細胞治療是指將正常或經過基因工程改造的人體細胞輸入患者體內，新輸入的細胞可以替代受損細胞或者具有更強的免疫殺傷功能，從而達到治療疾病的目的。細胞療法在治療腫瘤（包括實體瘤和血液瘤）、自免疾病等方面顯示出越來越高的應用價值。一般來講，細胞治療包括免疫細胞治療和干細胞治療。

免疫細胞治療主要包括了T細胞治療、NK細胞治療、淋巴細胞治療、DC細胞治療。干細胞治療包括了多能誘導干細胞療法，也包括了間充質干細胞、造血干細胞、神經干細胞等其他干細胞療法。

在腫瘤治療和自免疾病治療領域，近些年來不斷取得技術突破并走向商業化的產品，主要集中于免疫細胞治療和以多能誘導干細胞為來源的免疫細胞療法。包括了CAR-T療法、TCR-T療法、CAR-NK療法、TIL療法，DC細胞治療也有所發展。近年來，不僅自體CAR-T療法有多款產品獲批上市，通用型CAR-T療法，也有了突破性的發展成果。

已經商業化和即將商業化的產品主要集中于自體免疫細胞治療，其中CAR-T占了大多數，TCR-T和CAR-NK產品也多有進展靠前的產品。

兩種針對T細胞開展工程改造，提升其特異性殺傷腫瘤細胞效果的治療技術。基于HIV-1的慢病毒載體因其感染T細胞的能力，成為了改造T細胞的有效載體。在多年工藝探索后，慢病毒穩轉體系目前是T細胞改造的主流方法，T細胞改造質量可靠且穩定，形成了相對可控的工藝體系。工藝所涉原料詳見文末原料列表。

CAR-T細胞治療，即嵌合抗原受體T細胞治療，是將人的T細胞經過基因工程手段體外修飾改造后，回輸患者體內。改造后的T細胞，可識別體內腫瘤細胞，并通過免疫作用釋放大量的多種效應因子，它們能高效地殺滅腫瘤細胞，從而達到治療惡性腫瘤的目的。

對T細胞的改造主要是進行CAR分子的“安裝”。CAR（嵌合抗原受體）是抗體的抗原結合區 scFv 與 CD3-ζ 鏈或 FcεRIγ 的胞內部分進行融合形成，是 CAR-T 的核心部件。與TCR介導的抗原識別相比，CAR的抗原識別并不依賴于主要的組織相容性復合體（MHC），改造成功的CAR-T細胞可直接通過CAR分子識別特異性抗原。

CAR結構通常也由三部分組成，即胞外抗原結合區（一般為scFv）、跨膜結構域以及胞內激活結構域。經過多年發展，CAR結構已經發展至第四第五代，CAR結構的改進主要集中在胞內共刺激結構域。有學者在第四代CAR-T的設計中添加細胞因子或趨化因子受體結構，從而增加T細胞在腫瘤組織中的浸潤，達到增強殺傷實體瘤的效果。第五代CAR在共刺激域（如CD28或4-1BB）和CD3ζ鏈之間，插入了IL-2Rβ等細胞因子受體的胞內片段，當CAR結合抗原后，該片段包含的YXXQ基序（Y代表酪氨酸）招募并激活JAK激酶和STAT蛋白，從而同時啟動T細胞活化和細胞因子驅動的增殖信號。

TCR-T療法依賴T細胞受體(TCR)與MHC呈遞的胞內抗原結合識別腫瘤細胞。MHC有兩種類型MHC-I與MHC-II，由人類6號染色體短臂上的人類白細胞抗原(HLA)基因座編碼，在細胞表面不同程度表達。其中，HLA-A、HLA-B及HLA-C編碼MHC-I型分子，HLA-DR、HLA-DQ、HLA-DP編碼MHC-II型分子。MHC-I負責呈遞內源性抗原信號分子，它在幾乎所有有核細胞表面表達，由一條α鏈和β球蛋白組成，其中α1和α2兩個結構域構成一個溝(Groove)，這是肽段結合區，其允許抗原多肽片段結合并呈遞到細胞膜表面。MHC-II負責呈遞外源性信號分子，在抗原呈遞細胞(APC)表面表達，如單核-巨噬細胞、樹突狀細胞及B細胞等。MHC-II由α和β兩條鏈組成，其中α1與β1之間形成的溝能參與抗原多肽片段的結合。

