腫瘤免疫治療百年回顧與展望

趙 璇，張 毅

1)鄭州大學第一附屬醫院生物細胞治療中心 鄭州 450052 2)鄭州大學第一附屬醫院腫瘤中心 鄭州 450052 3)河南省腫瘤免疫與生物治療重點實驗室 鄭州 450052

2018年全球大約有1 810萬癌癥新發病例和960萬癌癥死亡病例，其中亞洲人群分別占近一半和近七成[1]。惡性腫瘤嚴重威脅到了人類的健康和生活。手術、放療、化療是腫瘤治療的傳統手段[2]，免疫治療目前已經成為治療腫瘤的第四種手段。隨著腫瘤生物學、免疫學和基因組學研究的快速發展，腫瘤免疫治療在基礎研究和臨床試驗中不斷取得突破性的成果，獲得了一系列令人矚目的成績，逐漸成為腫瘤治療的重要手段。而免疫治療取得目前的地位，也幾經沉浮，歷經一百三十多年的發展(圖1)。

圖1 腫瘤免疫治療百年大事件

1 萌芽期(1890s～1950s)

1890年一名年輕女性患者因外傷導致手臂腫脹及劇烈疼痛。接診她的紐約外科醫生William Coley通過檢查認為患者并非普通感染，而是患有一種高度侵襲性的圓形細胞肉瘤。盡管患者接受了根治性手術，但病情仍進展迅速，令Coley束手無策，很快疾病奪去了患者的生命。這件事對剛剛從醫不久的Coley打擊很大，但也堅定了他尋找治療方法的決心[3]。他查閱了大量的文獻資料及患者的既往病歷，發現感染有可能使患者的腫瘤消退。因此Coley提出可以通過人為制造感染來治療癌癥,并發現細菌毒素(后人稱為Coley毒素)可以使部分無法手術的癌癥患者腫瘤縮小甚至消失[4]，這被后人認為是揭開了腫瘤免疫治療的序幕。盡管Coley毒素在小部分癌癥患者身上取得了療效，但由于其用法用量很難掌控且療效不確定，這種治療方法逐漸淡出人們的視線。此后由于放療、化療的相繼出現，腫瘤免疫治療一直被忽視。

2 緩慢發展期(1960s～1990s)

二十世紀五六十年代，卡介苗和其他具有免疫刺激作用的粗提物，陸續在一些惡性腫瘤中顯示出一定的療效[5-6]。隨后人們觀察到化學制劑誘發的腫瘤在同系小鼠中產生移植排斥，并且少數實體瘤患者出現了腫瘤“自發”消退現象，這些都提示利用新的免疫學方法可能引起腫瘤消退[7]。彼時科學家們認為是細胞免疫，而不是體液免疫，發揮了抗腫瘤作用。隨著卡介苗在如膀胱癌[8]等的治療中取得良好的效果，給免疫功能正常的患者瘤內注射卡介苗被認為是當時治療轉移瘤最有效的方法[9]。1975年單克隆抗體制備技術的出現，在免疫學技術及免疫治療領域產生巨大的影響。二十世紀八十年代，Rosenberg團隊[10-12]用淋巴因子活化的殺傷細胞(lymphokine activated killer cell, LAK)及白細胞介素-2(interleukin-2, IL-2)治療晚期腫瘤獲得成功，證實了IL-2活化的淋巴細胞對腫瘤細胞的殺傷作用；陸續在腎癌、惡性黑色素瘤中進行了大量的臨床試驗，開創了細胞因子和過繼細胞免疫治療的先河。隨后，科學家們進一步發現并研究了干擾素-α(interferon-α, IFN-α)的臨床應用價值，證實其對惡性黑色素瘤、腎細胞癌和其他實體瘤有抗腫瘤作用[13-14]，并因此成為美國食品及藥品管理局(FDA)批準的首個應用于ⅡB/Ⅲ期惡性黑色素瘤的免疫療法。IL-2因在包括腎癌、惡性黑色素瘤的多項臨床試驗中顯示出抗腫瘤活性[15-16]，并且取得一定的療效，成為第2個被FDA批準上市的細胞因子類藥物。

