免疫療法可望治愈腫瘤
——解讀2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

李丹，王曉霞，李斌

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院 上海市免疫學(xué)研究所，上海 200025

2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了美國(guó)免疫學(xué)家詹姆斯?艾利森(James P. Allison)和日本免疫學(xué)家本庶佑(Tasuku Honjo)，以表彰他們有關(guān)“抑制負(fù)向免疫調(diào)節(jié)用于腫瘤治療”的原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)(圖1)。

惡性腫瘤，通常由于其不可控的細(xì)胞增殖以及隨后的組織間轉(zhuǎn)移，已成為嚴(yán)重影響人類健康的殺手。據(jù)WHO統(tǒng)計(jì)，2018年全球有超過1 800萬患者診斷出腫瘤(據(jù)《全球腫瘤觀察》(Global Cancer Observatory)，http://gco.iarc.fr/)。腫瘤患者統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在過去50年中持續(xù)上漲。在這期間，全球的腫瘤治愈病人，如果以5年生存率作為標(biāo)準(zhǔn)，也在不斷增加，從1/3到超過2/3。以上所述的是平均水平，但由于腫瘤的不同類型、發(fā)現(xiàn)的早晚，以及病人所在國(guó)家和地區(qū)的差異，治愈數(shù)據(jù)會(huì)有很大差別。常規(guī)腫瘤治療包括外科切除、化療、放療等。這些療法聚焦的靶點(diǎn)往往是腫瘤細(xì)胞，但最怕的是腫瘤不受控增殖及復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移。腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移通常意味著患者難以被治愈，即便醫(yī)生盡其所能嘗試各種醫(yī)療手段。

圖1 2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者詹姆斯?艾利森(左)和本庶佑(右)(圖片來源：https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2018/press-release/)

作為新型抗腫瘤策略，近年來免疫療法取得重大突破，相關(guān)藥物已用于腫瘤患者治療，并在黑色素瘤及部分肺癌患者身上取得明顯療效。新型免疫療法包括抗體療法及免疫細(xì)胞療法等新策略、新方法。這些療法聚焦的靶點(diǎn)是免疫細(xì)胞，通過消除由于人體負(fù)向免疫調(diào)控造成的對(duì)抗腫瘤免疫的抑制效應(yīng)，某些以前無法治愈的腫瘤現(xiàn)在有望被治愈了。諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)成員，瑞典卡羅琳斯卡研究所Klas K?rre教授在2018年10月1日宣布該獎(jiǎng)項(xiàng)時(shí)稱，“艾利森教授和本庶佑教授的發(fā)現(xiàn)為癌癥治療領(lǐng)域提供了新支柱和新理論”。此外，艾利森和本庶佑兩位教授在抗腫瘤治療以外的免疫學(xué)基礎(chǔ)研究方面也都作出了重大原創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

基于人體免疫系統(tǒng)治療腫瘤的療法至少可以回溯到19世紀(jì)末，美國(guó)紐約的外科醫(yī)生威廉?科利(William B. Coley)開創(chuàng)的毒素療法[1]。威廉醫(yī)生在臨床實(shí)踐中，觀察到有些感染了鏈球菌的腫瘤患者的肉瘤，在感染發(fā)生后腫瘤會(huì)縮小，這使他推測(cè)這類感染也許喚醒了人體的免疫防御機(jī)制，從而有助于腫瘤消退。威廉醫(yī)生利用細(xì)菌來源毒素治療了數(shù)百例腫瘤患者，只不過這種Coley毒素(以他名字命名)對(duì)某些病人有效，對(duì)另外一些病人則無效，其機(jī)理一直不清。后來隨著他的去世及臨床上化療方法的普及，這種Coley毒素療法也逐漸淡出臨床實(shí)踐。直到20世紀(jì)末兩個(gè)關(guān)鍵性免疫負(fù)調(diào)控受體蛋白CTLA-4和PD-1的克隆及功能發(fā)現(xiàn)，威廉醫(yī)生開創(chuàng)的毒素療法，即免疫療法才得以峰回路轉(zhuǎn)。