內源性抗原是細胞自身產生的蛋白，如病毒感染后利用宿主細胞合成的蛋白質外殼或癌變的腫瘤蛋白。在細胞內，這些內源性蛋白在被自身細胞處理后會形成小分子肽段，然后與MHC-I結合形成pMHC-I復合物，并被呈遞到細胞膜表面與CD8+ T細胞結合，從而介導細胞的凋亡或程序性死亡。TCR-T細胞的激活也依賴于CD3分子的信號傳導，依賴于各個亞基的免疫受體絡氨酸活化基序（ITAM）磷酸化實現。

 

TCR-T與CAR-T都是經基因工程改造的T細胞，使其具有特異識別并清除腫瘤的能力，然后回輸到體內以達到治療癌癥的目的。CAR-T識別的靶抗原都是細胞表面蛋白，這些靶蛋白的數量是有限的。TCR-T可以識別MHC分子呈遞的細胞內多肽片段，因此TCR-T的靶抗原范圍更廣。TCR-T的技術核心是修飾TCR與腫瘤抗原的結合，人體內天然的TCR對這些抗原的親和力相對較低，因此無法識別和殺死腫瘤細胞。人工設計的高親和力TCR在識別腫瘤細胞的過程中增強了特異性識別和親和力。

TCR-T治療是依賴于MHC分子的呈遞來識別和激活T細胞，這也是TCR-T的缺點。MHC由HLA基因編碼，該基因是人類基因組中多態性最強的基因。在接受TCR-T治療的患者不僅必須表達靶向抗原，還必須表達相應的HLA等位基因抗原。因此，TCR-T療法通常使用僅限于相對常見的HLA等位基因的TCR。

 

早先CIK細胞培養中，很多人忽略CD28抗體對T細胞活化及防止T細胞失能的效果。T細胞的有效活化依賴于TCR途徑的激活和共刺激信號特別是CD28信號途徑的激活。

依靠IL-2的傳統培養中,激活擴增得到的T細胞中，完全分化的效應T細胞（TEF）占比更多。在使用IL-15部分替代IL-2的培養中，未完全分化的記憶T細胞（Tscm）的占比較僅以IL-2的顯著的多，研究表明，T細胞亞群的選擇是CAR-T細胞治療效果的基礎。在這方面，中央記憶T細胞（TCM）的CAR轉導似乎對體內有效的細胞擴張、存活和持久性至關重要，同樣數量細胞移植，移植Tscm的子代細胞數量較Tcm高10~100倍（Gattinoni L, Nat. Med.,2011）。此外，選擇幼稚或分化程度較低的CD8+T細胞進行轉導可以使輸注后T細胞增殖和體內持久性增加。

Hopkins B等人進行了一項實驗設計，研究不同組合IL-2、IL-7、IL-15對T細胞亞群生長的影響。結果表明，CD4+和CD8+ na?ve T細胞分別在中等濃度的IL-2和IL-7組合以及IL-7作用下可以有效生長。CD4+和CD8+記憶細胞分別在中等濃度IL-2和IL-15組合以及中等濃度IL-7和IL-15組合中有利。Coppola C等研究結果表明IL-2和IL-7在促進活化的CD4+ T細胞的最佳增殖和存活方面存在協同作用。

與T細胞的殺傷作用機制不同，NK細胞的殺傷活性受細胞表面的抑制性受體和激活性受體的共同調控，當激活與抑制的平衡被打破，NK細胞便會行使相應的功能。

具體來講，NK細胞表面的抑制性受體（主要是抑制性殺傷性Ig樣受體KIRs和異二聚體C型凝集素受體NKG2A）可與靶細胞表面的MHC I結合并傳遞抑制信號，從而使NK細胞進入“沉默”狀態；而NK細胞表面的激活性受體（主要是NCRs、NKp46、NKp30、NKp44和NKG2D）與可與細胞表面的特異性激活配體結合，從而激活NK細胞。

