Science特刊：一文读懂经典癌症免疫疗法

编者按：2013年，《科学》杂志将癌症免疫疗法评选为“年度科学突破”。5年来，在癌症免疫疗法领域，我们见证了诸多可喜进展：首款抗PD-1疗法、首款抗PD-L1疗法、首款CAR-T疗法，均在这段时间里获批上市，给患者治疗的希望。日前，《科学》杂志将目光再次投向了癌症免疫疗法，推出特刊来回顾这一领域所取得的成就。在今天的这篇文章中，我们将首先关注最为人熟悉的癌症免疫疗法——免疫检查点抑制剂。

免疫检查点是一类能够负向调节免疫活性、抑制抗肿瘤效果的分子。通过靶向并抑制这些分子，我们看到在多种癌症类型中，患者都取得了前所未有的持久缓解。这是数十年科学转化的结果。

CTLA-4抑制剂

如果说免疫检查点抑制剂的研发历史上存在一个“决定性时刻”，相信许多人都会投给James Allison教授与Jeffrey Bluestone教授等人的重要发现——CTLA-4。这一蛋白的全名叫做细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白-4，能对T细胞起到抑制性的效果。

这个蛋白的作用机制很有趣。在T细胞受体与CD28的作用下，这一原本在细胞内部的蛋白会移动到细胞表面，结合关键的共刺激分子CD80与CD86，让CD28“缴械”，抑制T细胞的增殖与激活。在小鼠模型里，CTLA-4对免疫系统的重要性得到了验证。人们发现，缺少这种蛋白的小鼠，淋巴细胞呈暴发式增长，攻击小鼠几乎所有的器官，造成这些动物的死亡。

免疫检查点抑制剂的临床试验与获批进展（图片来源：《科学》）

从这些发现中，研究人员们看到了实际应用的潜力：如果我们能抑制CTLA-4蛋白，或许就可以重塑T细胞的活性。在James Allison教授等人的主导下，CTLA-4抗体在动物模型中展现出了良好的抗肿瘤效果，这些积极结果也将CTLA-4抑制剂推进到了临床阶段。

2000年，两款CTLA-4抗体进入了临床试验阶段，它们分别是ipilimumab与tremelimumab。研究人员们也很快意识到了CTLA-4抗体的两面性——从一方面看，它的确能在患者中带来肿瘤的持久消退。在晚期转移性黑色素瘤患者中，CTLA-4抑制剂的效果竟能在停药的10年后依旧得到保持！在两项大型3期临床试验中，人们证实相比多肽疫苗或标准的化疗，ipilimumab是首个显着延长转移性黑色素瘤患者生存期的疗法。它也在2011年获得美国FDA的批准上市。

但在另一方面，CTLA-4的缓解率相对较低，副作用也较为明显。在它之外，研究人员们正在不断寻找全新的免疫检查点抑制剂。

PD-1抑制剂

PD-1全名是程序性细胞死亡1蛋白。作为T细胞表面的一类受体，PD-1与肿瘤细胞表面表达的PD-L1结合后，会通过SHP-2蛋白对TCR下游信号分子进行去磷酸化，抑制T细胞的抗肿瘤能力。有意思的是，PD-1的免疫抑制效果主要体现在抗肿瘤上。研究人员们发现缺乏PD-1的小鼠并没有展现出严重的自身免疫反应。因此相对CTLA-4抑制剂，PD-1抑制剂的临床潜力更为广泛。

CTLA-4与PD-1抑制剂的作用机理（图片来源：《科学》）

首款被证实具有抗肿瘤潜力的PD-1抑制剂是由百时美施贵宝带来的nivolumab。早在2006年，它就完成了首名患者的给药。在罹患黑色素瘤、肾细胞癌、以及非小细胞肺癌的患者中，nivolumab展现出了不俗的客观缓解率，且副作用有限。这一早期试验的结果极大地鼓舞了研发人员的热情，也带来了临床管线的快速发展。

目前，5款针对PD-1/PD-L1的抗体已经得到了美国FDA的批准上市，它们分别是靶向PD-1的pembrolizumab和nivolumab，以及靶向PD-L1的atezolizumab、avelumab、与durvalumab。它们在各自针对的癌症领域取得突破性的疗效之外，还成为了首类不针对癌症病发部位，而是针对特定基因特征的疗法，是精准医疗时代的最佳案例之一。

随着大量临床数据的出炉，研究人员们也得以分析最能从PD-1抑制剂治疗中获益的癌症类型。目前看来，霍奇金淋巴瘤、梅克尔细胞癌、以及微卫星不稳定型/错配修复缺陷癌症、以及成人黑色素瘤是PD-1抑制剂大显身手的主战场，缓解率可达到50%-90%。由致癌物诱发的黑色素瘤也是PD-1抑制剂能起到明显效果的领域，缓解率为35%-40%。诸如非小细胞肺癌、头颈癌、胃癌、膀胱癌等癌症，缓解率则在15%-25%的区间。

