十五年前，Renier Brentjens剛剛結(jié)束假期，匆忙回到自己位于紐約的紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心的實(shí)驗(yàn)室。一個(gè)月以前，他通過基因工程改造了一些免疫細(xì)胞，對(duì)實(shí)驗(yàn)鼠進(jìn)行治療，希望可以達(dá)到抑制癌癥的效果。當(dāng)他回到實(shí)驗(yàn)室時(shí)，他發(fā)現(xiàn)所有的實(shí)驗(yàn)鼠都還活著。
Brentjens感到很驚訝，他告訴自己，“這東西也許真的有作用”。事實(shí)的確如此。2013年，他和他的同事刊發(fā)了一篇文章，報(bào)道他們用這種細(xì)胞療法對(duì)五名急性B淋巴細(xì)胞白血病患者采取了治療，五名患者的癥狀均得到了全面緩解，雖然其中有一名在之后有所復(fù)發(fā)。Brentjens說，那次成功讓免疫細(xì)胞的改造進(jìn)入“大爆發(fā)”階段。
免疫療法背后的思路，就是通過誘導(dǎo)生物體內(nèi)通常攻擊病原體的免疫系統(tǒng)，使其轉(zhuǎn)而進(jìn)攻癌細(xì)胞。這個(gè)領(lǐng)域在近些年呈現(xiàn)爆炸式的發(fā)展，其中的幾種藥物已經(jīng)得到批準(zhǔn)，近1500種癌癥免疫療法臨床試驗(yàn)被登記在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）的臨床試驗(yàn)檔案中（ClinicalTrials.gov）。
有兩類免疫療法目前廣受關(guān)注，一種采用免疫檢查點(diǎn)抑制劑，另一種則采用修飾過的“嵌合抗原受體（CAR）T細(xì)胞”。前者使抗癌免疫細(xì)胞大量增殖；而后者，也就是Brentjens所使用的方法，采用基因工程技術(shù)改造免疫細(xì)胞，然后讓它們回去攻擊癌細(xì)胞。
但這只是廣義免疫療法諸多思路中的兩種思路，免疫療法也包括疫苗等方法�？茖W(xué)家們使用了多種技術(shù)手段來研發(fā)這些療法，譬如抗體、基因編輯和病毒基因轉(zhuǎn)移等。不幸的是，這些方案并不適用于所有癌癥類型，而且有的方法會(huì)引起嚴(yán)重的副作用，甚至?xí)䦟?dǎo)致死亡。這意味著，要改進(jìn)這些方法并消除其潛在隱患，科學(xué)家們?nèi)匀挥写罅康墓ぷ饕觥?/font>
攻克所有癌癥的答案？
盡管在使用“治愈”這個(gè)詞時(shí)應(yīng)該保持謹(jǐn)慎，但確實(shí)有的接受過早期臨床試驗(yàn)的病人在10年后仍然健在，而且他們體內(nèi)顯然是幾乎或完全沒有癌細(xì)胞的，位于加州雷德伍德城的百時(shí)美施貴寶公司免疫—腫瘤研發(fā)部門副總裁Alan Korman表示，他一直參與市面上兩種免疫檢查點(diǎn)抑制劑的研發(fā)：納武單抗(nivolumab)和易普利姆瑪（ipilimumab）。
的確，癌癥免疫治療并不算新想法。早在19世紀(jì)末，外科醫(yī)生William Coley發(fā)現(xiàn)，在患者體內(nèi)有意引入細(xì)菌感染，有時(shí)就可以神奇地消滅惡性腫瘤。雖然在那時(shí)他并不理解這是怎樣發(fā)生的，不過現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為，當(dāng)時(shí)Coley所使用的細(xì)菌或者其產(chǎn)物激活了患者體內(nèi)的免疫系統(tǒng)。只是因?yàn)楫?dāng)時(shí)應(yīng)用更方便、效果也更穩(wěn)定的放射療法迅速得到推廣，Coley的毒素療法就被丟到一邊了。
另一項(xiàng)暗示免疫療法潛力的早期證據(jù)來自于20世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)有臨床試驗(yàn)表明，用免疫細(xì)胞調(diào)控因子白介素-2（IL-2）來治療黑色素瘤，可讓許多患者的存活時(shí)間長(zhǎng)達(dá)五年以上。
繞過免疫檢查點(diǎn)
在很多癌癥患者的體內(nèi)，其實(shí)已經(jīng)存在可以識(shí)別并攻擊腫瘤的免疫細(xì)胞。只不過腫瘤能夠分泌出激活生物“免疫檢查點(diǎn)”的化合物扼殺那些保護(hù)性細(xì)胞，從而捍衛(wèi)腫瘤自身。
