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作者：Amber Dance/ 文 李楠 姜天海 / 译 来源： 发布时间：2018-3-8 14:0:17
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十五年前，Renier Brentjens刚刚结束假期，匆忙回到自己位于纽约的纪念斯隆凯特琳癌症中心的实验室。一个月以前，他通过基因工程改造了一些免疫细胞，对实验鼠进行治疗，希望可以达到抑制癌症的效果。当他回到实验室时，他发现所有的实验鼠都还活着。
Brentjens感到很惊讶，他告诉自己，“这东西也许真的有作用”。事实的确如此。2013年，他和他的同事刊发了一篇文章，报道他们用这种细胞疗法对五名急性B淋巴细胞白血病患者采取了治疗，五名患者的症状均得到了全面缓解，虽然其中有一名在之后有所复发。Brentjens说，那次成功让免疫细胞的改造进入“大爆发”阶段。
免疫疗法背后的思路，就是通过诱导生物体内通常攻击病原体的免疫系统，使其转而进攻癌细胞。这个领域在近些年呈现爆炸式的发展，其中的几种药物已经得到批准，近1500种癌症免疫疗法临床试验被登记在美国国立卫生研究院（NIH）的临床试验档案中（ClinicalTrials.gov）。
有两类免疫疗法目前广受关注，一种采用免疫检查点抑制剂，另一种则采用修饰过的“嵌合抗原受体（CAR）T细胞”。前者使抗癌免疫细胞大量增殖；而后者，也就是Brentjens所使用的方法，采用基因工程技术改造免疫细胞，然后让它们回去攻击癌细胞。
但这只是广义免疫疗法诸多思路中的两种思路，免疫疗法也包括疫苗等方法。科学家们使用了多种技术手段来研发这些疗法，譬如抗体、基因编辑和病毒基因转移等。不幸的是，这些方案并不适用于所有癌症类型，而且有的方法会引起严重的副作用，甚至会导致死亡。这意味着，要改进这些方法并消除其潜在隐患，科学家们仍然有大量的工作要做。
攻克所有癌症的答案？
尽管在使用“治愈”这个词时应该保持谨慎，但确实有的接受过早期临床试验的病人在10年后仍然健在，而且他们体内显然是几乎或完全没有癌细胞的，位于加州雷德伍德城的百时美施贵宝公司免疫—肿瘤研发部门副总裁Alan Korman表示，他一直参与市面上两种免疫检查点抑制剂的研发：纳武单抗(nivolumab)和易普利姆玛（ipilimumab）。
的确，癌症免疫治疗并不算新想法。早在19世纪末，外科医生William Coley发现，在患者体内有意引入细菌感染，有时就可以神奇地消灭恶性肿瘤。虽然在那时他并不理解这是怎样发生的，不过现在人们普遍认为，当时Coley所使用的细菌或者其产物激活了患者体内的免疫系统。只是因为当时应用更方便、效果也更稳定的放射疗法迅速得到推广，Coley的毒素疗法就被丢到一边了。
另一项暗示免疫疗法潜力的早期证据来自于20世纪末，当时有临床试验表明，用免疫细胞调控因子白介素-2（IL-2）来治疗黑色素瘤，可让许多患者的存活时间长达五年以上。
绕过免疫检查点
在很多癌症患者的体内，其实已经存在可以识别并攻击肿瘤的免疫细胞。只不过肿瘤能够分泌出激活生物“免疫检查点”的化合物扼杀那些保护性细胞，从而捍卫肿瘤自身。
而现在已经研发出可以绕过这些免疫检查点的药物。第一种通过测试的此类药物是易普利姆玛，它是一种针对抑制性受体CTLA4的抗体。易普利姆玛能结合免疫T细胞的表面，抑制CTLA4的活性，令T细胞可以攻击肿瘤。在这种药物成功后不久，科学家们又使用抗体阻遏免疫细胞上表达的PD-1，或者其对应的抑制基因PD-L1（存在于肿瘤和一些免疫细胞上），都相继取得了喜人的效果。如今有四种这样的免疫检查点抑制型抗体药已经上市：抗PD-1的纳武单抗（Opdivo）和帕母单抗（Keytruda），针对PD-L1的阿特珠单抗（Tecentriq）和阻遏CTLA4的易普利姆玛（Yervoy）。研究人员也在积极研发靶向其他潜在免疫检查点的药物。
检查点抑制剂的诞生已经改变了癌症的治疗方案，位于宾夕法尼亚州北威尔士的默克研究实验室免疫—肿瘤转化医学的执行主管、肿瘤科临床研究带头人David Kaufman表示。正是这个实验室研制了检查点抑制剂帕母单抗。他还说：“在有些情况下，化疗要么是唯一选择，要么是少数不理想方案中的最优解，但它在许多情况下已经能够取代化疗。”
