腫瘤免疫治療的進(jìn)化史

間充質(zhì)干細(xì)胞、免疫細(xì)胞、外泌體源頭實(shí)驗(yàn)室
1、細(xì)胞因子

腫瘤免疫治療領(lǐng)域的早期發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞因子的作用。細(xì)胞因子治療有著輝煌的過(guò)去,它是最早的被FDA批準(zhǔn)用于腫瘤免疫治療藥物,譬如,IFNα-2a (Roferon-A)和IFNα-2b (Intron-A)在1986年被批準(zhǔn)用于多種淋巴瘤,高劑量IL-2 (Proleukin)在1992和1998年被批準(zhǔn)用于轉(zhuǎn)移性黑色素瘤和腎癌。
1976年,NCI腫瘤細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的RobertGallo,使用PHA刺激淋巴細(xì)胞產(chǎn)生條件培養(yǎng)基培養(yǎng)骨髓細(xì)胞,其中90%的T細(xì)胞長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月的生存維持。在此之前,原代T細(xì)胞無(wú)法體外培養(yǎng),是免疫學(xué)發(fā)展的巨大瓶頸性技術(shù)問(wèn)題。這個(gè)未被純化的成分稱之為 T細(xì)胞生長(zhǎng)因子,也就是IL-2。
1983年,日本癌癥研究基金會(huì)腫瘤研究中心的Junji Hamuro等人,克隆了IL-2的基因,完成了測(cè)序工作。并在小鼠模型中進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)可以促進(jìn)同基因肉瘤和黑色素瘤等轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤消退。這最終使IL-2成為人類第一個(gè)癌癥免疫治療藥物。但是因?yàn)榘胨テ诙蹋委煷翱谡?,毒副作用大,且同時(shí)刺激Treg活化,限制了其臨床使用。

2、檢查點(diǎn)抑制劑

在IL-2批準(zhǔn)不久后,檢查點(diǎn)抑制劑脫穎而出,走到癌癥研究的前沿。

1987 年,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn):CD4+或 CD8+的T細(xì)胞表面存在的一種免疫球蛋白,被稱之為細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞抗原 4(CTLA-4),CTLA-4的發(fā)現(xiàn)為今后所有檢查點(diǎn)抑制劑的發(fā)現(xiàn)鋪平了道路。

 

James P. Allison博士是最早確定并闡明 CTLA-4 的免疫功能的科學(xué)家之一。1996 年,Allison 在小鼠中證實(shí)抗CTLA-4 的單抗可促使免疫系統(tǒng)殺傷腫瘤,于是 Ipilimumab 在Allison 博士的實(shí)驗(yàn)室誕生了。

 

1999 年,生物技術(shù)公司 Medarex 獲得了此抗體的專利。Allison 博士與黑色素瘤臨床專家 Jedd D. Wolchok 醫(yī)生一起,共同開發(fā) Mederax 研發(fā)的抗 CTLA-4 抗體治療黑色素瘤。經(jīng)過(guò)不懈的努力,2011年,ipilimumab獲批用于轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的治療,成為第一個(gè)用于臨床治療的檢查點(diǎn)抑制劑。ipilimumab通過(guò)直接阻斷CTLA-4,為下游T細(xì)胞的活化、增殖和最終的腫瘤破壞開辟了途徑。