而現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā)出可以繞過這些免疫檢查點(diǎn)的藥物。第一種通過測(cè)試的此類藥物是易普利姆瑪，它是一種針對(duì)抑制性受體CTLA4的抗體。易普利姆瑪能結(jié)合免疫T細(xì)胞的表面，抑制CTLA4的活性，令T細(xì)胞可以攻擊腫瘤。在這種藥物成功后不久，科學(xué)家們又使用抗體阻遏免疫細(xì)胞上表達(dá)的PD-1，或者其對(duì)應(yīng)的抑制基因PD-L1（存在于腫瘤和一些免疫細(xì)胞上），都相繼取得了喜人的效果。如今有四種這樣的免疫檢查點(diǎn)抑制型抗體藥已經(jīng)上市：抗PD-1的納武單抗（Opdivo）和帕母單抗（Keytruda），針對(duì)PD-L1的阿特珠單抗（Tecentriq）和阻遏CTLA4的易普利姆瑪（Yervoy）。研究人員也在積極研發(fā)靶向其他潛在免疫檢查點(diǎn)的藥物。
檢查點(diǎn)抑制劑的誕生已經(jīng)改變了癌癥的治療方案，位于賓夕法尼亞州北威爾士的默克研究實(shí)驗(yàn)室免疫—腫瘤轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的執(zhí)行主管、腫瘤科臨床研究帶頭人David Kaufman表示。正是這個(gè)實(shí)驗(yàn)室研制了檢查點(diǎn)抑制劑帕母單抗。他還說：“在有些情況下，化療要么是唯一選擇，要么是少數(shù)不理想方案中的最優(yōu)解，但它在許多情況下已經(jīng)能夠取代化療。”
免疫檢查點(diǎn)受體僅僅是科學(xué)家想要利用的免疫分子中的一類。“T細(xì)胞表面上的幾乎任何東西現(xiàn)在都是激活免疫反應(yīng)的潛在靶點(diǎn)。”Korman補(bǔ)充道，T細(xì)胞上還有一些分子，在結(jié)合時(shí)可以增強(qiáng)免疫反應(yīng)。這些分子被稱作“協(xié)同刺激受體”，有些公司已經(jīng)在測(cè)試用抗體來結(jié)合和激活它們是否可以增強(qiáng)免疫活性。
不同病患，不同響應(yīng)
對(duì)于一部分病人，免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療方案能夠摧毀癌癥，至少是遏制其發(fā)展，“改善腫瘤和免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系”，Kaufman說道。他估計(jì)，大約有五分之一的癌癥病例會(huì)響應(yīng)這種治療方法。這些患者通常是在接受免疫治療之前，腫瘤中就已經(jīng)有靶向癌癥的T細(xì)胞了，只需要免疫檢查點(diǎn)抑制劑來完成解鎖。但對(duì)其他患者而言，免疫檢查點(diǎn)抑制劑并不起作用。
不同響應(yīng)模式可能有多種原因，默克研究實(shí)驗(yàn)室等地的研究人員正在努力探究這些機(jī)制。也許是因?yàn)樘囟[瘤具有的抗原（免疫系統(tǒng)識(shí)別是外來物質(zhì)或危險(xiǎn)物質(zhì)的分子）令免疫系統(tǒng)難以識(shí)別，Kaufman這樣解釋。又或者是，T細(xì)胞一直存在，但無法接觸到癌細(xì)胞，他繼而補(bǔ)充道。
另一個(gè)問題是，有些病患起初會(huì)對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑有所響應(yīng)，但之后卻產(chǎn)生了抗藥性。研究人員正開始探究導(dǎo)致這種問題的原因，Kaufman說。在某些情況下，腫瘤好像會(huì)改變，能夠抵抗T細(xì)胞產(chǎn)生的攻擊性分子。腫瘤也可能會(huì)發(fā)生突變，使它們無法被T細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，從而躲避攻擊。
對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑不響應(yīng)的患者，一些研究團(tuán)隊(duì)正致力于運(yùn)用癌癥疫苗喚醒其免疫系統(tǒng)，并將T細(xì)胞“士兵”帶到腫瘤病灶。美國(guó)馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Elizabeth Jaffee解釋，思路是重新生成特異性針對(duì)癌癥的T細(xì)胞，從而讓接下來的免疫檢查點(diǎn)抑制劑療法指揮它們起作用。她正計(jì)劃用一種快速基因測(cè)序技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，這種技術(shù)可以找到癌細(xì)胞里的獨(dú)特突變——即“新抗原”，以期研發(fā)訂制疫苗。
搭上CARs的快車
