2015 年肿瘤免疫治疗最新进展

来源：时间：2015-04-30 16:06:08

随着对肿瘤生长和发展相关驱动突变（driver mutation）的认识、加上这些特定突变靶向分子抑制剂研发工作的开展，一个新的肿瘤治疗领域随之而生，亦称为“精确医学”或“精确肿瘤学”。

　　2015年1月20日美国总统奥巴马在国情咨文演讲中提出了“精确医学（precision medicine）”计划，这象征性地吹响了“精确医学”时代开启的号角。然而，奥巴马没想到，肿瘤学领域早就有了“精确医学”这个概念，“精确医学”技术已经实实在在地应用到了肿瘤患者的临床治疗中。
　　十分应景的是，2015年1月20日美国新泽西州立罗格斯大学癌症研究所（Rutgers Cancer Institute of New Jersey）的Howard L. Kaufman教授在ASCO官方杂志Journal of Clinical Oncology上发表了一篇社论，详细的介绍了精确医学在肿瘤治疗方面的最新研究进展。
　　过去十年里，癌症患者治疗方案的选择范围发生了巨大的变化。随着对肿瘤生长和发展相关驱动突变（driver mutation）的认识、加上这些特定突变靶向分子抑制剂研发工作的开展，一个新的肿瘤治疗领域随之而生，亦称为“精确医学”或“精确肿瘤学（precision oncology）”。

　“精确医学”的理论基础是不同患者的个体肿瘤有着不同的基因突变集合（subsets of genomic mutations）。在此基础上，才能基于患者的基因突变特征设计相应的靶向治疗（targeted therapy）策略，一个精确的、高度个性化的治疗方案相应而生。
　　虽然“精确医学”的治疗前景十分喜人，但是目前仍有多个障碍极大地限制了“精确医学”的临床推广。例如，
　　（1）无法及时收集和妥善保存患者的组织；
　　（2）缺乏成本效益的诊断测试（cost-effective companion diagnostic tests）；
　　（3）生物信息学研究基础设施建设的投放资金不足；
　　（4）临床试验中患者所面临的问题逐渐增多；
　　（5）行业间壁垒限制了联合治疗方案的实施；
　　（6）耐药机制的研究工作进展缓慢，尚无法有效判断患者是否出现耐药。
　　与靶向治疗（targeted therapy）相同，近年来肿瘤免疫治疗（tumor immunotherapy）的研究进展也十分喜人，目前已经衍生出多种免疫相关的肿瘤治疗策略：
　　（1）T 细胞节点抑制剂（T-cell checkpoint inhibitors）。例如，百时美施贵宝（Bristol-Myers Squibb）的 ipilimumab [Yervoy]、程序性坏死抑制剂：默克（Merck）的 pembrolizumab [Keytruda] 和百时美施贵宝（Bristol-Myers Squibb）的 nivolumab [Opdivo]；
　　（2）溶瘤病毒（oncolytic viruses）。例如，Cell Genesys 的 GVAx、安进（Amgen）的 talimogene laherparepvec [T-VEC]；
　　（3）嵌合抗原受体T细胞（chimeric antigen receptor T cells）。例如，美国国家癌症研究所（NCI）和风筝制药（Kite Pharmaceuticals）联合在研的CD19、宾夕法尼亚大学和诺华（Novartis）联合在研的 CTL019。