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腫瘤免疫治療的進(jìn)化史

在CTLA-4發(fā)現(xiàn)后,Ishida等人于1992年發(fā)現(xiàn)了程序性死亡受體-1和程序性死亡配體-1(PD-1/PD-L1)。目前,PD-1/PD-L1抑制劑已經(jīng)成為腫瘤免疫治療領(lǐng)域的基石。有多款已上市的PD-1抑制劑,包括nivolumab、pembrolizumab和cemiplimab,以及PD-L1抑制劑atezolizumab、avelumab和durvalumab等。目前有超過(guò)2000項(xiàng)針對(duì)各種惡性腫瘤的PD-1/PD-L1抑制劑聯(lián)合用藥的試驗(yàn)正在進(jìn)行中。
然而,PD-1的治療仍然只有10-30%的患者表現(xiàn)出長(zhǎng)期,持久的反應(yīng),大多數(shù)人群缺乏響應(yīng),還有獲得性耐藥以及免疫相關(guān)不良事件(IRAE)也是巨大的障礙??朔D-1治療局限性的機(jī)制之一是針對(duì)與腫瘤微環(huán)境相關(guān)的其他免疫檢查點(diǎn),如LAG-3、TIGIT、TIM-3、VISTA、B7-H3、ICOS和BTLA,這些新型的免疫檢查點(diǎn)是治療實(shí)體瘤可行且有前景的選擇,目前多項(xiàng)臨床試驗(yàn)正在積極研究中。
此外,檢查點(diǎn)抑制劑的聯(lián)合治療,如CTLA-4和PD-1的同時(shí)阻斷,可以通過(guò)不同的機(jī)制抑制腫瘤的發(fā)展。目前FDA已批準(zhǔn)了ipilimumab和nivolumab聯(lián)合治療多種惡性腫瘤。然而,毒性增加仍然是許多聯(lián)合療法的障礙。
 

3、抗腫瘤單克隆抗體

 

Kohler和Milsten憑借雜交瘤技術(shù)于1984年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這一突破促進(jìn)了許多抗腫瘤單克隆抗體的發(fā)展,極大地影響了過(guò)去幾十年的癌癥治療。自1986年第一個(gè)治療性抗體進(jìn)入臨床以來(lái),治療性抗體得到了迅速的發(fā)展,到目前為止,F(xiàn)DA共批準(zhǔn)了近百個(gè)治療性抗體藥物,其已成為現(xiàn)代生物醫(yī)藥的重要組成部分。
抗體可以通過(guò)抗體的Fc結(jié)構(gòu)域與免疫細(xì)胞相互作用,靶向并破壞表達(dá)特定抗原的腫瘤。根據(jù)抗體類別的不同,這種免疫細(xì)胞-抗體相互作用可通過(guò)多種方式導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡,包括補(bǔ)體依賴性細(xì)胞毒性(CDC)、抗體依賴性細(xì)胞毒性(ADCC)和抗體依賴性細(xì)胞吞噬作用(ADCP)。
雖然單克隆抗體是目前癌癥治療的主流,但仍然存在許多挑戰(zhàn)。由于癌細(xì)胞的動(dòng)態(tài)特性及其持續(xù)的突變,任何獲得性抗單克隆抗體的耐藥性都會(huì)導(dǎo)致治療失敗。
抗體偶聯(lián)藥物(ADC)是一種非常有效的策略,它通過(guò)一個(gè)合理構(gòu)建的連接子將細(xì)胞毒性小分子藥物偶聯(lián)到單克隆抗體上,可以向腫瘤內(nèi)選擇性地輸送有效的細(xì)胞毒性藥物。

2009年gemtuzumab ozogamicin(Mylotarg)?是FDA批準(zhǔn)的第一個(gè)ADC藥物。目前,F(xiàn)DA已經(jīng)批準(zhǔn)上市了14個(gè)ADC藥物,還有上百個(gè)ADC藥物正處于臨床研究階段。

 

2009年,卡利霉素、金盞花素和美登素類藥物是用于ADC開發(fā)的主要細(xì)胞毒素。十年來(lái),這些分子仍然被用作有效載荷進(jìn)行優(yōu)化,以獲得更好的穩(wěn)定性和親水性。新的細(xì)胞毒性物質(zhì)也被開發(fā)出來(lái),如PBDs、杜卡霉素和喜樹堿衍生物等。

 