盡管大劑量細胞因子以及聯合LAK很快被用于多項惡性黑色素瘤治療的臨床試驗，但大量回顧性分析的結果顯示這種方法的臨床客觀有效率僅為16%[11, 17]，并且常伴有毛細血管滲漏綜合征等嚴重不良反應。腫瘤組織中的腫瘤浸潤淋巴細胞(tumor infiltrating lymphocyte, TIL)能更好地識別腫瘤細胞，具有一定的抗原特異性，并且體外擴增后TIL活性較LAK高100倍以上[18]。此后，TIL在腫瘤過繼細胞免疫治療中的作用備受關注。但早期TIL治療惡性腫瘤的臨床療效依舊有限，這在很大程度上減緩了腫瘤免疫治療的發展進程。

1991年Thierry Boon團隊[19]首次鑒定出T細胞識別的腫瘤抗原，解釋了機體免疫系統對腫瘤細胞識別的關鍵問題，開啟了腫瘤疫苗治療的時代，為后期腫瘤特異性免疫治療奠定了基礎。隨后在一系列實體瘤中發現了多種腫瘤抗原，腫瘤抗原能夠刺激機體的細胞免疫和體液免疫應答。總體上腫瘤抗原可以分為5個類型：分化抗原、癌-睪抗原、突變抗原、過表達抗原和病毒抗原。大量來源于腫瘤抗原的肽段(也稱表位)已被鑒定，并用于開發針對不同腫瘤的多肽或蛋白疫苗。然而，第一代多肽和蛋白疫苗只在很少部分的腫瘤患者中顯示出臨床受益[20]。隨著單克隆抗體制備技術的飛速發展，1997年利妥昔單抗成為被美國FDA批準的第一個抗腫瘤的單克隆抗體藥物，主要用于B細胞淋巴瘤的治療，通過抗體依賴的細胞介導的細胞毒作用等，激活機體的抗腫瘤免疫反應。

3 快速發展期(2000s～2017年)

2006年人乳頭狀瘤病毒(human papillomavirus，HPV)疫苗Gardasil獲批上市，成為人類歷史上第一個用于預防腫瘤發生的疫苗，可有效降低宮頸癌的發病率。2010年，美國FDA批準了首款治療性樹突狀細胞疫苗——Provenge，用于治療前列腺癌，它是一種基于抗原遞呈細胞的自體免疫療法，能將激素難治性晚期前列腺癌患者的總生存期提高4.1個月[21]。Allison團隊[22]在1996年證明阻斷細胞毒T淋巴細胞相關抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)，可以在體內激活抗腫瘤免疫反應。CTLA-4是T細胞表面的共抑制分子，是重要的免疫檢查點，能夠抑制T細胞活化。阻斷CTLA-4通路的臨床試驗中，晚期惡性黑色素瘤患者的總體反應率、疾病控制率和總體生存期顯著提高[23]。基于此，2011年美國FDA批準了首個免疫檢查點抑制劑CTLA-4單克隆抗體Yervoy(Ipilimumab)用于黑色素瘤的治療。2011年諾貝爾生理或醫學獎授予了發現Toll樣受體和樹突狀細胞的三位免疫學領域的科學家，他們的研究為更深入探尋腫瘤與免疫系統的相互作用奠定了基礎，對腫瘤免疫治療的發展具有重要意義。同年世界頂級期刊《自然》發文提出“免疫治療的時代已經到來”[24]。1992年日本Tasuku Honjo團隊[25]首次發現程序性死亡受體-1(programmed death-1, PD-1)。陳列平團隊[26-27]在1999年首次鑒定出腫瘤中的關鍵分子B7-H1(后被稱為程序性死亡受體配體1，PD-L1)及其功能，隨后證明了該分子通路在腫瘤免疫逃逸中發揮重要作用。在長期對免疫負調控機制研究的基礎上，該團隊開始倡導靶向PD-1及其配體PD-L1通路的腫瘤臨床試驗[28-29]，通過解除T細胞的抑制，發揮殺傷腫瘤的作用。雖然腫瘤免疫治療的潛力還未完全獲知，但通過免疫系統治療腫瘤的方式已經成為腫瘤治療的轉折點。鑒于CTLA-4單抗、PD-1單抗及嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor, CAR)-T細胞在晚期腫瘤治療中取得的較好療效，2013年《科學》雜志將腫瘤免疫治療評為年度十大自然科學突破之首[30]。同年《自然》雜志出版腫瘤免疫治療專刊，也顯示了腫瘤免疫治療的重要地位。由于PD-1單抗在臨床試驗中不斷獲得突破性成果，2014年PD-1單抗Keytruda(Pembrolizumab)和Opdivo(Nivolumab)成為美國FDA批準上市的第2個免疫檢查點抑制劑，被譽為FDA突破性藥物。腫瘤治療的觀念已經發生巨變，由傳統的靶向腫瘤治療轉而通過調控免疫系統達到治療腫瘤的目的，腫瘤免疫療法徹底成為全球的研發熱點。