免疫檢查點(diǎn)抑制劑也可以與細(xì)胞療法聯(lián)用。一般而言，身體會(huì)消滅掉那些攻擊自身組織、并可能導(dǎo)致自體免疫性疾病的T細(xì)胞；而只留下攻擊外源物的免疫細(xì)胞。這讓腫瘤組織“鉆了空子”，因?yàn)樗鼈円彩亲陨斫M織。Brentjens解釋說，CAR-T細(xì)胞療法的思路就是要“重新教會(huì)”某些T細(xì)胞，將腫瘤識(shí)別為外源物。
T細(xì)胞利用T細(xì)胞受體（TCRs）來識(shí)別抗原。研究人員在一個(gè)T細(xì)胞中插入一段基因，在T細(xì)胞表面上制造改良版的TCRs，或者叫CARs。這些專門的受體具有一個(gè)與抗體功能相似的部分，可以與一個(gè)癌細(xì)胞上的特定蛋白質(zhì)（抗原）結(jié)合。進(jìn)一步觀察細(xì)胞內(nèi)部，CARs有一塊結(jié)構(gòu)域可以模仿由抗原連接或“結(jié)合”TCRs所激活的信號(hào)�？缒そY(jié)構(gòu)域，以及允許抗原結(jié)合區(qū)域接觸靶標(biāo)的靈活鉸鏈結(jié)構(gòu)，能夠完成嵌合蛋白。研究人員經(jīng)常使用慢病毒或逆轉(zhuǎn)錄病毒，向T細(xì)胞導(dǎo)入基因的有效載荷。一旦進(jìn)入患者體內(nèi)，當(dāng)攜帶著CAR的T細(xì)胞與癌細(xì)胞結(jié)合，就會(huì)像發(fā)現(xiàn)入侵者或進(jìn)攻一樣進(jìn)行響應(yīng)。
迄今為止，CAR-T細(xì)胞試驗(yàn)主要針對(duì)血癌患者展開。血液里所有的B細(xì)胞，包括癌變細(xì)胞，都會(huì)表達(dá)一種名為“CD19”的標(biāo)志性蛋白，因此，研究人員設(shè)計(jì)了能與之結(jié)合的CARs。在近期一次臨床試驗(yàn)中，諾華（Novartis）宣稱，89%的急性淋巴細(xì)胞白血病患兒可以存活6個(gè)月以上。要是沒有采取這種療法，該數(shù)字預(yù)計(jì)會(huì)低很多，與諾華合作的賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)家Bruce Levine這樣說道。在療法中，除了加入CAR之外，研究人員還利用協(xié)同刺激抗體來激活細(xì)胞。接著，他們利用生物反應(yīng)器培養(yǎng)這些工程化改造過的細(xì)胞，最后把它們送回患者體內(nèi)。
然而，CAR-T細(xì)胞治療的感受并不像周末出游一樣令人愉悅。其中有一種表明治療正在起效的標(biāo)志，就是病人的身體狀況會(huì)變得極度糟糕，甚至有生命危險(xiǎn)。免疫系統(tǒng)的急劇增強(qiáng)使細(xì)胞釋放出被稱作“細(xì)胞因子”的信號(hào)分子，而且可能會(huì)在體內(nèi)引起一場(chǎng)“細(xì)胞因子風(fēng)暴”。這會(huì)導(dǎo)致惡心、乏力、發(fā)熱等癥狀——少數(shù)病人會(huì)因此喪命。
不過當(dāng)它起作用時(shí)，很可能就會(huì)造就奇跡。在2010年的一項(xiàng)早期臨床試驗(yàn)中，Levine和他的同事通過測(cè)算發(fā)現(xiàn)，三個(gè)被試患者中，每名患者體內(nèi)有2.5~8磅的血癌細(xì)胞被清除。其中兩名患者至今仍健在。
尋找“圣杯”
盡管有些成功案例，CAR-T細(xì)胞的療法仍然不成熟。“我們現(xiàn)在有了一輛A級(jí)福特。”Brentjens說，“我們需要一臺(tái)法拉利。”一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是要降低這種療法的毒副作用。研究人員目前正在嘗試開發(fā)一套備用系統(tǒng)，在CAR-T細(xì)胞內(nèi)部嵌入一段自毀基因（例如半胱天冬酶細(xì)胞自殺基因），該基因可以通過藥物激活，從而可以在必要時(shí)消滅改造過的細(xì)胞。
另一個(gè)主要挑戰(zhàn)是CAR-T細(xì)胞療法在血癌之外的推廣。雖然這種療法會(huì)攻擊所有表達(dá)CD19的細(xì)胞（包括癌變和健康的），患者在沒有此類細(xì)胞的情況下也能存活一段時(shí)間。但是對(duì)于身體的某個(gè)器官而言，情況有所不同。
“所謂的‘圣杯’應(yīng)該是一種在所有腫瘤細(xì)胞上都表達(dá)、而在體內(nèi)任何健康細(xì)胞上都不表達(dá)的分子。”倫敦國(guó)王學(xué)院的免疫學(xué)家與臨床醫(yī)生John Maher這樣描述。
