基于合成生物學的工程化CAR-T細胞研究進展
合成生物學（synthetic biology）是一門彙集生物學、基因組學和工程學等多種學科的交叉學科，利用工程學原理可通過人工合成生物元件、子產品和基因電路等對細胞進行設計和改造，以實作使用者所需要的功能。
近年來，合成生物學力圖使用工程學原理來繼續改造CAR-T細胞，通過在細胞中加入基因回路，讓它們能夠感受外來信号并且做出簡單的邏輯決策。
一、利用免疫調節劑改善CAR-T細胞活性和免疫抑制性TME
在CAR-T細胞自分泌免疫調節劑的政策中，比較經典的工程化設計是将一段分泌性蛋白編碼序列與CAR結構域一起轉入T細胞中，使CAR-T細胞可以分泌免疫調節劑或抗體等其他分子來進行自我激活或活化其他旁觀者細胞，并在實體惡性良性腫瘤的免疫抑制性TME中刺激宿主T細胞發揮抗惡性良性腫瘤能力。
例如ADACHI等設計了表達IL-7和CCL19的CAR-T(7×19 CAR-T）細胞，其中CCL19作為趨化因子在減少DC凋亡、增加T細胞增殖和Th1極化方面有着重要作用。
盡管以往的研究表明這種自分泌政策能夠在惡性良性腫瘤部位實作精準釋放，但這種對旁觀者細胞的激活可能會增加毒性風險。
最近工程化IL-23技術對該問題進行了很好的解決：将組成IL-23蛋白的IL-12βp40亞基基因導入T細胞基因組中，在T細胞受體（TCR）刺激下通過上調STAT3信号來誘導IL-23βp40亞基的表達，聯合固有的IL-23αp19亞基可産生IL-23。
通過p40-GFP蛋白定位發現，IL23與産生IL23的T細胞的優先結合，且僅發生在T細胞激活時，對旁觀者細胞的影響有限。
這種利用合成生物學技術的誘導式自分泌方式，在一定程度上完善了自分泌政策在系統安全性方面的不足。
二、工程化白介素受體CAR-T細胞
IL-2具有刺激淋巴細胞增殖、激活細胞毒性T細胞功能以及參與T細胞發炎途徑等作用；然而，其在臨床上的主要局限之一是其高劑量下的毒性作用。
IL-2受體（IL-2R）由α、β和γ亞基組成（IL-2Rα，IL-2Rβ，IL-2Rγ），IL-2Rβ和普通γ鍊（IL-2Rγ）共同形成信号二聚體，并以中等親和力結合IL-2，而IL-2Rα（CD25）不傳遞信号，但增加了IL-2對二進制（βγ）IL-2受體的親和力，使T細胞對低濃度IL-2敏感。
正交IL-2系統是一種外源合成受體，最早由SOCKOLOSKY等通過基因工程實作。
因為IL-2受體的β鍊是信号轉導所必需的，并且可以獨立結合IL-2，是以選擇IL-2Rβ鍊作為突變受體，可以合成一種正交型IL-2受體。
這種系統的優勢就是利用突變的IL-2細胞因子與突變的IL-2R特異性結合，避免在體内傳遞天然IL-2信号時産生多效刺激和全身毒性反應。
在這兩項工作中，研究人員對鼠源正交IL-2/IL-2Rβ進行人源化處理，正交IL-2成功在體内選擇性激活并擴增表達IL-2Rβ的CAR-T細胞；
在複發或難治性淋巴瘤臨床前模型中，該系統均能實作持久的抗惡性良性腫瘤反應，并且能夠避免或限制由CAR-T細胞誘導的細胞因子釋放綜合征。
為進一步加強多效刺激，最近KALBASI等又基于正交IL-2受體模型，将正交IL-2Rβ胞内結構域替換為其他細胞因子（IL-9）受體的普通γ鍊（IL-9Rγ）胞内段來重定向信号,導緻全新的正交受體在受到刺激後同時激活了STAT1、STAT3和STAT5多個通路信号，可直接導緻再程式設計後的CAR-T細胞功能多樣性得到提升，在胰腺癌等實體惡性良性腫瘤模型中也展現出強大的抗惡性良性腫瘤活性。
三、syn Notch基因回路系統
傳統CAR-T細胞設計僅憑CAR的抗原識别來誘導T細胞活化，有脫靶效應（on-target off-tumor）的可能。
KOLE和HYRENIUS-WITTSTEN等成功地在細胞表面表達syn Notch受體系統，并建立了由syn Notch受體嵌入的CAR-T細胞，此時CAR-T細胞同時與抗原A和B結合并被激活；
與雙靶點CAR-T細胞不同，syn Notch受體在與惡性良性腫瘤表面的特定抗原A結合後，通過釋放轉錄因子激發T細胞表達靶向第二個抗原B的CAR，進而激活T細胞去行使殺傷惡性良性腫瘤功能，保護了僅表達抗原A或抗原B的正常細胞不被CAR-T細胞攻擊。
最近，一項新研究再次提升syn Notch基因回路的應用前景，ALLEN等将syn Notch基因回路與IL-2誘導回路結合，使生産IL-2的感應電路的激活繞過TCR或CAR的限制，包括消耗或抑制TCR信号的轉導，直接由syn Notch受體系統控制。
隻有當這些CAR-T細胞與惡性良性腫瘤細胞直接接觸時才自分泌IL-2，是以可以避免全身性釋放IL-2帶來的不良反應，又能有效增強CAR-T細胞的浸潤和免疫抑制性實體惡性良性腫瘤的清除。
