免疫疗法为啥能获诺贝尔奖？这些知识点你要知道
正如很多人所言，艾利森教授与本庶佑教授，以及其他科研人员在免疫疗法上的开拓性贡献，彻底改变了人类对抗癌症的格局。...
美国科学家詹姆斯·艾利森（James P. Allison）和日本科学家本庶佑（Tasuku Honjo）获得2018年诺贝尔生理学或医学奖，以表彰他们在“发现负性免疫调节治疗癌症的疗法”所做出的贡献。
正如很多人所言，艾利森教授与本庶佑教授，以及其他科研人员在免疫疗法上的开拓性贡献，彻底改变了人类对抗癌症的格局。
詹姆斯·艾利森（James Allison）和本庶佑（Tasuku Honjo）
詹姆斯·艾利森（James P. Allison），美国免疫学家。现任美国德克萨斯大学安德森癌症中心免疫学系教授兼主任，同时也是癌症研究所（CRI）科学顾问委员会主任。研究方向主要针对T细胞的发展和活动机制，和肿瘤免疫治疗的新策略的发展。艾利森在免疫细胞的分子表面发现，一种名为CTLA-4的蛋白起到了“分子刹车”的作用，从而终止免疫反应。抑制CTLA-4分子，则能使T细胞大量增殖、攻击肿瘤细胞。基于该机理，第一款癌症免疫药物伊匹单抗（ipilimumab，用于治疗黑色素瘤）问世。他的发现为那些最致命的癌症提供了新的治疗方向。2014年获生命科学突破奖、唐奖生技医药奖、霍维茨奖、盖尔德纳国际奖、哈维奖、2015年获拉斯克临床医学研究奖。
本庶佑（Honjo Tasuku ，1942年1月27日－），日本医生、医学家，美国国家科学院外籍院士，日本学士院会员。现任京都大学客座教授。 本庶佑于1992年发现T细胞抑制受体PD-1，2013年依此开创了癌症免疫疗法，功绩名列《Science》年度十大科学突破之首。是德国医学最高奖罗伯·柯霍奖的“科霍奖”得主。因PD-1、活化诱导胞苷脱氨酶的有关研究举世闻名，曾获得首届唐奖生技医药奖、京都奖以及华伦·阿波特奖等重要荣誉。
免疫治疗的前世今生
免疫治疗包括激活免疫疗法和抑制免疫疗法，分别通过诱导、增强或抑制免疫应答来治疗疾病。广义来说，基于人体免疫系统，例如免疫分子（如抗体、细胞因子治疗等）、免疫细胞（如体外提取和/或扩增的淋巴细胞、巨噬细胞、树突状细胞、天然杀伤细胞、血小板等）而开发的治疗方案都属于免疫治疗的范畴。
在癌症治疗方面，传统的治疗方法包括细菌/病毒感染增强免疫反应、肿瘤疫苗免疫等。
最早的肿瘤免疫治疗案例可以追溯到1893年，纽约骨科医生William Coley意外地发现，骨肉瘤患者在手术切除肿瘤后被化脓性链球菌感染能够导致癌症消退，这是感染促进免疫反应从而治愈癌症的实例。
溶瘤病毒治疗更是一种具有上百年研究历史的免疫治疗策略，但是长期以来成效甚微。随着基因工程技术的进步、病毒改造技术的完善，溶瘤病毒疗法才有了进展。目前，FDA批准上市的溶瘤病毒只有一种，即2015年10月批准上市的lmlygic （Talimogene laherparepvec），也称为T-VEC，一种经过基因改造的单纯疱疹病毒，用于皮肤及淋巴结黑色素瘤的治疗。
一项在436位不可切除的黑色素瘤患者中的III期临床试验显示，接受Imlygic治疗的研究受试者有16.3%的人其皮肤及淋巴结中黑色素瘤病灶减小，并且这种减小持续至少6个月，相比之下，接受对照药物治疗的受试者中仅有2.1%的人病灶减小[1]；癌症疫苗通常是利用树突细胞负载肿瘤特异抗原递呈并激活宿主T细胞引发抗瘤免疫应答。然而目前为止，无论使用单一抗原（如MAGE-A3用于非小细胞肺癌）、还是癌细胞裂解物（如GVAX）都没有取得明显进展，目前全球只有1个治疗性DC疫苗Sipuleucel-T（Provenge）被批准上市，包括患者DC提取、荷载前列腺癌特异抗原、回输体内等多个步骤。患者死亡风险降低了33%，显示了一定的生存改善[2]。
