百家谈03期|从150年前开始,长谈肿瘤免疫治疗

关键字:癌症治疗,免疫治疗,综述

阅读用时:约7分钟

导语:免疫治疗,作为手术、放疗、化疗和靶向治疗之外,癌症治疗的第五种疗法。本文通过多篇文献和资料,系统性梳理癌症免疫治疗的技术、发展和应用。难免有疏漏,欢迎留言指正补充。
  划重点  

1. 免疫治疗有何用?

2. 150年来现代癌症免疫学中重要事件的时间表

3. 免疫治疗如何治疗癌症

4. 免疫治疗类型:细胞因子,疫苗,溶瘤病毒,过继性细胞疗法,免疫检查点抑制剂

5. 讨论:突变负荷、肠道细菌、非受体配体形式、挑战等

 

1.免疫治疗,有什么用?

2017年7月,我国首个获批的预防宫颈癌HPV(人乳头瘤病毒)疫苗被批准上市,即葛兰素史克(GSK)生产的希瑞适。随后,从2017年底到2018年初,深圳、上海等多地医院的2价、4价HPV疫苗开始接种,每针价格在700元上下[1]。

接种HPV疫苗,就是一种安全的主动免疫疗法。和主动免疫治疗法相对的,是被动癌症免疫疗法,即是在癌症发生后,用免疫治疗相关药物来进行控制癌症的进一步发生或转移等。

2015年12月,91岁的美国前总统卡特对外宣布,经过6个多月的治疗,MRI(磁共振成像)扫描显示看不到任何癌细胞。卡特的癌症治疗采用的是手术+放疗+免疫疗法(PD-1抑制剂)的联合疗法:手术切除肝脏肿瘤,放疗脑部肿瘤,再用免疫疗法巩固。这里体现了免疫疗法对转移性黑色素瘤的效果,也看到PD-1抑制剂的副作用可控,即使是对于90岁以上老年患者 [2]。

 

2.免疫治疗,历来已久?从150年前,一名德国医生Wihelm Busch将一名不能手术的肉瘤患者故意感染丹毒(erysipelas)发现肿瘤缩小(患者后来在感染后死去)开始,到近两年FDA批准PD-1、PD-L1、CAR-T等免疫疗法治疗黑色素瘤、膀胱癌、B-细胞急性淋巴细胞白血病等,“免疫治疗”的理论和方法经过无数的科学家和一线临床工作者的探索和优化[3],基因慧整理如下表。“免疫治疗”,核心本质是激活人体内自身的免疫系统,对抗癌细胞。免疫治疗之前较为流行的靶向治疗,后者是通过抑制对肿瘤非常重要的蛋白来直接“杀敌”,而免疫治疗则是激活自身的“战斗值”。靶向治疗即是精准的化疗,本质一样;放疗则是通过放射性仪器或放射性药物,依靠高能量射线攻击癌细胞,主要用于局部肿瘤。从缺乏精准度上,放疗和化疗的副作用相对比较大,这也是为什么免疫治疗和靶向治疗推崇的原因之一。

 

表1:现代癌症免疫学中重要事件的时间表,1868-2017

 (基因慧编译)