2008年Rosenberg團隊[31]采用環磷酰胺和福達拉濱等化療藥物或全身放療進行非清髓性預處理，清除全身特別是腫瘤微環境中具有抑制功能的免疫調節細胞，結果顯著增強了過繼回輸TIL的治療效果。在多個單中心的Ⅱ期臨床試驗中，過繼回輸的TIL顯示出對轉移性惡性黑色素瘤約50%的客觀有效率[32]。1999年，Michael Nishimura團隊[33]率先證實了TCR-T細胞可以通過T細胞表面的TCR識別表達相應抗原的腫瘤細胞，并通過分泌細胞因子和直接溶解的方式殺傷腫瘤細胞。Rosenberg團隊[34]應用靶向NY-ESO-1的TCR-T細胞治療滑膜肉瘤和惡性黑色素瘤，臨床客觀緩解率分別達到了61%和55%。但由于TCR-T細胞高度個性化，可用于制備TCR-T細胞的TCR非常有限，限制了TCR-T細胞大規模的臨床應用。1989年Zelig Eshhar團隊[35]提出CAR的概念，經過體外改造T細胞，其識別靶細胞具有MHC非依賴性的特點，因此可用于具有同一靶點的所有腫瘤患者。2012年Carl June使用CAR-T細胞療法臨床治愈了6歲白血病患兒Emily，引起全球轟動。此后過繼細胞免疫治療領域不斷取得突破性成果，2017～2018年美國FDA和歐洲藥物管理局(EMA)先后批準了CAR-T細胞藥物Kymriah和Yescarta上市，用于治療復發或難治性B細胞急性淋巴細胞白血病和大B細胞淋巴瘤。然而CAR-T細胞療法還面臨諸多問題，如實體瘤療效欠佳，浸潤腫瘤組織的能力不足，難以克服腫瘤免疫抑制微環境等。

4 免疫治療2.0時代(2017年～)

2017年美國臨床腫瘤學會(American Society of Clinical Oncology, ASCO)發布的年度進展報告主題為“精準與聯合：免疫治療2.0”。免疫治療2.0具有三大特點：適應證不斷擴大，尋找精準受益人群，聯合治療趨勢明顯。Keytruda獲批用于存在高度微衛星不穩定(microsatellite instability-high, MSI-H)或錯配修復缺陷(mismatch repair deficient, dMMR)遺傳突變的實體瘤患者，首次不以病種作為治療適應證，具有里程碑意義，同時也是精準療法的體現。2018年諾貝爾生理或醫學獎授予兩名免疫療法先驅James Allison教授和Tasuku Honjo教授，他們關于“抑制負向免疫調節在腫瘤治療中的重要作用”的開拓性研究，改變了人們對抗腫瘤認識的格局。2017～2018年，全球腫瘤免疫治療的研發項目激增67%，腫瘤免疫療法的靶點增加約50%，熱門靶點達到48個，研究最多的靶點有CD19、PD-1、PD-L1、HER2和STAT3[36]。陳列平團隊近期又陸續發現了免疫檢查點LAG-3的配體GFL1分子[37]和一個全新的靶點Siglec-5[38]，涉及兩個重要的免疫逃逸通路，并開始進行臨床研究。

