CAR由胞外抗原识别结构域和胞内信号转导结构域组成。抗原识别结构域最常见的是单链抗体(scFv)，其源自抗体的重链和轻链的可变区，通过铰链以及跨膜结构域锚定在细胞上，并与TAA结合而不涉及主要组织相容性复合体(MHC)。
跨膜间隔物也称为铰链结构域，由CD8和IgG4分子组成，是胞内外结构域之间的连接环节。胞内信号转导结构域由激活T细胞所必须的CD3ζ分子组成，基于此，CAR受体共分为4代。CD3ζ在第一代中仅是胞内结构域，随着CAR-T技术的发展，在胞内信号区添加共刺激分子如CD28、4-1BB或OX-40等，可增强T细胞活化增殖能力及抗肿瘤作用的持久性。
第一代CAR-T胞内信号结构域只包含一个CD3ζ分子，能够特异性激活T细胞的杀伤毒性，但在体内增殖存活受限。第二代和第三代CAR除了CD3ζ外还分别包含一种或两种共刺激分子如CD28、4-1BB和OX40，进一步提高了CAR-T细胞的增殖能力和杀伤毒性。第二代和第三代CAR-T细胞都表现出较强的抗肿瘤效果。
第四代CAR是在第二代或第三代的基础上增加了可以编码CAR的载体，可加载一些细胞因子增强活化CAR的信号通路，激活和募集先天免疫细胞清除肿瘤细胞，并可整合自杀基因、表达免疫因子等作用实现精准调控。
CAR-T细胞疗法已在表达CD19血液系统恶性肿瘤中显示出良好前景，美国FDA批准了两款用于治疗急性淋巴细胞白血病和复发或难治性大B细胞淋巴瘤的CART药物，推动了CAR-T细胞治疗领域的发展。尽管CART细胞在血液系统恶性肿瘤的治疗方面取得了显著疗效，但是在实体瘤中的疗效尚未明确。
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