时间科学家发现或成果
1868Wilhelm Busch首次报道了一例患者有意感染丹毒(erysipelas)后其肿瘤显着缩小[4]。
1883Elie Metchnikoff发现青蛙体内的吞噬细胞(巨噬细胞)[5]; 1908年获诺贝尔奖。
1890Emil von Behring和KitasatoShibasaburō发现抗体(白喉和破伤风) 1901年获得诺贝尔奖[6]。
1891William Coley为癌症患者注射了细菌,其中许多患者的肿瘤消退[7]。
1895Jules Bordet发现补体(complement); 1919年获诺贝尔奖[8]。
1897-1901Paul Ehrlich发布抗体特异性的“侧链”理论(适应性免疫,自身免疫); 1908年获诺贝尔奖[9]。
1901Karl Landsteiner发现了人类ABO血型系统以及Rh血型系统;1930年获诺贝尔奖[10]。
1901-1908Carl Jensen和Leo Loeb报道了小鼠移植肿瘤的排斥反应[11,12]。
1914Clarence Little报道了可移植肿瘤排斥的遗传基础[13]。
1909-1920Leonell Strong和Clarence Little建立了近交系小鼠[14]。
1948P.Gorer,S.Lyman和G.Snell首次报道组织相容性抗原是移植排斥的基础,G.  Snell,B. Benacerraf 和J. Dausset 获1980年诺奖[15]
1955N. Jerne提出自抗体形成的自然选择理论,1984年获诺贝尔奖[16]。
1956R.Billingham,L.Brent和P.Medawar发现获得性免疫耐受性。诺贝尔奖于1960年授予Medawar和F. Burnet[17,18]。
1957 Richmond Prehn和Joan Main报道移植的同基因肿瘤的免疫排斥反应[19]。
1957Alick Isaacs和Jean Lindenmann干扰素被发现,被描述为赋予病毒干扰特性的因素[20],其抗白血病作用于1984年报道。
1959Lewis Thomas和F. Macfarlane Burnet提出“癌症免疫监视学说”[21-23]。
1959Gerald Edelmann和Rodney Porter发现抗体的化学结构,1972年获得诺贝尔奖[24-27]。
1959Lloyd Old,Donald Clark和Baruj Benacerraf报道BCG(卡介苗)在小鼠模型中表现出抗肿瘤作用[28]。
1973 Ralph Steinman和Zanvil Cohn首次描述树突状细胞[29]。Steinman在2011年荣获诺贝尔奖。
1974Peter Doherty和Rolf Zinkernagel首次报道了细胞介导免疫的特异性[30,31];  1996年获得诺贝尔奖。
1975George Koehler和Caesar Milstein制造出单克隆抗体[32,33];1984年获得诺贝尔奖。
1976Susumu Tonegawa发现抗体多样性遗传原理[34,35]; 1987年获诺贝尔奖。
1982James Allison,B. McIntyre和D. Bloch发现了T细胞受体[36]。
1984/首例毛细胞白血病患者获得干扰素应答[37]。
1991Pierre van der Bruggen等首次报道T细胞识别人类肿瘤抗原[38]。
1996Dana Leach,Matthew Krummel和James Allison发现CTLA-4阻断抗体可以治疗动物模型中的肿瘤[39]。
1998B.Beutler等发现先天免疫激活[40];2011年B.Beutler获得诺贝尔奖。
2001L.J.Old,R.Schreiber无B或T细胞的Rag2 – / – 免疫缺陷小鼠,表现出对自发和致癌物诱导的肿瘤的增加的易感性[41]。
2005F.Pagès,A.Berger等发现大肠肿瘤中记忆T细胞预测临床结果[42]。
2010/自体细胞免疫疗法的癌症疫苗(sipuleucel-T)被FDA批准用于治疗转移性无症状IV期前列腺癌[44,45]。
2010W. Qasim,H. Zhan等第一次成功使用基因编辑的T细胞治疗人CD19 +恶性血液肿瘤[46]。
2011/FDA批准用于治疗IV期黑素瘤的首个检查点抑制剂CTLA-4单抗(ipilimumab)[47]。
2012 Doudna和E. Charpentier等发现CRISPR / Cas9基因组编辑方法[48]。
2013F.Chang等首次在真核细胞中使用CRISPR / Cas9技术[49]
2016/PD-1单抗(pembrolizumab)被批准用于治疗黑色素瘤[50]
2016M.Halpert,V.Konduri等发现树突细胞CTLA-4在Th-1免疫中的作用[51]。
2016/PD-L1(atezolizumab)被批准用于治疗膀胱癌[52]。
2016/基于CRISPR基因编辑技术的CAR-T细胞治疗首次在人身上测试[53]。
2017/一种具有检查点抑制剂功能的酶,吲哚胺2,3-双加氧酶IDO1抑制剂的I / IIa研究展示出应用前景[54]。

 

3.免疫系统,如何治疗癌症?

