包括CAR-T細胞免疫技術，沒有一種藥物聲稱治癒癌症。現有藥物的目的就是延長癌症病人存活期，並且提升生活質量。其次，相比上述的化療和放射療法藥物，各種利用生物技術開發的特異性療法，都存在一個治療效果和激發非特異性人體免疫機能的問題。因為化學療法使用的是小分子，可以靜脈點滴，人體到處都能去。壞處就是好細胞壞細胞通殺。
但在特異性療法或者靶向療法中，無論是基因、病毒、還是被激活的免疫細胞，都不能隨便運動，而需要找準自己的靶子；但對於複雜的人體而言，這一點並不簡單。另外一點則在於，一旦人類自身的免疫系統被激活，它也可能大開殺戒，除了腫瘤細胞外也殺死大量正常細胞。君不見器官移植者終生都要服用抗免疫或抑制免疫藥物，就是為了讓自身的免疫系統不要殺死移植來的器官的細胞。免疫療法也面臨同樣的問題。何時打開免疫系統來殺死癌症，啥時候關閉它保護正常細胞，這些並不是現代科學想做就立刻能做到的。仍然需要科學家在未來進行探索。
最後需要指出一點，近年來西方各國癌症病人生存期普遍大幅度延長，這固然與研發了新藥物、新療法有關，也與更及時更早發現癌變的診療手段有關，如基因篩查就是其中之一。而這些診療手段的發現不是孤立的，對其生物機理的甄別與人類研發抗癌靶向藥物時的工作也是密切相關的。綜上所述，對於包括CAR-T細胞免疫技術在內的新型癌症治療手段來說，既不能過於興奮，也沒有必要感到沮喪。進步是一點點取得的，進步也是一個系統進展的過程。