免疫检查点受体仅仅是科学家想要利用的免疫分子中的一类。“T细胞表面上的几乎任何东西现在都是激活免疫反应的潜在靶点。”Korman补充道，T细胞上还有一些分子，在结合时可以增强免疫反应。这些分子被称作“协同刺激受体”，有些公司已经在测试用抗体来结合和激活它们是否可以增强免疫活性。
不同病患，不同响应
对于一部分病人，免疫检查点抑制剂的治疗方案能够摧毁癌症，至少是遏制其发展，“改善肿瘤和免疫系统之间的关系”，Kaufman说道。他估计，大约有五分之一的癌症病例会响应这种治疗方法。这些患者通常是在接受免疫治疗之前，肿瘤中就已经有靶向癌症的T细胞了，只需要免疫检查点抑制剂来完成解锁。但对其他患者而言，免疫检查点抑制剂并不起作用。
不同响应模式可能有多种原因，默克研究实验室等地的研究人员正在努力探究这些机制。也许是因为特定肿瘤具有的抗原（免疫系统识别是外来物质或危险物质的分子）令免疫系统难以识别，Kaufman这样解释。又或者是，T细胞一直存在，但无法接触到癌细胞，他继而补充道。
另一个问题是，有些病患起初会对免疫检查点抑制剂有所响应，但之后却产生了抗药性。研究人员正开始探究导致这种问题的原因，Kaufman说。在某些情况下，肿瘤好像会改变，能够抵抗T细胞产生的攻击性分子。肿瘤也可能会发生突变，使它们无法被T细胞发现，从而躲避攻击。
对免疫检查点抑制剂不响应的患者，一些研究团队正致力于运用癌症疫苗唤醒其免疫系统，并将T细胞“士兵”带到肿瘤病灶。美国马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学医学院的Elizabeth Jaffee解释，思路是重新生成特异性针对癌症的T细胞，从而让接下来的免疫检查点抑制剂疗法指挥它们起作用。她正计划用一种快速基因测序技术进行试验，这种技术可以找到癌细胞里的独特突变——即“新抗原”，以期研发订制疫苗。
搭上CARs的快车
免疫检查点抑制剂也可以与细胞疗法联用。一般而言，身体会消灭掉那些攻击自身组织、并可能导致自体免疫性疾病的T细胞；而只留下攻击外源物的免疫细胞。这让肿瘤组织“钻了空子”，因为它们也是自身组织。Brentjens解释说，CAR-T细胞疗法的思路就是要“重新教会”某些T细胞，将肿瘤识别为外源物。
T细胞利用T细胞受体（TCRs）来识别抗原。研究人员在一个T细胞中插入一段基因，在T细胞表面上制造改良版的TCRs，或者叫CARs。这些专门的受体具有一个与抗体功能相似的部分，可以与一个癌细胞上的特定蛋白质（抗原）结合。进一步观察细胞内部，CARs有一块结构域可以模仿由抗原连接或“结合”TCRs所激活的信号。跨膜结构域，以及允许抗原结合区域接触靶标的灵活铰链结构，能够完成嵌合蛋白。研究人员经常使用慢病毒或逆转录病毒，向T细胞导入基因的有效载荷。一旦进入患者体内，当携带着CAR的T细胞与癌细胞结合，就会像发现入侵者或进攻一样进行响应。
迄今为止，CAR-T细胞试验主要针对血癌患者展开。血液里所有的B细胞，包括癌变细胞，都会表达一种名为“CD19”的标志性蛋白，因此，研究人员设计了能与之结合的CARs。在近期一次临床试验中，诺华（Novartis）宣称，89%的急性淋巴细胞白血病患儿可以存活6个月以上。要是没有采取这种疗法，该数字预计会低很多，与诺华合作的宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院免疫学家Bruce Levine这样说道。在疗法中，除了加入CAR之外，研究人员还利用协同刺激抗体来激活细胞。接着，他们利用生物反应器培养这些工程化改造过的细胞，最后把它们送回患者体内。
然而，CAR-T细胞治疗的感受并不像周末出游一样令人愉悦。其中有一种表明治疗正在起效的标志，就是病人的身体状况会变得极度糟糕，甚至有生命危险。免疫系统的急剧增强使细胞释放出被称作“细胞因子”的信号分子，而且可能会在体内引起一场“细胞因子风暴”。这会导致恶心、乏力、发热等症状——少数病人会因此丧命。
不过当它起作用时，很可能就会造就奇迹。在2010年的一项早期临床试验中，Levine和他的同事通过测算发现，三个被试患者中，每名患者体内有2.5~8磅的血癌细胞被清除。其中两名患者至今仍健在。
寻找“圣杯”