近年来，新兴的肿瘤免疫疗法蓬勃发展。1984年，美国国立癌症研究院（NCI）的Steven Rosenberg团队首次应用大剂量IL-2与LAK细胞协同治疗25例肾细胞癌、黑素瘤、肺癌、结肠癌等肿瘤患者，其中11例肿瘤缩小超过50%，1名33岁的转移性黑色素瘤患者肿瘤完全消退，给肿瘤免疫治疗带来一线曙光。这是癌症“过继细胞疗法”（Adoptive cell transfer，ACT）成功的首个例子。
1988年Steven Rosenberg团队总结了IL-2与LAK细胞协同治疗222例肿瘤患者的整体疗效，指出其中16例患者肿瘤转移灶完全消退，26例患者肿瘤消退50%以上，提示该疗法对转移性肾细胞癌、黑素瘤、结肠癌和非何杰金氏淋巴瘤患者的疗效较显著 [3, 4]。
LAK细胞是指淋巴因子激活的杀伤细胞（lymphokine activated killer cells），将外周血淋巴细胞在体外经IL-2激活3～5天而扩增为具有广谱抗瘤作用的杀伤细胞，先后有多个基于LAK细胞的临床试验显示其具有一定的疗效；然而，大剂量IL-2的副作用很大，因此研究者们尝试了一系列新型细胞疗法，采用体外提取/筛选、活化并回输自体/异体CIK、肿瘤特异性T细胞、肿瘤部位浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte,TIL）等细胞进行肿瘤过继免疫治疗，显示了一定的刺激机体免疫系统、杀伤肿瘤、延长患者生存期和/或无进展病程的疗效[5-8]。
例如，1986年Steven Rosenberg研究组首先报道了肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte,TIL）[9]；1991年，Weissman首次报道了在荷瘤小鼠进行CIK（cytokine induced killer）细胞疗法的评估[10]；2002年，Steven Rosenberg团队在Science杂志发文称，在转移性黑素瘤患者中过继输注肿瘤特异性T细胞，能够使得患者的癌症消退[11]等。值得一提的是，CIK细胞在发现之初是一群正常人外周血中只占1～5%的CD3+CD56+、CD3+CD8+ T淋巴细胞，该细胞群可以在IL-2､IFN-γ等细胞因子及单抗(如抗CD3单抗)的刺激下，在体外由从外周血､骨髓或脐血中分离出来的单个核细胞培养扩增而成，具有非MHC限制的广泛的强杀瘤活性，故又称为NK 细胞（自然杀伤细胞）样 T 淋巴细胞。
由于利益驱使、国内患者需求以及临床科研大环境的推动， CIK细胞免疫疗法一度在国内临床实践中异常火爆，曾被认为是国内癌症临床治疗赶超国外的契机。然而，2016年发生的魏则西事件将DC-CIK细胞治疗技术推上了风口浪尖，揭露了细胞免疫疗法在国内临床界的乱象，一夜之间相关临床试验便陷入停滞。DC-CIK细胞治疗技术是一个具有中国特色的词语，是将DC细胞和CIK联合对患者进行过继免疫治疗。在pubmed搜索DC-CIK，共89篇论文，几乎全部都是中国研究者发表的，署名作者中单位为USA的只有2篇，且这2篇文章第一作者均为国内的临床医生。曾几何时，国内进行基础研究的有识之士大声疾呼取消/禁止乱象纷呈的细胞免疫治疗，代替以国外已经经过临床试验证实的、真正有效的/已上市的免疫疗法并将其纳入医保，例如治疗性抗体、免疫检查点（Immuno-checkpoint）抗体、CAR-T疗法等。
近年来，癌症免疫治疗发展迅猛，特别是抗体药物的发展令人瞩目，截止2016年底，FDA先后批准了约五十种抗体药物上市，其中大多数是针对癌症治疗的单抗药物。目前，基于抗体发展的多种肿瘤治疗的策略中，除了直接靶向癌细胞表面特殊抗原（如CD20、HER2等）外，还有靶向血管生成因子VEGF切断肿瘤营养供给、双功能抗体（如BiTE）、放射物质/毒素偶联“裸抗”杀伤活性的模式。特别是近年来阻断CTLA4、PD-1/PD-L1等免疫检查点分子从而增强T细胞杀伤活性、基于单链抗体（ScFv）的结构设计嵌合抗原受体T细胞（Chimeric Antigen Receptor–Modified T Cells，CART）等新型免疫疗法均在临床上取得了突出的疗效，被认为是最具前景的肿瘤免疫治疗策略（图1）[12]。