抗體工程在10年間也已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)展,允許更多的位點(diǎn)特異性偶聯(lián),提高了ADC的均一性和穩(wěn)定性。新的第二代和第三代ADC已經(jīng)進(jìn)入臨床,以期獲得更好的治療效果和安全性。幾十種基于半胱氨酸殘基、非天然氨基酸或分子工程模式的生物偶聯(lián)技術(shù)也已經(jīng)在臨床前研究獲得了驗(yàn)證。此外,更多的腫瘤特異性抗原靶點(diǎn)和腫瘤內(nèi)細(xì)胞毒性藥物的釋放機(jī)制使ADC獲得了爆炸式的發(fā)展,ADC藥物進(jìn)入了黃金時(shí)代。

4、CAR-T細(xì)胞療法

 

嵌合抗原受體(CAR)T細(xì)胞治療為血液系統(tǒng)惡性腫瘤的治療帶來(lái)革命性的改變。
在20世紀(jì)90年代早期,以色列科學(xué)家Eshhar與Rosenberg實(shí)驗(yàn)室的Hwu合作,運(yùn)用來(lái)源于抗體的單鏈抗體片段scFv成功構(gòu)建了3個(gè)不同癌癥標(biāo)靶的嵌合抗原受體,第一代CAR-T由此誕生。隨后CAR-T技術(shù)經(jīng)歷了一代二代的發(fā)展,解決了規(guī)?;蜕a(chǎn)工藝問(wèn)題,CAR-T終于開始走向市場(chǎng)。第一個(gè)CD19靶向的CAR-T細(xì)胞(Kymriah)在2017年被批準(zhǔn)用于復(fù)發(fā)性難治性急性淋巴細(xì)胞白血病。

在過(guò)去的七年里,中國(guó)出現(xiàn)越來(lái)越多的臨床試驗(yàn)旨在評(píng)估CAR-T療法的安全性和有效性。僅次于美國(guó),中國(guó)是CAR-T療法研究的主要力量,在全球臨床試驗(yàn)中貢獻(xiàn)了約33%。迄今為止,中國(guó)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局(CNDA)已批準(zhǔn)10余種CAR-Ts產(chǎn)品進(jìn)行臨床試驗(yàn),其中包括靶向CD19、BCMA和glypican3(GPC3)的CAR-Ts。目前已有2種針對(duì)CD19的CAR-T療法在中國(guó)獲批上市。

CAR-T細(xì)胞治療雖然在血液腫瘤獲得了成功,但是在實(shí)體瘤仍然有許多局限性,這種限制的一個(gè)關(guān)鍵因素是實(shí)體腫瘤細(xì)胞的腫瘤相關(guān)抗原異質(zhì)性。實(shí)體瘤的另一個(gè)困難是CAR-T細(xì)胞滲透穿過(guò)血管系統(tǒng)并最終到達(dá)靶腫瘤的能力。
此外,盡管CAR-T細(xì)胞具有很高的潛能,但它也具有明顯的毒性,包括嚴(yán)重的細(xì)胞因子釋放綜合征(CRS)和嚴(yán)重的神經(jīng)毒性。另外包括高昂的治療成本,也限制了CAR-T細(xì)胞的廣泛應(yīng)用。
目前,針對(duì)實(shí)體瘤CAR-T細(xì)胞治療的新概念和策略正在出現(xiàn)。這些進(jìn)展包括通過(guò)從腫瘤相關(guān)抗原轉(zhuǎn)移到個(gè)性化的腫瘤特異性新抗原來(lái)更好地選擇靶點(diǎn),通過(guò)打破基質(zhì)屏障來(lái)增強(qiáng)T細(xì)胞的運(yùn)輸,以及通過(guò)靶向TME中的免疫抑制機(jī)制使耗竭的T細(xì)胞再生。此外,CAR-NK細(xì)胞療法也是一個(gè)很有前途的研究領(lǐng)域,與CAR-T細(xì)胞相比,CAR-NK細(xì)胞具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),有望提供更好的療效和安全性。
5、雙特異性抗體

 

