基于合成生物学的工程化CAR-T细胞研究进展
合成生物学（synthetic biology）是一门汇集生物学、基因组学和工程学等多种学科的交叉学科，利用工程学原理可通过人工合成生物元件、模块和基因电路等对细胞进行设计和改造，以实现用户所需要的功能。
近年来，合成生物学力图使用工程学原理来继续改造CAR-T细胞，通过在细胞中加入基因回路，让它们能够感受外来信号并且做出简单的逻辑决策。
一、利用免疫调节剂改善CAR-T细胞活性和免疫抑制性TME
在CAR-T细胞自分泌免疫调节剂的策略中，比较经典的工程化设计是将一段分泌性蛋白编码序列与CAR结构域一起转入T细胞中，使CAR-T细胞可以分泌免疫调节剂或抗体等其他分子来进行自我激活或活化其他旁观者细胞，并在实体肿瘤的免疫抑制性TME中刺激宿主T细胞发挥抗肿瘤能力。
例如ADACHI等设计了表达IL-7和CCL19的CAR-T(7×19 CAR-T）细胞，其中CCL19作为趋化因子在减少DC凋亡、增加T细胞增殖和Th1极化方面有着重要作用。
尽管以往的研究表明这种自分泌策略能够在肿瘤部位实现精准释放，但这种对旁观者细胞的激活可能会增加毒性风险。
最近工程化IL-23技术对该问题进行了很好的解决：将组成IL-23蛋白的IL-12βp40亚基基因导入T细胞基因组中，在T细胞受体（TCR）刺激下通过上调STAT3信号来诱导IL-23βp40亚基的表达，联合固有的IL-23αp19亚基可产生IL-23。
通过p40-GFP蛋白定位发现，IL23与产生IL23的T细胞的优先结合，且仅发生在T细胞激活时，对旁观者细胞的影响有限。
这种利用合成生物学技术的诱导式自分泌方式，在一定程度上完善了自分泌策略在系统安全性方面的不足。
二、工程化白介素受体CAR-T细胞
IL-2具有刺激淋巴细胞增殖、激活细胞毒性T细胞功能以及参与T细胞炎症途径等作用；然而，其在临床上的主要局限之一是其高剂量下的毒性作用。
IL-2受体（IL-2R）由α、β和γ亚基组成（IL-2Rα，IL-2Rβ，IL-2Rγ），IL-2Rβ和普通γ链（IL-2Rγ）共同形成信号二聚体，并以中等亲和力结合IL-2，而IL-2Rα（CD25）不传递信号，但增加了IL-2对二元（βγ）IL-2受体的亲和力，使T细胞对低浓度IL-2敏感。
正交IL-2系统是一种外源合成受体，最早由SOCKOLOSKY等通过基因工程实现。
因为IL-2受体的β链是信号转导所必需的，并且可以独立结合IL-2，所以选择IL-2Rβ链作为突变受体，可以合成一种正交型IL-2受体。
这种系统的优势就是利用突变的IL-2细胞因子与突变的IL-2R特异性结合，避免在体内传递天然IL-2信号时产生多效刺激和全身毒性反应。
在这两项工作中，研究人员对鼠源正交IL-2/IL-2Rβ进行人源化处理，正交IL-2成功在体内选择性激活并扩增表达IL-2Rβ的CAR-T细胞；
在复发或难治性淋巴瘤临床前模型中，该系统均能实现持久的抗肿瘤反应，并且能够避免或限制由CAR-T细胞诱导的细胞因子释放综合征。
为进一步加强多效刺激，最近KALBASI等又基于正交IL-2受体模型，将正交IL-2Rβ胞内结构域替换为其他细胞因子（IL-9）受体的普通γ链（IL-9Rγ）胞内段来重定向信号,导致全新的正交受体在受到刺激后同时激活了STAT1、STAT3和STAT5多个通路信号，可直接导致再编程后的CAR-T细胞功能多样性得到提升，在胰腺癌等实体肿瘤模型中也展现出强大的抗肿瘤活性。
三、syn Notch基因回路系统
传统CAR-T细胞设计仅凭CAR的抗原识别来诱导T细胞活化，有脱靶效应（on-target off-tumor）的可能。
KOLE和HYRENIUS-WITTSTEN等成功地在细胞表面表达syn Notch受体系统，并建立了由syn Notch受体嵌入的CAR-T细胞，此时CAR-T细胞同时与抗原A和B结合并被激活；
与双靶点CAR-T细胞不同，syn Notch受体在与肿瘤表面的特定抗原A结合后，通过释放转录因子激发T细胞表达靶向第二个抗原B的CAR，从而激活T细胞去行使杀伤肿瘤功能，保护了仅表达抗原A或抗原B的正常细胞不被CAR-T细胞攻击。
最近，一项新研究再次提升syn Notch基因回路的应用前景，ALLEN等将syn Notch基因回路与IL-2诱导回路结合，使生产IL-2的感应电路的激活绕过TCR或CAR的限制，包括消耗或抑制TCR信号的转导，直接由syn Notch受体系统控制。
只有当这些CAR-T细胞与肿瘤细胞直接接触时才自分泌IL-2，因此可以避免全身性释放IL-2带来的不良反应，又能有效增强CAR-T细胞的浸润和免疫抑制性实体肿瘤的清除。