NK細胞主要通過三種機制殺傷靶細胞：

1. 通過釋放含有穿孔素和顆粒酶的細胞質顆粒直接殺傷靶細胞

2. 釋放細胞因子，如IFN-γ、TNF-α等，通過與腫瘤細胞表面相應受體的相互作用誘導腫瘤細胞凋亡。

3. Fc受體CD16與抗體的Fc段結合，可激發抗體依賴的細胞介導的細胞毒性（ADCC）來殺傷細胞。

生理情況下，NK細胞抑制性受體識別正常組織細胞表面廣泛表達的MHC-Ⅰ類分子而使NK細胞功能受到抑制，無法殺傷自身正常組織細胞。在腫瘤組織中，一方面腫瘤細胞表面MHC-Ⅰ類分子表達通常發生下調，另一方面活化受體的配體如NKp30、NKp44、NKp46等表達上調，這兩方面的因素將導致NK細胞活化最終殺傷腫瘤細胞。

 

CAR-NK細胞的CAR結構通常也由三部分組成，這與CAR-T細胞療法中使用的CAR結構十分類似，事實上，目前的很多研究直接是把CAR-T中成熟的CAR結構在NK細胞系中表達來制備CAR-NK。與CAR-T中常見的CAR結構相比，CAR-NK還可以選擇NKG2D作為CAR結構的識別結構域，原因是腫瘤中普遍發生NKG2D的配體NKG2DL表達的上調。

 

不同于HIV-1病毒改造后的慢病毒載體感染T細胞，NK細胞缺乏高效的慢病毒載體。目前，主要采用瞬轉工藝作為生產工藝。

細胞因子是維持NK細胞存活和支持NK細胞體外增殖的關鍵成分，可以不需要滋養細胞的條件下培養細胞。然而，當使用不同的細胞因子和培養條件時，發現具有不同的擴增效率。

除了僅使用細胞因子的策略外，還有細胞因子和飼養細胞聯合使用的策略，飼養細胞包括照射的腫瘤細胞、同種異體PBMCs和淋巴母細胞衍生物等。缺乏人類白細胞抗原表達的K562細胞能通過激活共刺激信號促進NK細胞的增殖，據報道，當K562細胞作為飼養細胞與IL-2和IL-15聯合使用時，NK細胞的擴增超過300倍。

 

腫瘤細胞膜顆粒也是腫瘤細胞系擴增NK細胞的有效替代品，其不僅保持了誘導NK細胞擴增的膜受體的激活效率，而且避免了腫瘤細胞與擴增產物混合的風險。

新的無飼養層擴張系統正在開發中，細胞因子如IL-2、IL-15和IL-21的單一或簡單組合被用于擴增細胞。細胞因子、鏈球菌和唑來膦酸鹽刺激臍血單個核細胞3周，可產生平均純度為95%的NK細胞，擴增倍數可達1561倍。這種無飼養層的方法降低了將其他類型的細胞引入最終產品的風險，但NK細胞的純度仍需提高。

NK-92是第一個獲得FDA批準用于臨床試驗的基于NK細胞的細胞系，是一種同質的永生化NK淋巴瘤細胞系，可以在體外擴增以獲得大量細胞。NK-92細胞表面標志CD56和CD25陽性，CD3、CD4、CD8、CD16、CD32、CD64和HLA-DR陰性。NK-92細胞的生長依賴于IL-2。由于其致癌特性，需要在患者給藥之前對NK-92衍生細胞產品進行輻射，這反過來又對其在體內的長期持久性和整體治療潛力產生負面影響。另一個缺點是，由于缺乏CD16的表達，NK-92細胞缺乏通過ADCC介導細胞殺傷的能力。

不同于T細胞，NK細胞的一大獨特之處在于，并不局限于自體細胞，目前的臨床研究顯示CAR-NK細胞不會產生GvHD（移植物抗宿主病），因此安全性較高。同種異體CAR-NK獲取方便，質量均一且時效高，副作用小。