以嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法为代表的先进治疗药物在肿瘤治疗中展现出革命性前景，但其伴随的免疫效应细胞相关神经毒性综合征（ICANS）是重要的剂量限制性毒性，严重时可危及生命。深入理解ICANS发生的分子机制，特别是外周免疫激活、血脑屏障破坏及中枢炎症级联反应的核心通路，对于开发有效的预防和治疗策略至关重要。上期内容介绍了先进治疗药品神经毒性的临床表现（点击此处查看原文），本文将聚焦神经毒性的分子机制进行分享。

ICANS患者中IL-1、IL-6、IFN-γ、TNF-α和GM-CSF等循环细胞因子显著升高，表明存在外周免疫过度激活，进而导致血管和器官损伤。其核心机制涉及单核细胞/巨噬细胞的活化：一方面，CAR-T细胞快速扩增并释放IFN-γ、TNF-α和GM-CSF，以级联方式激活“经典活化的巨噬细胞”；另一方面，肿瘤裂解释放的DAMPs（如ATP、HMGB1）也通过Toll样受体激活巨噬细胞。这些活化的巨噬细胞继而大量分泌IL-1、IL-6和TNF-α等关键炎性介质，既是免疫激活的产物，也是进一步放大炎症反应的效应器，共同加剧神经毒性。

IL-1在CRS/ICANS患者血清和脑脊液中的升高早于IL-6约24小时，提示其可能是潜在的驱动因素。支持此观点的是，能穿过血脑屏障的IL-1受体拮抗剂Anakinra可有效缓解CRS/ICANS症状，并在致命性神经毒性中预防脑膜巨噬细胞浸润；而IL-6受体阻滞剂Tocilizumab则无此作用。

IL-6的作用存在争议。部分研究认为单核细胞来源的IL-6不影响CAR-T细胞功能；也有研究显示CAR-T细胞过表达IL-6可增强其活性，敲除IL-6则降低单核细胞IL-6分泌但不影响抗肿瘤效果。

ICANS患者体内儿茶酚胺（去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺）水平升高，可整体影响CAR-T及宿主免疫细胞活性。受刺激的宿主巨噬细胞和中性粒细胞能通过自放大回路产生儿茶酚胺，同时T细胞上肾上腺素能受体表达上调，共同导致免疫失调和组织损伤（具体机制尚不完全清楚）。针对此，抑制儿茶酚胺合成的药物（如甲酪氨酸）和具有抗炎功能的心房钠肽（ANP）在CRS模型中被证实能减少细胞因子分泌并提高生存率。综上所述，除活化的CAR-T细胞与单核/巨噬细胞相互作用外，肾上腺系统（儿茶酚胺）和肿瘤裂解物（DAMPs）通过级联扩增共同加剧了外周免疫过度激活和神经毒性。

图1 外周免疫过度激活机制

① 经CAR识别肿瘤抗原后，活化的CAR-T细胞释放多种细胞因子，包括IFN-γ、TNF-α和GM-CSF；② 这些细胞因子进一步激活髓样细胞（如单核细胞和巨噬细胞），并诱导其产生过量的IL-1、IL-6和TNF-α；③ 来自肿瘤细胞裂解的损伤相关分子模式(DAMPs)也可能通过Toll样受体（TLR）信号促进髓样细胞活化；④ 过量的IL-6可直接与CAR-T细胞和髓样细胞上的mIL-6R结合，或与sIL-6R形成复合物后与gp130结合，形成自扩增回路；⑤ 活化髓样细胞分泌的儿茶酚胺通过α-肾上腺素能受体全面增强对ICANS的影响，并促进CAR-T细胞功能。

BBB的功能完整性在很大程度上取决于内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）。ECs排列于血管内腔面形成可渗透屏障，与外层的平滑肌细胞和周细胞共同维持血管完整性并调节物质交换。ECs不仅维持免疫系统稳态，也介导病理变化，在免疫应答过程中调节细胞因子分泌、免疫细胞迁移及其他炎症介质。

复杂的信号通路通过特异性配体-受体相互作用调节内皮功能和通透性，其中血管内皮生长因子（VEGF）/VEGF受体轴和血管生成素（Ang）/Tie轴发挥关键作用。VEGF调节血管形成和功能，而Ang1与Ang2之间的平衡对血管稳态至关重要。

Ang1以β1-整合素依赖的方式促进Tie1/Tie2复合物形成，主导血管静止状态。Tie1/Tie2异源二聚体对纤维连接蛋白和胶原蛋白具有高亲和力，可将ECs固定在细胞外基质上。Tie2激活还诱导下游信号通路，阻止磷酸化叉头盒蛋白O1（FOXO1）向细胞核转运。