2012年，Carl H. June使用CAR-T疗法治愈了6岁患白血病女孩Emily，引起了全球轰动，而到目前为止，Emily的癌细胞已经完全消失了5年。2013年，《科学》杂志将免疫治疗列为年度十大科学突破之首，这也让免疫疗法再次成为全球研发的热点。
图1 基于抗体的癌症治疗策略
一、肿瘤免疫调节抗体
众所周知，体内表达TCR的T细胞是参与特异性免疫应答的主要细胞，而TCR在特异性识别抗原呈递细胞（antigen-presenting cell，APC）所提呈的抗原肽的过程中，必须同时识别与抗原肽形成复合物的MHC分子；同时，免疫应答还需要免疫调节分子的参与。
一般认为，参与机体免疫调节的分子包括以下三类：1、免疫负调控分子，包括表达于活化T细胞表面的CTLA-4、PD-1以及表达于天然杀伤（NK）细胞表面的KIR家族。例如CTLA-4与B7的结合能够有效抑制 T 细胞增殖；2、免疫共刺激受体，包括表达在CD4+和CD8+T细胞表面的TNFR超家族成员OX40、GITR等，如B7与T细胞表面CD28结合能够激活T细胞；3、可溶性免疫抑制因子，如TGFβ1。图2显示了重要的T细胞免疫调节分子[13]。其中，靶向CTLA-4、PD-1等分子的治疗性抗体已经成功上市，为肿瘤治疗开创了新的理念。
图2 T细胞免疫调节分子
1
抗PD-1/PD-L1抗体
PD-1是免疫负性调控分子，与其配体PD-L1或PD-L2作用可下调T细胞活性，使得肿瘤逃逸免疫系统的识别和杀伤，而抗PD-1/PD-L1抗体可以逆转这一抑制效应（图3）。
2014年，FDA批准了首个抗PD-1抗体，即默克公司的Keytruda（通用名：pembrolizumab），用于晚期黑色素瘤的治疗。它和后来被批准上市的抗PD-1抗体Opdivo（百时美施贵宝开发，通用名：nivolumab）都曾获得过FDA突破性药物称号。Opdivo被批准的虽然较晚，但是进展迅速，已经被批准用于转移性恶性黑色素瘤、鳞状非小细胞肺癌、肾癌的临床治疗。
2015年，美国副总统卡特罹患黑色素瘤并发生脑转移，但仅仅4个月后就传来好消息，卡特的癌症已经被治愈，除了传统的手术、放疗，Keytruda也起了不容忽视的巩固效果。关于PD-1抗体的研究将另文专述。
2014年，FDA批准了首个抗PD-1抗体，即默克公司的Keytruda（通用名：pembrolizumab），用于晚期黑色素瘤的治疗。它和后来被批准上市的抗PD-1抗体Opdivo（百时美施贵宝开发，通用名：nivolumab）都曾获得过FDA突破性药物称号。Opdivo被批准的虽然较晚，但是进展迅速，已经被批准用于转移性恶性黑色素瘤、鳞状非小细胞肺癌、肾癌的临床治疗。
2015年，美国副总统卡特罹患黑色素瘤并发生脑转移，但仅仅4个月后就传来好消息，卡特的癌症已经被治愈，除了传统的手术、放疗，Keytruda也起了不容忽视的巩固效果。关于PD-1抗体的研究将另文专述。
图3 抗PD-1/PD-L1抗体作用机制示意
2抗CTLA-4抗体
CTLA-4全称为细胞毒性T细胞相关抗原-4（cytotoxic T lymphocyteassociated protein 4，亦名CD152），是一种表达于T细胞表面的免疫负调节分子。CTLA-4能够结合APC表面的配体CD80/CD86，抑制T细胞的激活，减弱机体对肿瘤细胞的免疫应答。因此，抗CTLA-4抗体能够恢复T细胞激活信号，增强T细胞活化和增殖，恢复免疫系统识别并攻击癌细胞的能力，通过T细胞介导的免疫应答而发挥抗肿瘤作用[14, 15]；此外，抗CTLA-4抗体还可通过Fcγ受体依赖方式介导调节性T细胞的消耗，从而上调效应T细胞的比例，逆转免疫抑制状态的T细胞，增强机体抗肿瘤能力（图4）[16]。
图4 CTLA-4抗体作用机制示意
二
CAR-T