　　众所周知，免疫疗法有几大特点：诱导产生持久的临床反应；没有典型的耐药性；诱导产生自体免疫样毒性。临床肿瘤学家需要深入了解肿瘤靶向治疗和肿瘤免疫治疗的临床应用现状，只有这样才能为癌症患者提供高质量的治疗方案。
　　肿瘤免疫治疗的理论基础是免疫系统具有识别肿瘤相关抗原、调控机体攻击肿瘤细胞（高度特异性的细胞溶解）的能力。这个生物过程十分复杂，目前仍处于研究之中。上世纪90年代，多个科研小组已经发现了肿瘤抗原（tumor antigens），T淋巴细胞可以通过主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）依赖性方式识别这些肿瘤抗原。
　　在某些情况下，抗原通常指病毒蛋白、突变的自体抗原（其中一些是驱动致癌基因driver oncogenes）、去阻遏（derepressed）胚胎抗原、过表达的已分化或自体正常蛋白。为了更好地解释肿瘤抗原如何启动免疫反应，Chen和Mellman最近提出了一种肿瘤-免疫循环（cancer-immunity cycle）的新概念。
　　在这个循环中，肿瘤细胞以多种途径产生并释放抗原，例如细胞内激酶，肿瘤细胞原发性坏死，放疗、化疗或靶向治疗的机体反应。除了抗原外，在细胞应激、缺氧、营养物质枯竭和创伤的环境中，死亡的肿瘤细胞也可以释放多种免疫原性的分子，亦称风险相关分子模式（danger-associated molecular patterns，DAMPs）。
　　这些分子可以与细胞表面或细胞内受体（例如toll样受体）结合，从而触发先天免疫反应（innate immune responses）。此外，肿瘤微环境中的特异性抗原递呈细胞（antigen-presenting cells，例如树突细胞）可以吞噬死亡的肿瘤细胞和可溶性抗原。树突细胞（dendritic cells）经历成熟化过程，然后迁移进入二级淋巴器官。
　　在淋巴器官中，树突细胞将加工过的肿瘤抗原以多肽的形式呈递给不同类型的主要组织相容性复合体（MHC），例如将肿瘤抗原呈递给I类MHC分子从而激活CD4+T细胞，将肿瘤抗原呈递给II类MHC分子从而激活辅助CD8+T细胞。众所周知，免疫疗法有几大特点：诱导产生持久的临床反应；没有典型的耐药性；诱导产生自体免疫样毒性。临床肿瘤学家需要深入了解肿瘤靶向治疗和肿瘤免疫治疗的临床应用现状，只有这样才能为癌症患者提供高质量的治疗方案。
　　肿瘤免疫治疗的理论基础是免疫系统具有识别肿瘤相关抗原、调控机体攻击肿瘤细胞（高度特异性的细胞溶解）的能力。这个生物过程十分复杂，目前仍处于研究之中。上世纪90年代，多个科研小组已经发现了肿瘤抗原（tumor antigens），T淋巴细胞可以通过主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）依赖性方式识别这些肿瘤抗原。
　　在某些情况下，抗原通常指病毒蛋白、突变的自体抗原（其中一些是驱动致癌基因driver oncogenes）、去阻遏（derepressed）胚胎抗原、过表达的已分化或自体正常蛋白。为了更好地解释肿瘤抗原如何启动免疫反应，Chen和Mellman最近提出了一种肿瘤-免疫循环（cancer-immunity cycle）的新概念。
　　在这个循环中，肿瘤细胞以多种途径产生并释放抗原，例如细胞内激酶，肿瘤细胞原发性坏死，放疗、化疗或靶向治疗的机体反应。除了抗原外，在细胞应激、缺氧、营养物质枯竭和创伤的环境中，死亡的肿瘤细胞也可以释放多种免疫原性的分子，亦称风险相关分子模式（danger-associated molecular patterns，DAMPs）。
　　这些分子可以与细胞表面或细胞内受体（例如toll样受体）结合，从而触发先天免疫反应（innate immune responses）。此外，肿瘤微环境中的特异性抗原递呈细胞（antigen-presenting cells，例如树突细胞）可以吞噬死亡的肿瘤细胞和可溶性抗原。树突细胞（dendritic cells）经历成熟化过程，然后迁移进入二级淋巴器官。
　　在淋巴器官中，树突细胞将加工过的肿瘤抗原以多肽的形式呈递给不同类型的主要组织相容性复合体（MHC），例如将肿瘤抗原呈递给I类MHC分子从而激活CD4+T细胞，将肿瘤抗原呈递给II类MHC分子从而激活辅助CD8+T细胞。