在炎症刺激下，原本在EC的Weibel-Palade小体（WPB）中合成并储存的Ang2会大量释放，以自分泌调节模式发挥作用。高水平的Ang2与Ang1竞争性结合Tie2受体，对Tie2信号传导产生拮抗作用。

炎症下EC中Tie2表达的降低是由NF-κB依赖性转录调节和蛋白水解切割诱导的翻译后调控介导的。Tie2信号的失活恢复FOXO1活性，促进其核易位，并通过正反馈回路驱动Ang2表达。

图2 Ang/Tie轴调节内皮稳态

生理状态下，Ang1占主导地位，与内皮细胞(EC)表面的Tie2受体结合，形成稳定的复合物。Ang1/Tie2下游信号通路使FOXO1磷酸化，抑制其核易位，维持内皮细胞静止状态；内皮活化后，储存在EC内Weibel-Palade小体的Ang2被释放到细胞外空间，与Ang1竞争性结合Tie2，发挥拮抗作用。FOXO1核易位得以恢复，通过基因转录调控促进内皮细胞活化。

升高的外周细胞因子显著改变ICANS患者的内皮细胞稳态。IL-6和GM-CSF均被认为是CAR-T治疗后CRS和ICANS的生物标志物。TNF-α、IL-6和其他促炎介质可促进内皮细胞活化和通透性增加，导致脑缺血、出血、水肿等脑血管事件和神经毒性。

通过刺激内皮细胞产生基质金属蛋白酶（MMPs），以剂量依赖的方式影响内皮稳态，降解细胞外基质。低水平TNF-α可能具有神经保护作用，而过量的TNF-α则诱导内皮细胞产生MMP-2和MMP-9，破坏正常的细胞-基质粘附，诱导细胞肿胀和死亡，损害微血管完整性和通透性。TNF-α还通过TNFR2介导的PI3K/Akt通路促进白细胞粘附、渗出和血管渗漏。单克隆抗体中和TNF-α活性后可显著减少脑水肿。

生理条件下血清IL-6维持在极低水平，但在炎症时迅速升高。有证据表明，EC在响应循环中可溶性IL-6时，还会分泌级联扩增的IL-6。炎症状态下，IL-6R和反式信号通路在外周和脑EC中均被诱导。在CAR-T细胞中内源性抑制IL-6或GM-CSF，可通过下调与髓样细胞的相互作用降低血清IL-6水平并恢复内皮通透性。

图3 ICANS 发展过程中内皮细胞失调的分子机制

① ICANS过程中，过量的循环IL-6与IL-6/sIL-6复合物通过 Ras/MEK/MAPK通路、PI3K/AKT通路和JAK/STAT3通路对EC产生促炎症作用，诱导EC产生更多IL-6，形成正反馈回路；② TNF-α结合TNFR，通过NF-κB通路转导信号，促进EC炎症反应；③ TNF-α增加活性氧（ROS）积累，上调MMP2/9介导的细胞外基质（ECM）降解，导致内皮完整性破坏；④ 损伤相关分子模式(DAMPs)也可通过暴露组织因子和胶原导致内皮损伤，诱导血管性血友病因子（vWF）从Weibel-Palade小体释放到细胞外空间，促进凝血和血栓形成。

CAR-T治疗后，内皮活化诱导的BBB破坏与通透性增加引发ICANS随后的CNS非感染性炎症。具有功能可塑性的免疫细胞浸润中枢神经系统，伴随细胞因子过多，可改变局部免疫微环境，诱发星形胶质细胞损伤、小胶质细胞活化和神经元功能障碍，并伴有相应症状。

在ICANS患者中，中枢神经系统存在免疫细胞浸润现象。脑脊液检测证实存在 CAR-T细胞 和 CD14^⁺髓样细胞，且浸润的CAR-T细胞具有异质性，包含 Th1、Th17 和 Treg 亚群。单细胞RNA测序（scRNA-seq） 进一步揭示这些细胞的分子特征，涉及T细胞受体（TCR）、细胞因子受体、免疫激活、迁移及分化相关基因的表达模式；其中，具有单核细胞样转录特征的异常CAR-T细胞亚群与严重ICANS密切相关。死亡病例的脑组织病理学检查也观察到大量白质浸润及血管周围巨噬细胞增多。迁移机制研究表明，脑内皮细胞上粘附分子VCAM-1和ICAM-1的表达上调，同时 CAR-T细胞表面VLA-4（α4β1整合素）表达显著升高，这提示CAR-T细胞可能通过 VCAM-1/VLA-4介导的黏附机制迁移至中枢神经系统。此外，脑脊液细胞因子分析显示 IFN-γ、TNF-α、GM-CSF、IL-1、IL-6和IL-10水平升高，其变化模式与血清相似，表明CNS局部存在强烈的促炎环境。至关重要的是，异种移植小鼠模型实验证实，中和GM-CSF能有效减少CAR-T细胞及骨髓来源髓样细胞向CNS的浸润，凸显了GM-CSF在驱动神经毒性免疫浸润中的作用及其作为潜在治疗靶点的价值。