嵌合抗原受体（Chimeric antigen receptor，CAR)是利用逆转录病毒载体将外源抗体/蛋白（如scFv）等呈现在细胞表面所形成的受体。目前广受关注的CAR-T疗法就是将CAR呈现在T细胞表面并进行过继细胞免疫治疗的方法。CAR-T疗法的全称是Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy，即嵌合抗原受体T细胞免疫疗法。
CAR-T是对T细胞进行基因转染，使其表面能够表达特异性识别肿瘤细胞的抗体，从而介导T细胞杀伤癌细胞（图5）。T细胞可以来自于患者自体或者异体，而转染T细胞的方法通常采用慢病毒和逆转录病毒，还有利用SB转座子等系统成功制备的CAR-T细胞的报道，显示在晚期非霍奇金淋巴瘤和急性淋巴细胞白血病患者中，CAR-T离体扩增倍数达2200~2500倍，且自体CAR-T治疗后30个月的癌症无进展率和总生存率分别为83％和100％，而同种异体CAR-T治疗后12个月的数据分别为53％和63％。
CAR-T是对T细胞进行基因转染，使其表面能够表达特异性识别肿瘤细胞的抗体，从而介导T细胞杀伤癌细胞（图5）。T细胞可以来自于患者自体或者异体，而转染T细胞的方法通常采用慢病毒和逆转录病毒，还有利用SB转座子等系统成功制备的CAR-T细胞的报道，显示在晚期非霍奇金淋巴瘤和急性淋巴细胞白血病患者中，CAR-T离体扩增倍数达2200~2500倍，且自体CAR-T治疗后30个月的癌症无进展率和总生存率分别为83％和100％，而同种异体CAR-T治疗后12个月的数据分别为53％和63％。
图5 CAR-T细胞过继细胞疗法
想要了解更多免疫相关问题，希望下面这些文章可以帮助到你：
➤【肿瘤免疫学院IO秒懂系列】免疫biomaker的前世今生
➤【肿瘤免疫学院IO秒懂系列】PD-1引起的那些事
➤【肿瘤免疫学院IO秒懂系列】I-O治疗：疗效持久，前景可观
➤PD-1抗体和PD-L1抗体有那么多，这两类是一样吗？
点击阅读原文，来“肿瘤免疫学院”获取更多免疫知识
参考文献：
1.Andtbacka RH, Kaufman HL, Collichio F, Amatruda T, Senzer N, Chesney J, Delman KA, Spitler LE, Puzanov I, Agarwala SS et al: Talimogene Laherparepvec Improves Durable Response Rate in Patients With Advanced Melanoma. Journal of clinical oncology : official journal of the American Society of Clinical Oncology 2015, 33(25):2780-2788.
2.Higano CS, Schellhammer PF, Small EJ, Burch PA, Nemunaitis J, Yuh L, Provost N, Frohlich MW: Integrated data from 2 randomized, double-blind, placebo-controlled, phase 3 trials of active cellular immunotherapy with sipuleucel-T in advanced prostate cancer. Cancer 2009, 115(16):3670-3679.
3.Mule JJ, Shu S, Schwarz SL, Rosenberg SA: Adoptive immunotherapy of established pulmonary metastases with LAK cells and recombinant interleukin-2. Science 1984, 225(4669):1487-1489.