PD-1抑制剂在不同癌症中的客观缓解率（图片来源：《科学》）

和常见的抗癌靶向疗法不同，一旦PD-1/PD-L1抑制剂展现出疾病的缓解，这一效果往往就能持续许久，癌症的复发率也较低。这是由于T细胞能“记住”癌细胞的模样。有不少人认为，PD-1疗法的研发是抗癌史上的一大里程碑。

抗PD-1疗法的耐药性

同样在大量临床数据的支持下，人们对抗PD-1疗法的作用机理有了更为深度的理解。我们发现，大部分在PD-1抑制剂或PD-L1抑制剂单药治疗下病情有所缓解的患者，T细胞在治疗前就有抗肿瘤的活性。但在这些浸润性T细胞识别肿瘤抗原后，会启动PD-1的表达，释放IFN-g，导致癌症细胞表达PD-L1，让T细胞放下武器，停止攻击。这一过程也被称为适应性免疫耐受（adaptive immune resistance）。因此，PD-1/PD-L1通路的抑制能有效恢复对肿瘤的免疫杀伤能力。

但对于缺乏T细胞浸润的肿瘤，抗PD-1疗法的效果就不是非常出色。人们发现有多种原因可以导致T细胞浸润的缺乏：第一个原因在于肿瘤带来的突变不足以产生可被识别的新抗原，因此免疫原性不足；另一个原因在于肿瘤对T细胞的主动排除。再往深挖，背后的生物学机制则更为复杂——基因表达、其他免疫检查点的抑制、免疫抑制细胞、以及肿瘤微环境都能带来影响。

了解PD-1抑制剂的作用机理，有望帮助理解它的耐药性形成（图片来源：《科学》）

即便肿瘤的免疫原性能触发特定的T细胞反应，癌细胞也没有就此束手就擒。它们会进行一系列涉及遗传物质和非遗传物质的改造，避免被免疫系统消灭。这些进程也被称为癌症的免疫编辑（cancer immunoediting）。这带来的后果比较多样：癌细胞可以通过改变基因，让最具免疫原性的突变小时，或是让参与抗原呈递的基因表达量下降。这都会导致对PD-1抑制剂的耐药。

目前我们知道，JAK1/2的基因失活可能是癌症免疫编辑的产物。在IFN-g受体通路中，JAK1与JAK2是信号传递的关键。只要缺少一个基因，信号就无法顺利传递下去，造成癌细胞的PD-L1无法顺利表达，造成PD-1/PD-L1通路抑制剂的失效。这一点已在JAK1/2基因完全失活的患者中得到了体现。

以上这些发现告诉我们，抗PD-1疗法的耐药性有着非常广泛的原因，仅靠单个生物标志物来筛选患者，可能是不够的。为此，人们建议要综合考虑DNA分析结果（针对肿瘤突变负担或是关键免疫通路的突变）、RNA分析结果（IFN-g信号通路的表达，肿瘤表型）、以及形态分析结果（CD8阳性T细胞的位置、肿瘤微环境）。目前，我们做的还非常不够。

免疫检查点抑制剂的组合疗法

作为最早出现的两类免疫检查点抑制剂，抗CTLA-4疗法与抗PD-1疗法早在2009年就迎来了第一次组合——研究人员们在一名患者身上同时施用了ipilimumab与nivolumab。后续的结果表明这两款药物的组合能起到协同作用，它们也在2015年成为首款获批上市的免疫检查点抑制剂组合疗法。

这款组合疗法的机理有望给研究人员们带来启示——CTLA-4主要与引流淋巴结里的抑制性交叉响应（cross-talk）有关，而PD-1/PD-L1则主要集中于肿瘤微环境中起作用；此外，James Allison教授课题组最近的研究还发现，CTLA-4与PD-1的抑制会带来T细胞的不同表型特征。通过组合不同的作用机制，免疫检查点抑制剂疗法有望发挥出更大的潜力。

目前，大量临床试验正在进行之中：人们基于原发性和适应性耐药机制，正在寻找潜在的新组合；针对肿瘤中过低的T细胞浸润，人们在开发TLR激动剂和溶瘤病毒以改善肿瘤微环境；为了防止T细胞被肿瘤主动排除，IDO成为了热门靶点；针对调节性T细胞与巨噬细胞的疗法也正在开发中……

这是一个肿瘤免疫疗法进入井喷的时代，基于免疫检查点抑制剂的组合疗法在这片广阔的天地中有足够大的空间来施展拳脚。未来的局限不再是创新治疗方案的缺乏，而是在爆炸式的增长下，我们是否能招募到足够多的患者，启动足够多的临床试验，来回答我们真正想要回答的问题。而这些问题的答案，才是真正通往成功的关键。

参考资料：

[1] Cancer immunotherapy using checkpoint blockade

来源：药明康德