T細(xì)胞表面受體CTLA-4，全稱為Cytotoxic T-lymphocyte-associated gene 4，最初由Pierre Golstein 和Jean-Francois Brunet從T細(xì)胞表達(dá)庫(kù)中克隆發(fā)現(xiàn)[2]。Jeff Bluestone 和Craig Thompson 在1994發(fā)現(xiàn)CLTA-4功能上具有負(fù)調(diào)節(jié)T細(xì)胞激活的作用[3]，從理論上為單克隆抗體阻斷CTLA-4功能從而逆轉(zhuǎn)其對(duì)T細(xì)胞激活的抑制作用打下了理論基礎(chǔ)。最初針對(duì)CTLA-4作為負(fù)調(diào)節(jié)活性的轉(zhuǎn)化研究聚焦于自身免疫病的治療[4]。詹姆斯?艾利森的原始創(chuàng)新點(diǎn)在于，首次嘗試通過阻斷CTLA-4介導(dǎo)的免疫負(fù)向調(diào)節(jié)活性，從而激活抗腫瘤免疫反應(yīng)來治療腫瘤。最初的相關(guān)實(shí)驗(yàn)是艾利森在加州大學(xué)伯克利分校實(shí)驗(yàn)室于1994年末進(jìn)行的，并在圣誕節(jié)期間完成了重復(fù)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。艾利森實(shí)驗(yàn)室的Dana Leach和Matthew Krummel通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，移植了腫瘤的小鼠如果用anti-CLTA-4抗體治療，結(jié)果非常激動(dòng)人心，可以完全抑制腫瘤生長(zhǎng)，相關(guān)工作1996年在《科學(xué)》雜志得以發(fā)表，開創(chuàng)了腫瘤免疫治療的新紀(jì)元[5]。這些原創(chuàng)性工作代表了新一代免疫治療概念的崛起。

通過釋放機(jī)體抗腫瘤免疫發(fā)揮治療效果的單克隆抗體，如今通常被稱為免疫檢查點(diǎn)抑制劑 (ICIs)。艾利森實(shí)驗(yàn)室隨后的一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了anti-CTLA-4抗體在前列腺癌、乳腺癌及惡性黑色素癌等不同類型小鼠腫瘤模型中的治療效果[6-8]，其中有些實(shí)驗(yàn)還嘗試了anti-CTLA-4抗體療法與細(xì)胞因子粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)聯(lián)合用藥。這些小鼠的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為臨床轉(zhuǎn)化打下了科學(xué)基礎(chǔ)。但伴隨著這些發(fā)現(xiàn)的臨床轉(zhuǎn)化研究成了艾利森多年奮斗的目標(biāo)。那時(shí)，很少有藥物公司對(duì)腫瘤抗原未知的情況下僅僅基于解除免疫檢查點(diǎn)的廣譜性療法有興趣。此外，抗體療法給實(shí)驗(yàn)小鼠造成的嚴(yán)重自身免疫病副反應(yīng)也讓大家對(duì)臨床治療望而卻步。通過堅(jiān)持不懈的努力，艾利森最終說服了當(dāng)時(shí)一位來自小型生物技術(shù)公司Medarex的Alan Korman與他合作，于1999年制備出臨床實(shí)驗(yàn)所需的人源anti-CTLA-4單克隆抗體 MDX-010，后來被重命名為Ipilimumab[9]。 Medarex后來被跨國(guó)制藥企業(yè)Bristol-Myers Squibb收購(gòu)，相關(guān)臨床實(shí)驗(yàn)繼續(xù)推進(jìn)。突破性進(jìn)展來自一項(xiàng)針對(duì)惡性轉(zhuǎn)移型黑色素癌的III期臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果[10]，并最終獲得FDA和EMA于2011年批準(zhǔn)人源CTLA-4單抗藥物(商品名Yervoy，又名Ipilimumab)的上市銷售。

詹姆斯?艾利森實(shí)驗(yàn)室起始的anti-CTLA-4這類抗體療法，由于釋放了人體免疫系統(tǒng)的負(fù)反饋剎車，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的自身免疫性炎癥等副作用。一波三折之際，日本京都大學(xué)本庶佑實(shí)驗(yàn)室克隆了另外一個(gè)負(fù)調(diào)控蛋白PD-1(又稱CD279)編碼基因并鑒定其功能[11]。本庶佑最初克隆并研究PD-1的免疫功能，是通過減法雜交從小鼠瀕臨凋亡細(xì)胞中過表達(dá)的mRNA庫(kù)中篩選得到的，推測(cè)其功能可能涉及到細(xì)胞程序性死亡調(diào)控通路，所以命名為PD(Programmed Cell Death)，也完全沒有想到針對(duì)這個(gè)蛋白的功能阻斷性抗體，會(huì)在抗腫瘤免疫治療中大展異彩。通過近10年的持續(xù)努力，包括在不同遺傳背景下的敲除PD-1基因的小鼠表型鑒定，特別是后期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這些小鼠具有與CTLA-4基因敲除類似表型，讓包括本庶佑在內(nèi)的科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到，PD-1類似于CTLA-4，也是通過負(fù)向調(diào)控免疫反應(yīng)從而發(fā)揮其生理功能[12-13](圖2)。