4.Lee RE, Lotze MT, Skibber JM, Tucker E, Bonow RO, Ognibene FP, Carrasquillo JA, Shelhamer JH, Parrillo JE, Rosenberg SA: Cardiorespiratory effects of immunotherapy with interleukin-2. Journal of clinical oncology : official journal of the American Society of Clinical Oncology 1989, 7(1):7-20.
5.Fujita K, Ikarashi H, Takakuwa K, Kodama S, Tokunaga A, Takahashi T, Tanaka K: Prolonged disease-free period in patients with advanced epithelial ovarian cancer after adoptive transfer of tumor-infiltrating lymphocytes. Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research 1995, 1(5):501-507.
6.Kimura H, Yamaguchi Y: A phase III randomized study of interleukin-2 lymphokine-activated killer cell immunotherapy combined with chemotherapy or radiotherapy after curative or noncurative resection of primary lung carcinoma. Cancer 1997, 80(1):42-49.
7.Takayama T, Sekine T, Makuuchi M, Yamasaki S, Kosuge T, Yamamoto J, Shimada K, Sakamoto M, Hirohashi S, Ohashi Y et al: Adoptive immunotherapy to lower postsurgical recurrence rates of hepatocellular carcinoma: a randomised trial. Lancet 2000, 356(9232):802-807.
8.Kono K, Takahashi A, Ichihara F, Amemiya H, Iizuka H, Fujii H, Sekikawa T, Matsumoto Y: Prognostic significance of adoptive immunotherapy with tumor-associated lymphocytes in patients with advanced gastric cancer: a randomized trial. Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research 2002, 8(6):1767-1771.
9.Rosenberg SA, Spiess P, Lafreniere R: A new approach to the adoptive immunotherapy of cancer with tumor-infiltrating lymphocytes. Science 1986, 233(4770):1318-1321.
10.Schmidt-Wolf IG, Negrin RS, Kiem HP, Blume KG, Weissman IL: Use of a SCID mouse/human lymphoma model to evaluate cytokine-induced killer cells with potent antitumor cell activity. The Journal of experimental medicine 1991, 174(1):139-149.
11.Dudley ME, Wunderlich JR, Robbins PF, Yang JC, Hwu P, Schwartzentruber DJ, Topalian SL, Sherry R, Restifo NP, Hubicki AM et al: Cancer regression and autoimmunity in patients after clonal repopulation with antitumor lymphocytes. Science 2002, 298(5594):850-854.
12.Weiner GJ: Building better monoclonal antibody-based therapeutics. Nature reviews Cancer 2015, 15(6):361-370.
13.Pardoll DM: The blockade of immune checkpoints in cancer immunotherapy. Nature reviews Cancer 2012, 12(4):252-264.
14.Freeman GJ, Gribben JG, Boussiotis VA, Ng JW, Restivo VA, Jr., Lombard LA, Gray GS, Nadler LM: Cloning of B7-2: a CTLA-4 counter-receptor that costimulates human T cell proliferation. Science 1993, 262(5135):909-911.
15.Linsley PS, Greene JL, Brady W, Bajorath J, Ledbetter JA, Peach R: Human B7-1 (CD80) and B7-2 (CD86) bind with similar avidities but distinct kinetics to CD28 and CTLA-4 receptors. Immunity 1994, 1(9):793-801.
16.Blank CU: The perspective of immunotherapy: new molecules and new mechanisms of action in immune modulation. Current opinion in oncology 2014, 26(2):204-214.
➤【肿瘤免疫学院IO秒懂系列】免疫biomaker的前世今生
➤【肿瘤免疫学院IO秒懂系列】PD-1引起的那些事
➤【肿瘤免疫学院IO秒懂系列】I-O治疗：疗效持久，前景可观
➤PD-1抗体和PD-L1抗体有那么多，这两类是一样吗？
点击阅读原文，来“肿瘤免疫学院”获取更多免疫知识
参考文献：
1.Andtbacka RH, Kaufman HL, Collichio F, Amatruda T, Senzer N, Chesney J, Delman KA, Spitler LE, Puzanov I, Agarwala SS et al: Talimogene Laherparepvec Improves Durable Response Rate in Patients With Advanced Melanoma. Journal of clinical oncology : official journal of the American Society of Clinical Oncology 2015, 33(25):2780-2788.