简化来看,“免疫治疗武器”包括先天性和适应性两种。

先天性免疫系统,包括树突细胞,自然杀伤细胞(NK),巨噬细胞,嗜中性粒细胞,嗜酸性粒细胞,嗜碱性粒细胞和肥大细胞。 先天性免疫细胞不需要事先被抗原刺激,并作为抗外来抗原的第一道防线。

适应性免疫系统,包括B淋巴细胞,CD4 +辅助性T淋巴细胞和CD8 +细胞毒性T淋巴细胞(CTL)。需要抗原呈递细胞(APC)对其活化进行呈递。 适应性免疫系统产生抗原特异性T细胞和B细胞淋巴细胞。

每个细胞每天大约经历超过20,000次DNA损伤事件,经过DNA修复的细胞回归正常,而没有被修复且获得恶性或潜在恶性变化的细胞通常被肿瘤免疫监视系统识别并杀死。

因为恶性细胞会发生超过11,000个基因组突变,因此可能会表达许多新的肿瘤相关抗原(TAAs)。 TAA包括突变的原癌基因、肿瘤抑制基因、过表达或异常表达的蛋白质、肿瘤抗原,癌周抗原,改变的糖脂和糖蛋白以及细胞类型特异性分化抗原的产物。这些新的TAA或其片段以其主要组织相容性复合体(MHC)分子呈现在细胞表面上。然而,由T细胞抗原受体识别的抗原-MHC复合物,还不足以活化初始T细胞,还需要额外的刺激信号。这个信号就来自T细胞表面上的CD28受体与APC上的配体B7接合。CD28受体/ B7配体组合或“免疫突触”刺激T细胞的增殖和功能。在活化的T细胞和其他细胞(包括肿瘤细胞)之间可能存在许多其他受体/配体组合,例如PD-1 / PD-L1和CTLA-4 / B7等。MHC以及受体/配体激活T细胞后,肿瘤免疫监视系统进一步消灭肿瘤细胞。

问题来了,一些恶性细胞能够通过控制自身特征,以及“招募”正常的免疫细胞来创建自己的“肿瘤微环境”并生产各种细胞因子和趋化因子,部分获得成功的肿瘤细胞能就能逃避肿瘤免疫监视系统,俗称“肿瘤免疫逃逸机制”。此处不做赘述。详情请参考以下参考链接。

 

4.肿瘤免疫治疗,有哪些方法?

术语“免疫疗法”包含各种各样的概念和方法,其中主要方式举例如下:

1) 细胞因子(生物应答修饰剂)

细胞间的“通讯员”,类似激素或神经递质的蛋白及多肽,可以由多种细胞释放,用于细胞间沟通的信号。

2) 疫苗(生物应答修饰剂)

疫苗一词“vaccine”源自于爱德华·金纳所使用的牛痘。“vacca”为拉丁文,意即牛。当人类接种牛痘后,能对天花产生抗体。派发及接受疫苗的过程称为接种。这样一来,下面这句定义比较好理解了,疫苗是用细菌、病毒、肿瘤细胞等制成的生物制剂,可使机体产生对特病疾病的免疫。从1796年,史上第一剂疫苗:牛痘疫苗对抗天花到2012年,我国宣布成功研发出E型肝炎疫苗超过30种 。

3)溶瘤病毒

溶瘤病毒是一类新兴的癌症治疗药物,位于生物治疗和免疫治疗的交界处。这些病毒经过基因修饰,缺乏对正常细胞的毒力,但能够侵入并裂解已经丧失绝大部分抗病毒细胞防御能力的癌细胞。2015年FDA批准用于治疗晚期黑色素瘤的溶瘤病毒是命名为“T-VEC”的单纯疱疹-1型病毒(HSV-1)。T-VEC直接注射到外科医生无法去除的黑色素瘤区域。

