癌癥疫苗助力細(xì)胞免疫療法

細(xì)胞免疫療法已經(jīng)在血液腫瘤領(lǐng)域大放異彩，但對付實(shí)體瘤療效不佳。目前美國麻省理工學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種疫苗，能夠顯著增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞抗實(shí)體瘤的能力，一旦在臨床上獲得成功，有可能極大地改寫CAR-T細(xì)胞療法治療實(shí)體瘤的歷史。

南方周末特約撰稿 湯波

在腫瘤微環(huán)境里，人體T細(xì)胞受到腫瘤細(xì)胞的“蒙蔽”而放松對腫瘤細(xì)胞的監(jiān)管和清剿，科學(xué)家對T細(xì)胞進(jìn)行基因改造，增強(qiáng)其識別和擊殺腫瘤細(xì)胞的能力，催生一種全新的免疫療法——嵌合抗原受體T細(xì)胞（CAR-T細(xì)胞）療法，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已相繼批準(zhǔn)該療法治療急性淋巴白血病和淋巴瘤等血液腫瘤，但是目前該療法對實(shí)體瘤卻顯得“力不從心”。2019年7月，美國《科學(xué)》雜志報(bào)道稱，美國麻省理工學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種疫苗，顯著增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞抗實(shí)體瘤的能力，有望改寫CAR-T細(xì)胞療法治療實(shí)體瘤的歷史。

為什么實(shí)體瘤難以治療？

2017年8月和10月，美國FDA接連批準(zhǔn)了兩例CAR-T細(xì)胞療法，適應(yīng)癥分別為25歲以下的難治型或復(fù)發(fā)型B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病和成人難治型或易反復(fù)的彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤。不久這兩種新療法也被歐洲藥監(jiān)局批準(zhǔn)，從而將廣受關(guān)注的CAR-T細(xì)胞療法推向了風(fēng)口。中國和美國的醫(yī)療機(jī)構(gòu)競相開發(fā)類似的抗癌產(chǎn)品。根據(jù)美國臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(ClinicalTrails.gov)的數(shù)據(jù)，截止到2019年6月30日，中國注冊的CAR-T臨床試驗(yàn)數(shù)量超過200項(xiàng)，相當(dāng)于美國的兩倍，而中美兩國開展的CAR-T療法臨床試驗(yàn)約占全球的80%。

不過，在各國如火如荼開展臨床試驗(yàn)之際，CAR-T細(xì)胞療法面臨一個(gè)巨大窘境，即該療法似乎只適用于淋巴瘤和白血病等血液腫瘤，對實(shí)體瘤的治療卻總是難如人意，而且經(jīng)常出現(xiàn)一些難以承受的不良反應(yīng)甚至死亡。

荷蘭鹿特丹伊拉斯姆斯大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員曾對12名轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞瘤患者進(jìn)行CAR-T治療，結(jié)果有4名患者出現(xiàn)嚴(yán)重的肝毒性，即使低劑量注射情況下也難以承受，不得不停止CAR-T治療。美國國立癌癥研究所曾報(bào)道過一例轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌患者接受CAR-T細(xì)胞治療后出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)并死亡的案例，該患者接受CAR-T細(xì)胞注射之后不久即出現(xiàn)嚴(yán)重急性肺毒性和多器官衰竭，盡管采取了各種急救措施，但患者5天后死亡。通過已發(fā)表的臨床試驗(yàn)論文進(jìn)行分析，截止到2018年6月，全球共有22項(xiàng)針對實(shí)體瘤的CAR-T細(xì)胞療法臨床試驗(yàn)，涉及262名患者，但是總體緩解率僅為9%，遠(yuǎn)低于血液瘤的70%~94%。目前臨床試驗(yàn)顯示，CAR-T細(xì)胞療法只對神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤等極少數(shù)實(shí)體瘤有不錯(cuò)的療效，對大多數(shù)實(shí)體瘤，特別是胃腸道腫瘤基本無效。

為什么實(shí)體瘤難以治療？與白血病和淋巴瘤等血液腫瘤相比，實(shí)體瘤具有以下一些特點(diǎn)，是導(dǎo)致CAR-T細(xì)胞療法失效的主要原因。一是實(shí)體瘤呈現(xiàn)異質(zhì)性，即同一種腫瘤細(xì)胞可能表達(dá)不同表面抗原，而設(shè)計(jì)好的CAR-T細(xì)胞往往只針對一種表面抗原，另外表面抗原篩選也是一個(gè)難題，大多數(shù)表面抗原并非腫瘤細(xì)胞獨(dú)有，只是比正常細(xì)胞表達(dá)量高，導(dǎo)致CAR-T細(xì)胞治療出現(xiàn)嚴(yán)重細(xì)胞毒性，無法發(fā)揮療效；二是實(shí)體瘤組織嚴(yán)密，層層包裹，CAR-T細(xì)胞很難滲透到腫瘤內(nèi)部，也難以招募一些趨化因子等幫手來協(xié)同作戰(zhàn)；三是實(shí)體瘤微環(huán)境存在免疫抑制劑，即實(shí)體瘤細(xì)胞能分泌一些抑制因子，能讓CAR-T細(xì)胞“繳械投降”，從而阻止CAR-T細(xì)胞發(fā)揮抗癌作用。