在ICANS的病理进程中，星形胶质细胞的激活、损伤与功能障碍扮演关键角色。其病理特征表现为：

在婴幼儿ICANS病例中，小胶质细胞表现出不同的定位模式：一名CAR-T相关脑水肿患者表现为广泛分布，而另一名患者则定位于血管周围。这些差异可能归因于个体的异质性以及特定脑区对炎症刺激敏感性的不同。小胶质细胞作为中枢神经系统的常驻巨噬细胞，具有高度异质性特征，包括补体反应性、吞噬能力和致神经退行性病变。它们表现出显著的可塑性，能够激活多种代谢和免疫途径以调节正常神经元功能，其激活状态可通过标志物OX-6和OX-42进行识别。

在血管源性水肿期间，激活的小胶质细胞分泌IL-1和TNF-α，导致BBB通透性增加和神经元损伤。其中，IL-1主要通过短暂打开内皮细胞间的紧密连接诱导暂时性、可逆性的通透性增加，而TNF-α则因其内皮细胞毒性导致更长期的影响。此外，IL-6也能诱导小胶质细胞激活并促进其自身产生更多IL-6，导致神经元损伤和星形胶质细胞增生；值得注意的是，中和IL-6可上调星形胶质细胞上半乳糖凝集素-1的表达，并显著降低小胶质细胞的激活。

另一个特殊的小胶质细胞亚群（IFN-M），在AD模型中被发现具有多个干扰素刺激基因（IFN-stimulated genes）的转录谱，表明其可能参与认知功能的调节。小胶质细胞的激活及其介导的炎症反应也参与其他病理过程，例如在脑疟疾中，它们与脑血脑屏障破坏和脑水肿相关的神经毒性密切相关。

这与中枢神经系统过度炎症引发的神经胶质细胞功能障碍及神经递质失调密切相关。值得注意的是，脑脊液中谷氨酸与喹啉酸水平升高，可能揭示了不同程度ICANS患者出现脑电图背景活动异常及临床症状的关键因素。谷氨酸作为关键神经递质，参与调节学习与记忆过程；病理状态下，暴露于IL-1β的星形胶质细胞表现为谷氨酸转运蛋白表达减少，其再摄取功能显著受损。

生理性TNF-α对维持正常神经元功能具有重要作用，而过量的TNF-α则通过促进谷氨酸释放并抑制其再摄取，导致细胞外谷氨酸异常积聚。此外，TNF-α还可通过上调谷氨酸受体表达并诱导GABA受体内吞作用，引发神经元长期兴奋性改变。喹啉酸作为细胞外谷氨酸积累的刺激剂，可通过外源性Ca²⁺内流诱导突触体去极化。

高水平IL-6则以钙离子依赖性方式显著改变神经元兴奋性，包括降低神经元放电率、振荡放电模式、延长抑制期，并增强神经毒性效应。

CAR-T等先进治疗药物引发的神经毒性是一个由外周免疫过度激活（CAR-T-髓样细胞-细胞因子风暴-肾上腺系统）启动，通过关键细胞因子（如IL-1, IL-6, TNF-α, GM-CSF）破坏内皮稳态及血脑屏障完整性，最终导致免疫细胞浸润中枢、神经胶质细胞（星形胶质细胞、小胶质细胞）激活/损伤以及神经元功能障碍的复杂级联过程。深入解析这些相互交织的分子机制和炎症通路，不仅揭示了ICANS的病理本质，也为精准干预（如靶向IL-1、GM-CSF、儿茶酚胺、内皮激活通路或胶质细胞反应）提供了理论基础，以期实现高效抗癌与神经安全性的平衡。

参考文献：

 1. Gu T, Hu K, Si X, Hu Y, Huang H. Mechanisms ofimmune effector cell-associated neurotoxicity syndrome after CAR-T treatment, WIREs Mech Dis.2022:14(6):e1576.doi:10.1002/wsbm.1576