　　为了达到更好的区分效果，T细胞激活还设置了二级信号识别系统，一种由共刺激分子（costimulatory molecule）介导的信号通路。在T细胞受体/配体结合的同时，树突细胞表面的B7.1共刺激分子与T细胞表面的CD28结合，辅助调控T细胞的分化、增殖和细胞因子分泌过程，并抑制T细胞的凋亡。
　　在缺乏共刺激的情况下，受体/配体结合后T细胞没有反应应答，这可能是保护机制，从而避免诱发自体反应性 T细胞和自身免疫（autoimmunity）。一旦激活，T细胞可以循着局部趋化因子的浓度梯度迁移到肿瘤微环境中。T 细胞到达肿瘤细胞附近后，T细胞受体可以通过I型MHC-多肽复合物识别肿瘤细胞表面的同源抗原。
　　T细胞可以释放细胞毒性因子（例如 granzyme B颗粒酶B和perforins穿孔素），这些细胞毒性因子可以调控抗原 - 表达性肿瘤细胞的直接溶解，同时对毗邻的无抗原-表达性肿瘤细胞产生旁观者效应（bystander effect）。有些肿瘤的微环境中存在大量的激活型效应淋巴细胞（effector lymphocytes），这些肿瘤一般有较好的预后，而且对免疫治疗有较好的治疗响应，这些证据很好的验证了上述观点。
　　尽管存在肿瘤-免疫循环，但是已经成形的肿瘤可能通过多种宿主、肿瘤和免疫机制逃脱宿主的免疫侦测（detection）和清除（eradication）。例如，肿瘤细胞可能不表达肿瘤抗原或MHC分子，肿瘤可能释放具有抑制作用的可溶性因子（白细胞介素-10、转化生长因子β、血管内皮生长因子）。
　　肿瘤细胞还可以表达抑制性的受体（例如 Fas 配体或程序性死亡配体1），这些受体可以抑制浸润性T淋巴细胞的活性。此外，有研究报道肿瘤微环境会聚集大量的抑制性免疫细胞，例如调控性CD4+叉头P3-阳性T细胞（regulatory CD4+ forkhead box P3–positive T cells）、肿瘤相关巨噬细胞、髓样抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells），这些免疫细胞可以抑制激活型效应T细胞的活性。
　　肿瘤细胞以何种方式死亡可能决定了何种免疫反应会被激活。例如，肿瘤细胞凋亡（apoptosis）可能会诱发 T细胞耐受（T-cell tolerance），而肿瘤细胞坏死（necrosis）或焦亡（pyroptosis）、程序性细胞死亡可能会诱发激活型肿瘤特异性T细胞反应。
　　肿瘤免疫监视（immunosurveillance）的动物模型研究表明，肿瘤和机体免疫系统在肿瘤进展中的相互作用是动态的，机体免疫系统可能以免疫编辑（immunoediting）的方式帮助肿瘤获得免疫耐受能力（immune resistance）。在小鼠免疫监视肿瘤模型中，肿瘤消除（elimination）可能取决于几个因素，包括干扰素-gamma、穿孔素、Fas受体和Fas配体间相互作用、肿瘤坏死因子-相关细胞凋亡-诱导配体、自然杀伤细胞2-D和淋巴细胞隔室化（compartment）。
　　有科研人员认为肿瘤 - 免疫系统相互作用可能促进了机体对肿瘤的免疫抑制，而上述研究结果恰巧证明了这种假说。此外，上述结果同样表明，在免疫治疗中先天性免疫和适应性免疫是肿瘤消除所必需的。
　　有效的肿瘤免疫治疗策略旨在促进肿瘤-免疫循环，解除已成形肿瘤的免疫抑制作用。常见的免疫治疗手段包括：细胞因子（可以促进树突细胞成熟和T细胞分化）、节点抑制剂（checkpoint inhibitors）（可以预防T细胞无响应）、toll样受体激动剂、溶瘤病毒（oncolytic viruses）（可以诱导坏死肿瘤细胞死亡、释放风险相关分子模式（DAMPs）、激活系统性自体免疫）、原生T细胞和转基因T细胞的过继转移（可以通过T细胞受体识别特异性肿瘤抗原）。
　　由于疫苗（vaccines）具有激活T细胞的能力，科研人员同样对其进行了深入研究。然而，疫苗并没有显著的抗肿瘤活性，也许是因为疫苗无法抵抗肿瘤微环境中的免疫抑制作用。
　　在与这篇社论同期发行的文章中，Le团队开展了一项随机II期临床试验，他们以更合理的设计、更精确的方法对免疫治疗进行了优化。他们评估环磷酰胺 - 肿瘤疫苗（GVAX）治疗、以及环磷酰胺-肿瘤疫苗-重组李斯特菌联合治疗对胰腺癌患者的治疗效果。
　　GVAX是一种灭活的粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）-编码的同种异体肿瘤细胞疫苗。免疫治疗联合疗法的具体细节是，环磷酰胺与肿瘤疫苗同时给药，随后注射大量活的重组李斯特菌（Listeria monocytogenes），这种细菌可以表达间皮素（mesothelin），并将其释放到抗原递呈细胞的细胞质中。
　　其中，61位患者接受环磷酰胺-肿瘤疫苗 - 重组李斯特菌联合治疗、29位患者接受环磷酰胺-肿瘤疫苗治疗。两组患者治疗前后均没有出现客观缓解（objective responses），但是联合治疗组的总体生存率显著升高（9.7月对4.6月，P=0.02）。这可能与间皮素 - 特异性 CD8+ T 细胞反应的水平升高相关。