CAR的擁躉們限定了靶點(diǎn)的選擇范圍，因?yàn)镃AR受體只能接觸到癌細(xì)胞表面上的分子。這也是為什么一些科學(xué)家傾向于研究天然的TCR，它們能識(shí)別展示在細(xì)胞表面的胞內(nèi)蛋白片段。“TCR可以通過某種方式挖掘癌細(xì)胞的內(nèi)部。”來自意大利米蘭圣拉斐爾大學(xué)及醫(yī)院的Chiara Bonini表示。她正從事一項(xiàng)研究：取出患者的T細(xì)胞，用鋅指核酸酶移除細(xì)胞的TCR基因，并用慢病毒植入針對(duì)腫瘤的新TCR。
位于美國(guó)馬里蘭州貝塞斯達(dá)市的國(guó)家癌癥研究院（NCI）Steven Rosenberg團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)存在于腫瘤內(nèi)部的T細(xì)胞的TCR，往往會(huì)產(chǎn)生不錯(cuò)的效果。一次實(shí)驗(yàn)中，他們從一名患者的腫瘤中收集了免疫細(xì)胞并進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，然后挑出其中能夠識(shí)別癌細(xì)胞的細(xì)胞。接著，他們把這些被選出的細(xì)胞重新輸回患者體內(nèi)。Rosenberg的團(tuán)隊(duì)成員Stephanie Goff說道，因此，課題組在對(duì)黑色素瘤的研究中取得了“激動(dòng)人心的”成果。高達(dá)70%的患者目睹自己的腫瘤負(fù)荷大幅減輕；在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，40%的患者在治療后的至少5年中，體內(nèi)腫瘤消失。
CAR-T細(xì)胞療法的其它障礙
研究人員也開始在CAR-T細(xì)胞中加入其它因子，這些因子會(huì)幫助細(xì)胞改變腫瘤的微環(huán)境。比如，Brentjens就改造了CAR-T細(xì)胞，使其產(chǎn)生自己的IL-12，可以在實(shí)體瘤環(huán)境中增強(qiáng)免疫反應(yīng)。
不過，CAR-T細(xì)胞治療的另一個(gè)問題在于它個(gè)性化的本質(zhì)。生產(chǎn)每一批個(gè)性化訂制的T細(xì)胞目前都需要花費(fèi)“大量的精力”，Levine說。
賽萊克提思（Cellectis，總部位于法國(guó)巴黎）紐約分公司CAR-T研發(fā)部副總裁Julianne Smith表示，他們有辦法建立不用定制的大眾版CAR-T細(xì)胞療法。這家公司運(yùn)用精準(zhǔn)靶向的類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶（TALEN）基因編輯技術(shù)，對(duì)捐獻(xiàn)者免疫細(xì)胞上TCR復(fù)合體的某些功能域進(jìn)行刪減，讓這些細(xì)胞不再攻擊新的主人。這些CAR-T細(xì)胞最終還是會(huì)被新主人清除，不過Smith認(rèn)為它們?cè)谛轮魅梭w內(nèi)的時(shí)間足以讓其完成使命。這些細(xì)胞目前正在接受臨床試驗(yàn)。
回到實(shí)驗(yàn)室
生物醫(yī)學(xué)發(fā)展的一般規(guī)律是從實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)想法轉(zhuǎn)化為一種臨床療法。但免疫療法的作用機(jī)理、使用方法，以及如何優(yōu)化現(xiàn)有療法等方面都存在諸多問題，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家們還有大量工作要做。
“研究人員想搞清楚腫瘤微環(huán)境和一個(gè)人體內(nèi)的微生物組能如何影響免疫治療的效果。此外，他們正急切地尋找能夠表明免疫療法是否對(duì)患者起作用的生物標(biāo)志物，因?yàn)橐^察明確效果需要時(shí)間。”Jaffee表示。而且，研究人員也對(duì)受試患者的組織樣本做了大量分析，力求在對(duì)免疫療法有響應(yīng)的患者與無療效患者之間尋找差別。Kaufman表示，這包括測(cè)定DNA及RNA序列，檢測(cè)表觀遺傳學(xué)標(biāo)志物，以及通過免疫組織化學(xué)來觀察組織樣品。
總之，免疫療法已經(jīng)為腫瘤醫(yī)生提供了一件威力巨大的新武器，開辟了一個(gè)亟待探索的全新生物學(xué)領(lǐng)域。“腫瘤學(xué)家將要成為新的免疫學(xué)家。”Maher如是表示。■
（譯者之一李楠是中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員。）