由此可見，腫瘤的復(fù)雜程度遠(yuǎn)超人們的想象，但是科學(xué)家毫不氣餒，不斷與腫瘤斗智斗勇，最終發(fā)現(xiàn)腫瘤的這些“花招”，并找出破解之法。針對前兩個(gè)難題，科學(xué)家已通過篩選特異性表面抗原，設(shè)計(jì)高效的新型CAR-T，或聯(lián)合使用多種CAR-T細(xì)胞等措施加以解決，但是如何克服實(shí)體瘤內(nèi)部不利的微環(huán)境？

疫苗提升抗癌活性

針對CAR-T在實(shí)體瘤內(nèi)部容易失效的問題，美國麻省理工學(xué)院達(dá)雷爾·歐文（Darrell Irvine）教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種特殊的疫苗來增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞的廣譜抗癌活性，使其能殺死多種實(shí)體瘤的大多數(shù)腫瘤細(xì)胞，這項(xiàng)研究結(jié)果7月12日在線發(fā)表在國際頂級的《科學(xué)》雜志上。

這一特殊的疫苗是該研究的亮點(diǎn)，其核心是一種連接有多個(gè)多肽結(jié)構(gòu)域的磷脂聚合物，其中一種多肽結(jié)構(gòu)域主要結(jié)合血液中無處不在的白蛋白，以便搭乘白蛋白的“便車”，將疫苗快速運(yùn)送到附近的淋巴結(jié)，該結(jié)構(gòu)域還能將疫苗轉(zhuǎn)運(yùn)至一些免疫細(xì)胞內(nèi)部，另一種多肽結(jié)構(gòu)域則是真正起到疫苗功能的抗原分子，這些抗原在進(jìn)入輔助性免疫細(xì)胞之后能刺激其產(chǎn)生一系列細(xì)胞因子，增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞的活性，避免CAR-T細(xì)胞被腫瘤細(xì)胞抑制。理論上這個(gè)抗原可以根據(jù)需要重新設(shè)計(jì)成任意的多肽分子，這為不同癌癥設(shè)計(jì)不同的強(qiáng)化疫苗帶來了便利。

為了驗(yàn)證該疫苗能否在體內(nèi)增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞抗癌活性，研究人員開展了動物體內(nèi)試驗(yàn)。研究人員首先通過注射癌細(xì)胞的方式誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)產(chǎn)生某種腫瘤，如神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，并將提前設(shè)計(jì)好的、體外能殺死這種腫瘤的CAR-T細(xì)胞注射到小鼠體內(nèi)，接下來多次注射對應(yīng)這種CAR-T細(xì)胞的強(qiáng)化疫苗。這種強(qiáng)化疫苗在體外細(xì)胞試驗(yàn)中能進(jìn)入細(xì)胞膜并促進(jìn)CAR-T細(xì)胞增殖。

疫苗注射之后不久，小鼠體內(nèi)的CAR-T細(xì)胞很快出現(xiàn)大量增殖，普通的T細(xì)胞則變化不大。CAR-T細(xì)胞的增殖呈現(xiàn)劑量依賴性特點(diǎn)，即高劑量CAR-T細(xì)胞的增殖效果更高。在先后注射CAR-T細(xì)胞和強(qiáng)化疫苗的小鼠體內(nèi)，研究人員發(fā)現(xiàn)，其體內(nèi)能增強(qiáng)T細(xì)胞效應(yīng)的細(xì)胞因子比為單獨(dú)注射CAR-T細(xì)胞的小鼠增加了5-10倍，而且CAR-T細(xì)胞在腫瘤內(nèi)部的數(shù)量也增加了5倍以上。