事實(shí)上，腫瘤細(xì)胞通過表達(dá)PD-1配體蛋白PD-L1，與T細(xì)胞表面受體PD-1結(jié)合后，會(huì)抑制T細(xì)胞的免疫活性，而針對(duì)阻斷PD-1或其配體PD-L1的抗體可以解除這一抑制。這比針對(duì)CTLA-4的阻斷劑具有更特異的抗腫瘤效果，甚至可以幫助治療腫瘤已經(jīng)擴(kuò)散的患者，而這類轉(zhuǎn)移性腫瘤患者在這之前幾乎是無藥可以治愈的。最初克隆人源PD-1的配體PD-L1基因的是華人科學(xué)家陳列平[14]。他當(dāng)時(shí)給其命名為B7家族成員配體B7-H1，當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)其并非CD28或CTLA-4的配體，遺憾的是尚不知其為PD-1的配體。

本庶佑實(shí)驗(yàn)室與哈佛大學(xué)的G o r d o n Freeman、 Clive Wood合作致力于PD-1配體的發(fā)現(xiàn)，在2000年發(fā)表了PD-1配體的克隆與鑒定，并討論了某些表達(dá)PD-L1的腫瘤可能利用其功能特性來抑制機(jī)體的抗腫瘤免疫反應(yīng)[15]。

多種PD-1抗體療法從2014年起相繼問世，盡管其副作用也是有的，特別是有可能誘發(fā)炎性心肌炎等，但比CTLA-4抗體的副作用要相對(duì)溫和一些。 目前，已有幾種抗PD-1及其配體蛋白PD-L1的單克隆抗體，被批準(zhǔn)用于治療黑色素瘤、非小細(xì)胞肺癌、腎癌、膀胱癌、頭頸癌和霍奇金淋巴瘤等適用證。更多的抗體組合療法臨床實(shí)驗(yàn)正在緊鑼密鼓進(jìn)行中，新的臨床研究發(fā)現(xiàn)PD-1與CTLA4抗體聯(lián)用，以及PD-L1抗體結(jié)合化療聯(lián)用在高表達(dá)PD-L1的三陰性乳腺癌患者治療中產(chǎn)生更好的治療效果[16]。有理由相信，隨著資源投入的增加，未來會(huì)有更多有效的腫瘤免疫療法問世，給廣大患者及其家庭帶來福音。先前在美國(guó)獲批的PD-1抗體，2018年也已獲批進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。目前，也有多家中國(guó)民營(yíng)生物技術(shù)公司及藥廠研發(fā)的中國(guó)國(guó)產(chǎn)PD-1抗體已完成三期臨床并申請(qǐng)上市批文，相信獲批后進(jìn)入國(guó)內(nèi)醫(yī)藥市場(chǎng)，將會(huì)使我國(guó)更多腫瘤患者受益。

圖2 CTLA-4和PD-1抗體用于腫瘤免疫治療的機(jī)制示意圖(圖片來源： https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2018/press-release/)

綜上所述，從19世紀(jì)末威廉醫(yī)生開創(chuàng)毒素療法，到差不多一個(gè)世紀(jì)后艾利森和本庶佑在推動(dòng)免疫療法方面的突破性工作，其間每一步都伴有數(shù)不清的困惑和新產(chǎn)生的需要克服的難題。正是這些直面挑戰(zhàn)的努力凸顯了基礎(chǔ)原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的意義；哪怕最初并不被完全理解，通過一代代科學(xué)家們持續(xù)不懈的努力，逐漸給身患絕癥的廣大腫瘤患者帶來革命性的治愈力量，這就是科學(xué)的魅力。也因此，2018年諾貝爾獎(jiǎng)授予給腫瘤治療帶來突破的免疫療法原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，其意義重大，影響必將深遠(yuǎn)。

(2018年12月3日收稿)■