雖然單克隆抗體已經(jīng)成為癌癥治療的支柱,但雙特異性抗體由于能夠同時(shí)針對(duì)腫瘤細(xì)胞或腫瘤微環(huán)境中的兩個(gè)表位,逐漸成為下一代治療性抗體的一個(gè)重要而富有前景的組成部分。
目前正在開發(fā)中的大多數(shù)雙抗被設(shè)計(jì)成通過(guò)免疫細(xì)胞,特別是細(xì)胞毒性T細(xì)胞,與腫瘤細(xì)胞緊密連接,從而形成一個(gè)人工免疫突觸,最終導(dǎo)致靶向腫瘤細(xì)胞的選擇性攻擊和裂解。Blinatumomab是第一個(gè)被批準(zhǔn)的雙特異性抗體,同時(shí)靶向CD3和CD19, 于2014年被批準(zhǔn)用于Ph陰性復(fù)發(fā)或難治性B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病。
從1997年到2020年,全球共有272項(xiàng)關(guān)于bsAbs研究的臨床試驗(yàn)。其中29%的研究由中國(guó)的制藥公司和機(jī)構(gòu)發(fā)起,緊隨美國(guó)之后,排名第二。全球bsAbs臨床試驗(yàn)主要集中在I期(n=161)、I/II期、II期和III期試驗(yàn)仍然很少。BsAbs的作用機(jī)制包括不同類型。目前國(guó)際上bsAb研究的機(jī)制主要基于T細(xì)胞導(dǎo)向療法,而中國(guó)發(fā)起或參與的主要是基于雙重免疫檢查點(diǎn)阻斷。
雙特異性抗體和CAR-T細(xì)胞都被用于T細(xì)胞導(dǎo)向的免疫治療,這兩種方法各有利弊。雖然CAR-T細(xì)胞對(duì)血液系統(tǒng)惡性腫瘤有更好的治療效果,但它們治療費(fèi)用高昂,而且還需要額外的培訓(xùn)。與CAR-T相比,雙特異性抗體是“現(xiàn)成的”,因此降低了成本,增加了許多患者的治療機(jī)會(huì)。CAR-T細(xì)胞和雙抗都有副作用,包括細(xì)胞因子釋放綜合征和神經(jīng)毒性。
6、腫瘤疫苗

 

隨著對(duì)腫瘤抗原宿主免疫的進(jìn)一步了解,疫苗誘導(dǎo)免疫治療理論上成為一種理想的治療方法。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)將腫瘤疫苗定義為一系列生物修飾物,通過(guò)激活患者體內(nèi)的免疫系統(tǒng)的能力來(lái)控制感染以及抵御疾病,并將其分為兩類,一類為預(yù)防型,原理類似小時(shí)候注射的小兒麻痹癥的疫苗,用于健康群體的預(yù)防;另一類則為治療型,通過(guò)強(qiáng)化患者的免疫系統(tǒng)來(lái)抵抗腫瘤,直接對(duì)患者的腫瘤細(xì)胞開火,實(shí)則為免疫療法的一種形式。
預(yù)防性疫苗

目前有兩種被批準(zhǔn)的癌癥預(yù)防疫苗:人乳頭瘤病毒(HPV)疫苗和乙型肝炎病毒(HBV)疫苗。這兩種疫苗都以具有致癌潛力的HPV16和HPV18病毒為靶點(diǎn)。
治療性疫苗

利用疫苗進(jìn)行治療而不是預(yù)防在腫瘤學(xué)領(lǐng)域是相當(dāng)獨(dú)特的,卡介苗(BCG)廣泛用于治療非肌層浸潤(rùn)性膀胱癌(NMIBC),已有40年的歷史。
FDA已批準(zhǔn)的治療性癌癥疫苗包括Sipuleucel-T,一種樹突狀細(xì)胞為基礎(chǔ)的疫苗,用于癥狀輕微的轉(zhuǎn)移性去勢(shì)抵抗前列腺癌;以及T-VEC,一種病變內(nèi)HSV-1衍生的溶瘤病毒疫苗,用于不可切除的復(fù)發(fā)性黑色素瘤。
目前腫瘤免疫治療疫苗的研究主要是基于新抗原的個(gè)性化疫苗?;谛驴乖莻鹘y(tǒng)TAA的疫苗有幾個(gè)有點(diǎn)。首先,新抗原僅由腫瘤細(xì)胞表達(dá),因此可以引發(fā)真正的腫瘤特異性T細(xì)胞反應(yīng),從而防止對(duì)非腫瘤細(xì)胞的損傷;其次,新抗原是源于體細(xì)胞突變的新表位,它有可能繞過(guò)T細(xì)胞對(duì)自身表位的中心耐受,從而誘導(dǎo)對(duì)腫瘤的免疫反應(yīng);此外,這些疫苗增強(qiáng)的新抗原特異性T細(xì)胞反應(yīng)持續(xù)存在并產(chǎn)生免疫記憶,這為長(zhǎng)期預(yù)防疾病復(fù)發(fā)提供了可能性。
7、溶瘤病毒

