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Science: 癌症免疫检查点疗法展望

免疫检查点疗法(immune chenkpoint therapy)是一类通过调节T细胞活性来提高抗肿瘤免疫反应的治疗方法。在最新一期的《科学》杂志中,来自美国MD.Anderson癌症中心的Padmanee Sharma与James P. Allison通过一篇综述文章分析了免疫检查点疗法的发展趋势。


目前,免疫检查点疗法已经加入了由手术,放疗,化疗,靶向治疗等组成的"抗癌大军"中。由FDA批准的三种免疫疗法药物中,一种是特异性结合T细胞表面CTLA-4受体的抗体类药物,叫做ipilimumab,于2011年得到批准。另外两种是特异性结合T细胞表面PD-1受体的抗体类药物,分别叫做pembrolizumab与nivolumab,于2014年得到批准。


与之前的药物相比,这三种药物在抗癌方面具有完全不同的特性。


首先,它们并不直接作用于肿瘤细胞,而是通过作用于T细胞类间接杀伤肿瘤细胞;另外,它们并不是针对肿瘤表面的某些特定物质,而是系统性地增强了全身的抗肿瘤免疫反应。具体来讲,在一小部分特定的癌症类型中,CTLA-4抗体类药物已经能够有效延长患者寿命长达十年。


过去20年来基础科学的飞速发展使得一部分癌症的治疗手段发生了明显提升。我们通过高通量测序筛查找到特定患者体内癌细胞的特定突变,这些特定的突变可以被认为是患者携带的"癌症分子标记"。通过设计特异性药物可以实现癌症的"个体化医疗"。比如通过设计一些小分子药物阻断癌细胞的一些必需的信号传递通路。举例来说:黑色素瘤患者携带BRAF V600E的突变,从而使得BRAF信号通路持续开启。这些患者可以使用BRAF抑制剂药物来进行治疗。事实证明,这种治疗方式能够明显延长患者的寿命。


高通量的全基因组测序技术为癌症治疗带来的便利也将被应用于更多类型的癌症与更多的治疗手段中。同样,如何引导机体产生高效的抗肿瘤免疫反应也依赖于对T细胞激活过程的更为系统的理解。然而,与高通量筛选得到的癌症分子标记不同,免疫反应通常是高度动态的。这意味着提高抗肿瘤免疫反应并不能够像阻断某一两个特定的突变分子那样简单。


肿瘤微环境:肿瘤细胞与宿主免疫反应


肿瘤由许多不同的细胞类型组成,包括发生遗传变异后的原始细胞与大量的其它类型细胞,比如表皮细胞,成纤维细胞等。另外,肿瘤中还包括一部分的免疫细胞。最初可能仅有少量的免疫细胞进入肿瘤内部,但慢慢地会出现NK细胞与巨噬细胞,之后会出现T细胞。T细胞是杀伤表达肿瘤特异性抗原的肿瘤细胞的重要成分。主要的作用方式是通过其表面的TCR与肿瘤细胞表面的MHC-抗原复合体相互作用。肿瘤特异性抗原可能是由致癌病毒、分化抗原,表观遗传调控分子,以及致癌过程中产生的新抗原等构成。T细胞通过筛查、寻找肿瘤特异性抗原,然后开始分裂增殖,最终杀灭这部分细胞。不过,T细胞的激活过程要比描述的复杂得多,因为涉及到许多正向与负向调控的分子。


TCR与MHC-抗原复合体的相互作用本身还不足以激活T细胞,还需要辅助刺激因子的存在。T细胞表面的CD28分子能够与抗原呈递细胞表面的CD80/CD86发生特异性结合,它们提供了一项非常重要的共刺激信号。CD80/CD86的表达仅限于特定的细胞类型(如抗原呈递细胞),而肿瘤细胞表面一般不表达此类分子,因此,肿瘤细胞常常能够躲避T细胞的攻击。这一难题能够通过诱导炎症反应来解决。在炎症反应中,抗原呈递细胞(APC)能够吞噬肿瘤细胞,从而将肿瘤抗原表达在自身表面,进而激活特定的T细胞类型。


在共刺激信号激活之后,T细胞获得了有效的功能,可以到达肿瘤附近发挥杀伤作用。激活后的T细胞如何进入肿瘤微环境中又是一项难题。即使T细胞成功进入了微环境,还需要克服物理屏障,表皮细胞的阻挡,调节性T细胞的抑制作用,抑制性细胞因子等来发挥功能。


早在1980年,就有研究人员曾经将人黑色素瘤特异性抗原分离出来进行预防接种。这类疫苗包含多肽类物质或DNA类物质以及一些刺激性细胞因子。然而,临床试验却没有获得成功。这一失败使得人们对于抗肿瘤的免疫疗法产生了长久的怀疑。 


T细胞反应的调节


此后,一些对于T细胞复杂调控机制的深入研究帮助解释了为什么简单的接种模式并不能起到治疗癌症的效果。


90年代中期,人们逐渐了解了T细胞的激活受到多种复杂的信号调节。CTLA-4,一类与CD28高度同源的分子,同样表达在T细胞表面。CTLA-4能够与CD80/CD86结合,而且结合的强度要高于CD28。在此之上,又有科学家证明CTLA-4与CD28的作用完全相反,它能够抑制T细胞的活化。之后的线索变为:T细胞激活后会高表达CTLA-4,这类分子在细胞膜上积累,之后通过与CD80/CD86的结合阻断了T细胞的进一步活化。


基于对CTLA-4功能的了解,人们开始猜想是否通过解放内源的T细胞活化程度就能够起到光谱地杀伤肿瘤的效果,而不需再去考虑特异性的抗原物质。很多实验室均通过小鼠模型验证了这一猜想,并最终促成了CTLA-4阻断抗体ipilimumab的问世。


ipilimumab的问世开辟了免疫检查点疗法的方向。现在我们知道了更多的免疫检查点分子,其中包括PD-1。PD-1也有两种配体,分别叫做PD-L1与PD-L2,它们在各类型细胞表面均有表达。与CTLA-4不同,PD-1并不阻断共刺激信号,而是直接抑制TCR下游的信号。


免疫检查点疗法的临床效果


Ipilimumab是一个抗人CTLA-4的抗体药物,它于90年代末进入临床试验。与预期相符,Ipilimumab能够抑制多种肿瘤类型患者的病情恶化。I期/II期临床试验结果显示:Ipilimumab能够有效抑制黑色素瘤,肾细胞癌,前列腺癌,尿道癌以及卵巢癌的恶化。III期临床中,Ipilimumab被用于治疗晚期黑色素瘤患者,结果显示患者的寿命明显延长。重要的是,在20%以上的寿命4年以上的患者中发现了免疫反应的唤起。


同样,anti-PD1的抗体药物也获得了明显的治疗效果。


由于CTLA-4与PD-1的作用机理不同,那么也就意味着两种药物联合使用或许会获得更佳的治疗效果,在小鼠模型上的实验也确实验证了这一假设。2013年,I期临床试验的结果证明:anti-CTLA-4 (ipilimumab) 与anti-PD-1 (nivolumab)联合用药能够抑制50%晚期黑色素瘤患者的肿瘤恶化情况。


组织检测筛选适用人群


之后,作者还对免疫检查点药物的适用人群如何进行甄别进行了讨论,主要是通过特异性分子标记对患者进行筛选,在此不再赘述。


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