2.Higano CS, Schellhammer PF, Small EJ, Burch PA, Nemunaitis J, Yuh L, Provost N, Frohlich MW: Integrated data from 2 randomized, double-blind, placebo-controlled, phase 3 trials of active cellular immunotherapy with sipuleucel-T in advanced prostate cancer. Cancer 2009, 115(16):3670-3679.
3.Mule JJ, Shu S, Schwarz SL, Rosenberg SA: Adoptive immunotherapy of established pulmonary metastases with LAK cells and recombinant interleukin-2. Science 1984, 225(4669):1487-1489.
4.Lee RE, Lotze MT, Skibber JM, Tucker E, Bonow RO, Ognibene FP, Carrasquillo JA, Shelhamer JH, Parrillo JE, Rosenberg SA: Cardiorespiratory effects of immunotherapy with interleukin-2. Journal of clinical oncology : official journal of the American Society of Clinical Oncology 1989, 7(1):7-20.
5.Fujita K, Ikarashi H, Takakuwa K, Kodama S, Tokunaga A, Takahashi T, Tanaka K: Prolonged disease-free period in patients with advanced epithelial ovarian cancer after adoptive transfer of tumor-infiltrating lymphocytes. Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research 1995, 1(5):501-507.
6.Kimura H, Yamaguchi Y: A phase III randomized study of interleukin-2 lymphokine-activated killer cell immunotherapy combined with chemotherapy or radiotherapy after curative or noncurative resection of primary lung carcinoma. Cancer 1997, 80(1):42-49.
7.Takayama T, Sekine T, Makuuchi M, Yamasaki S, Kosuge T, Yamamoto J, Shimada K, Sakamoto M, Hirohashi S, Ohashi Y et al: Adoptive immunotherapy to lower postsurgical recurrence rates of hepatocellular carcinoma: a randomised trial. Lancet 2000, 356(9232):802-807.
8.Kono K, Takahashi A, Ichihara F, Amemiya H, Iizuka H, Fujii H, Sekikawa T, Matsumoto Y: Prognostic significance of adoptive immunotherapy with tumor-associated lymphocytes in patients with advanced gastric cancer: a randomized trial. Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research 2002, 8(6):1767-1771.
9.Rosenberg SA, Spiess P, Lafreniere R: A new approach to the adoptive immunotherapy of cancer with tumor-infiltrating lymphocytes. Science 1986, 233(4770):1318-1321.
10.Schmidt-Wolf IG, Negrin RS, Kiem HP, Blume KG, Weissman IL: Use of a SCID mouse/human lymphoma model to evaluate cytokine-induced killer cells with potent antitumor cell activity. The Journal of experimental medicine 1991, 174(1):139-149.
11.Dudley ME, Wunderlich JR, Robbins PF, Yang JC, Hwu P, Schwartzentruber DJ, Topalian SL, Sherry R, Restifo NP, Hubicki AM et al: Cancer regression and autoimmunity in patients after clonal repopulation with antitumor lymphocytes. Science 2002, 298(5594):850-854.
12.Weiner GJ: Building better monoclonal antibody-based therapeutics. Nature reviews Cancer 2015, 15(6):361-370.
13.Pardoll DM: The blockade of immune checkpoints in cancer immunotherapy. Nature reviews Cancer 2012, 12(4):252-264.
14.Freeman GJ, Gribben JG, Boussiotis VA, Ng JW, Restivo VA, Jr., Lombard LA, Gray GS, Nadler LM: Cloning of B7-2: a CTLA-4 counter-receptor that costimulates human T cell proliferation. Science 1993, 262(5135):909-911.
15.Linsley PS, Greene JL, Brady W, Bajorath J, Ledbetter JA, Peach R: Human B7-1 (CD80) and B7-2 (CD86) bind with similar avidities but distinct kinetics to CD28 and CTLA-4 receptors. Immunity 1994, 1(9):793-801.
16.Blank CU: The perspective of immunotherapy: new molecules and new mechanisms of action in immune modulation. Current opinion in oncology 2014, 26(2):204-214.
关注 医脉通肿瘤科
微信扫一扫关注公众号