2019年3月，美國FDA批準了PD-L1抑制劑阿特珠單抗聯合卡鉑、依托泊苷用于廣泛期小細胞肺癌患者的一線治療，改寫了小細胞肺癌20多年的一線治療方案，意義重大。《新英格蘭醫學》雜志報道[39]，阿特珠單抗聯合白蛋白結合型紫杉醇治療轉移性三陰性乳腺癌，較單獨使用白蛋白結合型紫杉醇療法，提高了患者的無進展生存期和總生存期，尤其對于PD-L1表達陽性的患者，總生存期由15.5個月提高到25個月，這對三陰性乳腺癌的治療是個重大突破。這些結果提示聯合治療及個體化的精準免疫治療相結合，是未來腫瘤治療的發展趨勢。腫瘤細胞在突變過程中會表達正常細胞所沒有的異常蛋白，被稱為腫瘤新抗原，靶向新抗原的免疫治療可以克服機體的免疫耐受，從而產生較強的抗腫瘤免疫反應。隨著腫瘤新抗原檢測及預測技術的不斷突破，精準免疫治療發展迅速，2014年，Rosenberg團隊[40]首次通過這種方法控制了一名轉移性膽管癌患者的病情。2017年《自然》雜志同期發表兩篇重磅文章，證實靶向黑色素瘤新抗原的免疫細胞治療能使大部分患者的腫瘤完全消失[41-42]，揭開了靶向腫瘤新抗原免疫細胞治療在人體應用的序幕。科學家們給一例耐藥的轉移性乳腺癌患者過繼性輸注靶向新抗原的特異性TIL，患者達到了超過22個月的持續完全緩解[43]。2019年初《自然》雜志同時發表了兩篇使用多表位的個體化新抗原疫苗接種治療，證明免疫治療對通常具有相對較低突變負荷和免疫“冷”腫瘤微環境的膠質母細胞瘤是可行的[44-45]。腫瘤新抗原免疫療法開啟了腫瘤個體化治療的大門。

5 挑戰與展望

人們在免疫檢查點抑制劑、基因工程化T細胞及腫瘤新抗原疫苗等腫瘤免疫療法不同領域中不斷取得了良好的臨床研究結果，腫瘤免疫治療已經成為腫瘤新型治療最熱門的研究方向之一，但目前各種免疫治療的受益者還局限在小規模人群中。在腫瘤的發展過程中，腫瘤誘導的免疫逃逸是一個非常普遍的現象。可以通過靶向一些重要的免疫檢查點如PD-1、CTLA-4、TIM3等釋放T細胞功能。或是靶向腫瘤免疫微環境中的免疫抑制細胞，如腫瘤相關巨噬細胞、調節性T細胞、髓源性抑制細胞等，選擇性調整微環境的免疫反應。通過單獨或聯合阻斷CD47[46-49]分子，可以釋放巨噬細胞的抗腫瘤能力。隨著新的巨噬細胞表面抑制性受體的發現[50]，靶向巨噬細胞的免疫治療有可能成為腫瘤免疫治療的突破口之一。另外腫瘤可以通過重編程宿主代謝來促進其發展，針對代謝途徑的免疫治療可通過恢復腫瘤細胞的正常代謝來發揮抗腫瘤作用。腫瘤新抗原雖然具有特異性強的特點，但需經過取材、預測、合成、接種等步驟，制造過程存在時間相對滯后的問題，但是隨著越來越多新的預測方法的產生，滯后的時間將會被大大縮短并且準確度更高。

人體是一個綜合的有機整體，腫瘤的形成和發展也是一個動態、復雜的過程，因此任何一種針對某一靶點或某一機制的治療，都不能解決所有腫瘤治療的問題，因此將多種免疫治療手段聯合或免疫治療與傳統療法相結合，可以在臨床試驗中取得更好的療效。阻斷巨噬細胞通路的CD47單抗與CD20單抗聯用能使復發難治性非霍奇金淋巴瘤患者的客觀反應率達到50%左右[51]。2019年美國癌癥研究協會年會會議摘要中報道，靶向EGFRvⅢ的CAR-T細胞與PD-1單抗聯合使用、靶向IL-13Rα2的CAR-T細胞與CTLA-4單抗聯用，可使抗腫瘤效率提高5倍。更多影響免疫治療的因素也不斷被發現。2017年《科學》雜志就曾報道腫瘤患者在接受PD-1單抗治療期間，廣譜抗生素的使用可以使患者的生存期減少近一半[52]，同時腸道菌群的多樣性也影響了PD-1單抗的療效。

從Coley開始的腫瘤免疫治療至今已歷經百年，2018年，國產PD-1單抗已上市，中國患者將有更多機會享受免疫治療帶來的生存獲益。未來將有更多的免疫治療方案獲批用于臨床應用，將有更多的免疫治療相關機制需要研究，更多的免疫治療方案需要探索，腫瘤免疫治療的時代已經到來。