4)过继性细胞疗法(ACT)

过继性细胞疗法主要包括肿瘤特异性T细胞的分离和体外扩增,然后输注回癌症患者。比较耳熟能详的过继性细胞疗法,包括嵌合抗原受体T细胞——CAR-T细胞——疗法。2017年,首个CAR-T细胞产品,CTL019(商品名Kymriah),获美国FDA批准用于治疗25岁以下复发性或难治性B-细胞急性淋巴细胞白血病患者。

革命性的CRISPR/Cas9作为一种更简单、更高效的基因编辑方法于2012年首次报道[55]。它的本质是指细菌和古细菌通常用于保护免受病毒和质粒侵入核酸的方法。 2013年,该方法适用于真核细胞[56],2016年下半年,四川大学的一个研究小组成为第一个在人体中使用CRISPR编辑的细胞[57]。其他类似的试验计划于2017年在美国开始。基因编辑给CAR-T疗法如虎添翼,研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑工具,对免疫细胞进行基因工程改造,构建出了更有效的嵌合抗原受体(CAR)T 细胞。

5)免疫检查点抑制剂

通俗地讲,免疫细胞会产生抑制自身的蛋白小分子。肿瘤细胞利用这种机制抑制免疫细胞,从免疫系统中逃脱。免疫检查点抑制剂类药物,可解除这种抑制作用,让免疫细胞重新激活并消灭癌细胞。已经发现了超过20个检查点分子对,包括共刺激和共抑制。

1996年,Leach,Krummel和Allison报道CTLA-4阻断单克隆抗体(Mabs)可在动物模型中治疗肿瘤[72]。这些单克隆抗体被称为“免疫检查点抑制剂”(ICIs)曝光比较多的免疫检查抑制剂如PD-1/PD-L1单抗,也是目前研究最多的ICIs。原理简要介绍如下图:

图:免疫疗法药物PD-1抗体的简要原理

FDA已批准的免疫检查点抑制剂对应及其具体的适应症,选择时需配合相关基因检测等检查和详细病症对应,例如:

Keytruda,治疗难治性经典霍奇金淋巴瘤(cHL)的成人和儿科患者,或经三次以上治疗复发的患者)。

Opdivo,适用于不可切除或转移性黑色素瘤及ipilimumab治疗后病情进展的BRAF V600E突变患者。

 

5.肿瘤免疫治疗,边界和触角

1)边界:从实验室到床边的系统研究

免疫疗法,特别是肿瘤免疫疗法,近年来呈现指数级增长,与临床试验中令人的结果和FDA陆续批准的产品相关。从患者研究的推理研究实质上是属于“逆向翻译研究”(reverse translational research),或者与通常期望的“从实验室到床边”(bench to bedside)原则有一定举例。后者要求,针对治疗前,治疗后和治疗后的个体组织进行遗传、表型、功能和免疫组织化学等系统性研究。

2)触角:突变负荷

免疫治疗药物与免疫系统相互作用复杂,其中包括比如免疫检查点抑制剂(ICIs)给药的时机,与肿瘤中的高炎症性微环境一致,才能确保更多CD8 + T细胞抵抗肿瘤。这通常与先前的常规化学疗法引起的肿瘤坏死相关,并且与肿瘤中存在的突变数目(“突变负荷”)有关。比如,吸烟的肺癌患者具有较高的突变负荷,并显示出对ICI更加敏感[58]。结直肠癌通常由于缺乏DNA修复而具有高突变/高新抗原负荷,已被证实对ICI有良好的反应[59]。

3)触角:患者的肠道细菌

患者的肠道细菌也需要考虑,在最近的一篇文献中[60],用抗PD-1抗体治疗的转移性黑素瘤患者的研究中,肠道微生物组的多样性和组成不同,无响应者表现出更少的多样性和更高丰度的类杆菌,而响应者具有更高的多样性和更高的梭菌目丰度。另一项对转移性肾细胞癌患者的研究显示,在接受ICI治疗前一个月接受广谱抗生素治疗的患者中,肿瘤进展更快[61]。