更令人感興趣的是，雖然CAR-T細(xì)胞不同劑量有所差異，但是強(qiáng)化疫苗均能顯著延遲腫瘤細(xì)胞的生長，并大幅提高腫瘤小鼠的存活率。例如，當(dāng)單獨(dú)注射100萬個(gè)CAR-T細(xì)胞時(shí)，所有腫瘤小鼠均在50天內(nèi)死亡，與未注射CAR-T細(xì)胞對照組相比，沒有什么改善，但是與強(qiáng)化疫苗聯(lián)用之后，超過60%的腫瘤小鼠都得以存活150天以上，而當(dāng)CAR-T細(xì)胞的劑量適量提高時(shí)，腫瘤小鼠存活率甚至可達(dá)到80%。進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)，這些小鼠的腫瘤區(qū)域得到有效控制甚至縮小。

這種強(qiáng)化疫苗還能使機(jī)體表現(xiàn)出長期的免疫記憶，將能有效防止腫瘤復(fù)發(fā)。研究人員在初始治療75天后，再次將之前注射過的神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞注射到這些存活的小鼠體內(nèi)，結(jié)果這些腫瘤細(xì)胞很快被機(jī)體清除，并未再次引發(fā)腫瘤。大約50天后，研究人員再次給這些小鼠注射了與之前稍微不同的腫瘤細(xì)胞，如表面抗原不同，這些小鼠仍然能殺死新的腫瘤細(xì)胞。

研究人員還針對乳腺和黑素瘤腫瘤等不同的實(shí)體瘤，以及之前廣泛采用的不同CAR-T細(xì)胞，設(shè)計(jì)了各種不同的強(qiáng)化疫苗，療效均與之前的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤試驗(yàn)相似，表明這種強(qiáng)化疫苗能顯著增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞殺死實(shí)體瘤的能力，而且理論上可應(yīng)用于任何腫瘤和相應(yīng)的任何CAR-T細(xì)胞。

為此，《科學(xué)》雜志還專門配發(fā)評論文章，作者為來自華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的免疫學(xué)家內(nèi)森·辛格（Nathan Singh）和賓夕法尼亞大學(xué)細(xì)胞免疫治療中心的免疫學(xué)家卡爾·朱恩（Karl June）,后者是CAR-T細(xì)胞治療的權(quán)威專家，主導(dǎo)開發(fā)了全球第一個(gè)獲準(zhǔn)上市的CAR-T細(xì)胞藥物。辛格和朱恩評論道，美國麻省理工學(xué)院達(dá)雷爾·歐文團(tuán)隊(duì)這種聰明的疫苗設(shè)計(jì)，為探索如何更有效和更具創(chuàng)造性地利用CAR-T細(xì)胞開展新的治療，特別是實(shí)體瘤打開了大門。

其他策略也值得期待

除了這項(xiàng)研究，其他一些增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞抗腫瘤活性的研究也值得期待。

2019年2月，《自然生物技術(shù)》雜志報(bào)道了美國紐約凱特琳癌癥研究中心雷尼爾·布倫蒂安斯（Renier Brentjens）博士團(tuán)隊(duì)一項(xiàng)新的研究成果，他們設(shè)計(jì)了另一種增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞活性的策略，即在設(shè)計(jì)CAR-T細(xì)胞的同時(shí)，除了轉(zhuǎn)入嵌合抗原受體的基因，還增加一種單鏈抗體基因，使CAR-T細(xì)胞能分泌可阻斷PD-1抗原的單鏈抗體。

PD-1抗原是T細(xì)胞抗腫瘤活性的負(fù)調(diào)控因子，一旦T細(xì)胞的PD-1抗原被特異單鏈抗體結(jié)合，將阻斷腫瘤細(xì)胞去抑制T細(xì)胞，T細(xì)胞的抗腫瘤活性將得以恢復(fù)甚至強(qiáng)化。通過小鼠試驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)這種新的CAR-T細(xì)胞能顯著增加CAR-T在腫瘤內(nèi)的數(shù)量，也能顯著提升腫瘤小鼠的存活率，還表現(xiàn)出長期的保護(hù)性，具有防止腫瘤復(fù)發(fā)的潛力，表明這種新的策略的確能增強(qiáng)CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性。

雖然這些研究仍然處于臨床前試驗(yàn)階段，在人體上是否有效尚未可知，但是其臨床應(yīng)用價(jià)值非常值得期待。達(dá)雷爾·歐文對媒體表示，目前這種強(qiáng)化疫苗的技術(shù)已轉(zhuǎn)讓給醫(yī)藥公司，期望能在1-2年內(nèi)開展臨床試驗(yàn)。一旦獲得成功，作為在血液腫瘤治療領(lǐng)域大放異彩的免疫療法，CAR-T細(xì)胞療法將有望在實(shí)體瘤治療上攻城拔寨，為人類戰(zhàn)勝更多癌癥續(xù)寫新的篇章。