　　这项研究表明，即便是难以治疗的晚期胰腺癌（pancreatic cancer）也会对肿瘤免疫治疗产生治疗响应。这项研究为了改善治疗效果将多种治疗方式联合，例如使用环磷酰胺（pancreatic cancer）降低调节性T细胞水平、使用同种异体全细胞疫苗来激活初始T细胞反应、通过释放 GM-CSF 促进局部树突细胞的聚集和成熟、使用细胞内细菌激活toll样受体和先天性免疫、上调抗原递呈细胞间皮素表达水平以启动抗原特异性T细胞反应。
　　尽管此项研究没有出现客观缓解，但是总体生存率的预定分析结果是喜人的。这就是免疫治疗试验的共同特征，即观察不到客观缓解或无进展生存率（progression-free survival），其原因可能是治疗反应的延迟动力学（delayed kinetics in therapeutic response）。因此，在进行新的临床试验设计时，最好将总体生存率或其他的终点结果作为指标评估肿瘤免疫治疗的潜在疗效。
　　另外，需要注意的一点是肿瘤免疫治疗的耐受性很好。在免疫治疗中最常见的3级或更高级别的不良反应仅限于发热、淋巴细胞减少、疲劳和肝酶水平升高。这可能与免疫治疗药物中含有GM-CSF相关。
　　最近研究报道，与易普利姆玛（ipilimumab，一种抗体）单药治疗相比，将易普利姆玛与GM-CSF联合给药可以显著降低转移性黑色素瘤患者治疗中的不良反应发生率。因此，与化疗不同（1+1<2），将多种免疫治疗联合使用可能具有更好的安全性（1+1>2）。
　　了解免疫系统如何调控肿瘤复发（regression）、药物如何促进肿瘤特异性免疫和解除肿瘤驱动性免疫抑制，将有助我们设计新型的、有效的肿瘤免疫治疗联合方案。尽管这种理想化的治疗方案十分激动人心，但是在肿瘤免疫治疗的应用潜力发挥和广泛临床推广之前，还有几个大难题需要解决。
　　考虑到临床试验的结果，应该增加在免疫治疗基础和转化研究领域的科研经费。此外，临床前动物模型作为设计联合治疗方案和开发临床诊断手段的哨兵，可以借助动物模型评估不同类型和不同数量浸润性免疫细胞、可溶性因子、宿主免疫调控基因对肿瘤进展的影响。
　　鉴于肿瘤免疫治疗联合方案在临床试验中令人信服的治疗效果，亟须工业、学术界和政府监管机构开展更好的协作，以便加速新型免疫治疗联合方案的研究进度。精确免疫学（precision immunology）已经具有了寻找肿瘤患者个体间肿瘤 - 免疫循环缺陷的潜力。这项技术一旦获得验证并实现标准化，完全可以将其作为治疗决策制定的临床依据，从而有效改善癌症患者的治疗结果。

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