 

溶瘤病毒(OV)治療一種相當(dāng)新穎的免疫療法,其利用實(shí)驗(yàn)室改造的病毒攻擊和滲透惡性細(xì)胞,這些溶瘤病毒通過(guò)直接溶解腫瘤細(xì)胞以及激活先天性和適應(yīng)性免疫機(jī)制發(fā)揮作用。
從1949年開始,人們使用不同類型的野生型非減毒病毒進(jìn)行了許多臨床試驗(yàn)。此后不久,OV領(lǐng)域的趨勢(shì)演變?yōu)殚_發(fā)對(duì)人類致病性較小的基因修飾病毒,如減毒活疫苗。在過(guò)去的20-30年中,這一轉(zhuǎn)變一直延續(xù)到使用轉(zhuǎn)基因病毒進(jìn)行癌癥治療的時(shí)代,包括利用病毒基因敲除和/或治療性轉(zhuǎn)基因敲入。
進(jìn)入21世紀(jì),在許多臨床試驗(yàn)得到積極結(jié)果之后,OV領(lǐng)域獲得了相當(dāng)大的關(guān)注。到目前為止,已經(jīng)在全球批準(zhǔn)了四項(xiàng)OV藥物。? ??
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第一種OV是一種被稱為Rigvir的小核糖核酸病毒,在拉脫維亞被批準(zhǔn)用于治療黑色素瘤,但未得到廣泛應(yīng)用。其次,2005年中國(guó)批準(zhǔn)了一種名為H101的工程腺病毒,用于治療頭頸癌。第三,2015年,美國(guó)和歐洲批準(zhǔn)了另一種名為Talimogene Laherparepvec(T-VEC)的工程單純皰疹病毒(HSV-1)OV,用于治療不可切除的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤。最后,在2021年,日本批準(zhǔn)了一種改良的單純皰疹病毒,名為DELYTACT,用于治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤等腦癌。

小結(jié)

癌癥治療領(lǐng)域的快速變化凸顯了免疫療法所產(chǎn)生的影響,目前的努力方向包括以新的方式重新研究已知的治療方法,例如將檢查點(diǎn)抑制劑與治療性癌癥疫苗相結(jié)合。在個(gè)性化醫(yī)療時(shí)代,關(guān)鍵的生物標(biāo)志物和個(gè)體化的基因組測(cè)序?qū)⒁I(lǐng)腫瘤免疫治療的個(gè)性化發(fā)展。
過(guò)繼性細(xì)胞治療,包括CAR-T,CAR-NK等,目前正在實(shí)體瘤中進(jìn)行研究。然而,由于實(shí)體腫瘤微環(huán)境的特殊特征,這一點(diǎn)是極具挑戰(zhàn)性的。將檢查點(diǎn)抑制(如PD-1/PDL-1阻斷)與CAR-T治療相結(jié)合,可能證明是有益的,也正在研究中。
腫瘤免疫治療領(lǐng)域的演變伴隨著新型藥物的實(shí)現(xiàn)和利用的不斷擴(kuò)展,鑒于在這一領(lǐng)域所取得的成就和突破,未來(lái)依然有無(wú)限可能。
 

參考文獻(xiàn):
1.?The Evolution of Cancer Immunotherapy. Vaccines2021, 9, 614.

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