4)例外:并非都是受体或配体的形式

并非所有免疫检查点或免疫调节分子都采取受体或配体的形式。有些可能由细胞表达为游离可溶形式,如吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO1),一种活化的巨噬细胞产生的酶,也被许多肿瘤过度表达,该酶耗尽微环境中的色氨酸,产生分解代谢物犬尿氨酸,其损害细胞毒性T细胞。

5)免疫疗法的“魔力”和挑战

免疫系统具有记忆能力,在肿瘤变异出现时免疫系列能快速识别并摧毁肿,这是免疫疗法两个关键优势。

 

今后面临的挑战,包括:

1)为什么免疫疗法治疗在某些癌症和某些患者中发挥显著作用,而其他患者则完全没有作用;

2)曾经对治疗敏感的肿瘤如何获得耐药性;

3)探索对其肿瘤显示很少或没有免疫应答的患者的免疫治疗方法;

4)药物经济学也需要考虑。使用ICI抗体的典型治疗费用每年接近150,000美元。由FDA批准用于晚期或不能手术的黑色素瘤的ipilimumab和nivolumab的组合对于治疗反应的患者每年花费256,000美元。根据FDA的规定,成本较低的生物仿制药亦可以帮助患者获得部分缓解;

5)免疫疗法尚未成为癌症治疗的灵丹妙药,被批准的免疫治疗药物往往用于没有其他令人满意的治疗选择,并不能作为一线治疗。 同时,我们也看到FDA在2017年批准的抗PD-1抗体pembrolizumab用于治疗任何不可切除或微卫星不稳定性高或错配修复缺陷的实体瘤,这是首个批准基于常见生物标志物,而非肿瘤发生位置的癌症治疗方法。

面临这些挑战,国内公司也是纷纷投入这一事业中,从PD-1/PD-L1的药物及CAR-T技术的研发、肿瘤精准免疫标志物的检测等,这一探索之路仍然漫漫兮其修远兮,目前,国内尚未PD-1/PD-L1药物的上市,针对实体瘤的CAR-T技术仍然只有个别1期临床试验结果的报道,而肿瘤免疫标志物的检测更是众多,缺乏统一的评价标准及阈值,这些问题都亟需更多临床积累以及大数据的挖掘、分析研究。

 

就在去年的10月,仁东医学(原誉衡基因)提出“万人肿瘤免疫方舟计划”,首次提出不应该只局限于基因检测数据的积累,而应该专注于从技术积累到实现临床转化,通过与临床专家、药厂及肿瘤大数据公司合作,致力于连接基因数据、临床随访数据以及用药数据,共同打造大数据闭环。旨在运用人工智能及大数据分析,建立中国人群肿瘤精准免疫诊疗评价体系和评价标准,开发免疫治疗相关生物标志物。

 

据悉,目前方舟计划的药厂合作部分已经启动,哈尔滨誉衡药业股份有限公司(誉衡药业)申办的治疗用生物制品1类新药GLS-010注射液的临床试验已经正式启动,依据方案设计需要对受试者的肿瘤组织的多个标志物进行检测分析,仁东医学全面负责这些项目的结果检测以及分析工作,目前已经有胃癌、食管癌、肝癌等多个癌种相关样本完成了相关检测。而仁东医学的海外研发中心也在正在启动,以匹兹堡大学大数据专家为中心的一批海外资深数据分析专家也正在为这一事业努力,我们也期待能早日看到数据成果分享。

扫码关注了解更多仁东医学

【更多深度文章】

欢迎扫描关注基因慧官方微信,查看更多内容

 

版权所有,未经允许不得转载。基因慧:数字健康创新创业大数据平台 » 百家谈03期|从150年前开始,长谈肿瘤免疫治疗

相关推荐

抢沙发