尽管有些成功案例，CAR-T细胞的疗法仍然不成熟。“我们现在有了一辆A级福特。”Brentjens说，“我们需要一台法拉利。”一个关键目标是要降低这种疗法的毒副作用。研究人员目前正在尝试开发一套备用系统，在CAR-T细胞内部嵌入一段自毁基因（例如半胱天冬酶细胞自杀基因），该基因可以通过药物激活，从而可以在必要时消灭改造过的细胞。
另一个主要挑战是CAR-T细胞疗法在血癌之外的推广。虽然这种疗法会攻击所有表达CD19的细胞（包括癌变和健康的），患者在没有此类细胞的情况下也能存活一段时间。但是对于身体的某个器官而言，情况有所不同。
“所谓的‘圣杯’应该是一种在所有肿瘤细胞上都表达、而在体内任何健康细胞上都不表达的分子。”伦敦国王学院的免疫学家与临床医生John Maher这样描述。
CAR的拥趸们限定了靶点的选择范围，因为CAR受体只能接触到癌细胞表面上的分子。这也是为什么一些科学家倾向于研究天然的TCR，它们能识别展示在细胞表面的胞内蛋白片段。“TCR可以通过某种方式挖掘癌细胞的内部。”来自意大利米兰圣拉斐尔大学及医院的Chiara Bonini表示。她正从事一项研究：取出患者的T细胞，用锌指核酸酶移除细胞的TCR基因，并用慢病毒植入针对肿瘤的新TCR。
位于美国马里兰州贝塞斯达市的国家癌症研究院（NCI）Steven Rosenberg团队发现，已经存在于肿瘤内部的T细胞的TCR，往往会产生不错的效果。一次实验中，他们从一名患者的肿瘤中收集了免疫细胞并进行细胞培养，然后挑出其中能够识别癌细胞的细胞。接着，他们把这些被选出的细胞重新输回患者体内。Rosenberg的团队成员Stephanie Goff说道，因此，课题组在对黑色素瘤的研究中取得了“激动人心的”成果。高达70%的患者目睹自己的肿瘤负荷大幅减轻；在一项临床试验中，40%的患者在治疗后的至少5年中，体内肿瘤消失。
CAR-T细胞疗法的其它障碍
研究人员也开始在CAR-T细胞中加入其它因子，这些因子会帮助细胞改变肿瘤的微环境。比如，Brentjens就改造了CAR-T细胞，使其产生自己的IL-12，可以在实体瘤环境中增强免疫反应。
不过，CAR-T细胞治疗的另一个问题在于它个性化的本质。生产每一批个性化订制的T细胞目前都需要花费“大量的精力”，Levine说。
赛莱克提思（Cellectis，总部位于法国巴黎）纽约分公司CAR-T研发部副总裁Julianne Smith表示，他们有办法建立不用定制的大众版CAR-T细胞疗法。这家公司运用精准靶向的类转录激活因子效应物核酸酶（TALEN）基因编辑技术，对捐献者免疫细胞上TCR复合体的某些功能域进行删减，让这些细胞不再攻击新的主人。这些CAR-T细胞最终还是会被新主人清除，不过Smith认为它们在新主人体内的时间足以让其完成使命。这些细胞目前正在接受临床试验。
回到实验室
生物医学发展的一般规律是从实验室的一个想法转化为一种临床疗法。但免疫疗法的作用机理、使用方法，以及如何优化现有疗法等方面都存在诸多问题，实验室科学家们还有大量工作要做。
“研究人员想搞清楚肿瘤微环境和一个人体内的微生物组能如何影响免疫治疗的效果。此外，他们正急切地寻找能够表明免疫疗法是否对患者起作用的生物标志物，因为要观察明确效果需要时间。”Jaffee表示。而且，研究人员也对受试患者的组织样本做了大量分析，力求在对免疫疗法有响应的患者与无疗效患者之间寻找差别。Kaufman表示，这包括测定DNA及RNA序列，检测表观遗传学标志物，以及通过免疫组织化学来观察组织样品。
总之，免疫疗法已经为肿瘤医生提供了一件威力巨大的新武器，开辟了一个亟待探索的全新生物学领域。“肿瘤学家将要成为新的免疫学家。”Maher如是表示。■
（译者之一李楠是老挝黄金赌场深圳先进技术研究院副研究员。）
Amber Dance 是美国洛杉矶的自由撰稿作者。
DOI: 10.1126/science.opms.p1700113 鸣谢：“原文由美国科学促进会（www.aaas.org）发布在2017 年3 月17 日《科 学》杂志”。官方英文版请见http://www.sciencemag.org/features/2017/03/cancer-immunotherapy-comes-age。 《科学新闻》 (科学新闻2018年2月刊 科学·生命)
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