陳辰 李斌

2018年度的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國免疫學(xué)家艾利森和日本免疫學(xué)家本庶佑.以表彰他們發(fā)現(xiàn)抑制免疫負(fù)調(diào)節(jié)的癌癥療法.從根本上改變了人們對(duì)癌癥冶療方式的看法。

2018年10月1日，2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉。美國免疫學(xué)家艾利森（J.P.Allison）教授與日本免疫學(xué)家本庶佑（T.Honjo）教授因在癌癥免疫治療領(lǐng)域的奠基性工作而摘得桂冠。艾利森是美國得克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心免疫學(xué)研究負(fù)責(zé)人，是分離出T細(xì)胞抗原復(fù)合物蛋白的第一人，他同時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果暫時(shí)抑制T細(xì)胞表面的CTLA-4這一免疫系統(tǒng)分子“制動(dòng)器”的活性，就能提高免疫系統(tǒng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的攻擊性，殺傷腫瘤，從而縮小腫瘤體積。他對(duì)T細(xì)胞的發(fā)育和激活，以及免疫系統(tǒng)“制動(dòng)器”機(jī)理的卓越研究，為癌癥治療開創(chuàng)了全新思路。本庶佑現(xiàn)任京都大學(xué)高等研究院特別教授，他建立了免疫球蛋白類型轉(zhuǎn)換的基本概念框架，提出了一個(gè)解釋抗體基因在模式轉(zhuǎn)換中變化的模型，首先鑒定PD-1為活化T細(xì)胞上的誘導(dǎo)型基因，這一發(fā)現(xiàn)為PD-1阻斷建立癌癥免疫治療原理做出了重大貢獻(xiàn)。

癌癥的免疫治療

癌癥是由不受控制的細(xì)胞增殖和遷移所引起的一系列惡性病變的統(tǒng)稱，從器官開始浸潤相鄰組織開始，最終通過血液或淋巴轉(zhuǎn)移到其他器官，導(dǎo)致發(fā)病和死亡。癌癥的病因和發(fā)病機(jī)制很復(fù)雜，其特征有的與調(diào)節(jié)分裂、死亡、代謝和遷移等內(nèi)在的細(xì)胞過程有關(guān)，有的則體現(xiàn)為腫瘤微環(huán)境與形成血管、基質(zhì)或免疫系統(tǒng)的細(xì)胞之間的相互作用[1]。各種特征受多種因素的影響，這些因素會(huì)因癌細(xì)胞基因的變化而變化，其中一些變化通過種系DNA遺傳得到，而大部分變化則是在體細(xì)胞突變后發(fā)生。

目前治療癌癥有三大手段：手術(shù)切除，輻射消除，藥物攻擊。雖然在過去50多年里，癌癥治療有了很大的進(jìn)展，但是平均來說，有超過2/3的癌癥患者無法痊愈，很多癌癥的治愈率維持在較低水平，全球每年有數(shù)百萬人死于癌癥。因此，對(duì)于新治療方法和策略的需求十分迫切。

早在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人們意識(shí)到激活免疫系統(tǒng)可能是一種攻擊腫瘤細(xì)胞的策略。紐約癌癥醫(yī)院（紀(jì)念斯隆一凱特琳癌癥中心的前身）的外科醫(yī)生科利（W.Coley）曾試圖用已高溫殺死的細(xì)菌刺激免疫系統(tǒng)來對(duì)抗惡性腫瘤。他發(fā)現(xiàn)一些在癌癥手術(shù)后發(fā)生感染的患者，其存活的時(shí)間似乎更長，由此推測(cè)病原體在機(jī)體內(nèi)激起的免疫反應(yīng)可能會(huì)影響腫瘤。之后，對(duì)免疫系統(tǒng)的深入研究揭示了人體防御系統(tǒng)的分子組成、化學(xué)介質(zhì)及精確控制該系統(tǒng)的分子開關(guān)，人們逐漸了解了免疫系統(tǒng)是如何動(dòng)員起來的，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)可能引起嚴(yán)重感染的病原體，包括細(xì)菌和病毒。同樣重要的是，人們對(duì)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)抗癌應(yīng)答機(jī)制和通路也有了深入了解，其中，免疫檢查點(diǎn)（immune checkpoints）是大量分布在免疫系統(tǒng)中的抑制性通路，對(duì)維持機(jī)體自身的耐受、免疫應(yīng)答的時(shí)間和強(qiáng)弱起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，它們?cè)诿庖呒せ詈箝_始參與反應(yīng)，將免疫反應(yīng)對(duì)周圍組織可能造成的損傷減少到最小，避免正常組織受損。

免疫系統(tǒng)中的“加速器”和“制動(dòng)器”

機(jī)體免疫系統(tǒng)的基本屬性是能夠區(qū)分“自我”和“非自我”，從而可以攻擊和消除入侵的細(xì)菌、病毒等病原體及其他危險(xiǎn)信號(hào)。第一道防線是機(jī)體的固有免疫系統(tǒng)，抗腫瘤免疫的“負(fù)負(fù)得正”的抗體療法作用機(jī)理示意（a）腫瘤微環(huán)境中T細(xì)胞表面因高表達(dá)CTL-4和PD-1等負(fù)向調(diào)節(jié)受體，阻止了T細(xì)胞的免疫激活和對(duì)腫瘤的殺傷清除。（h）使用PD-1或CTLA-4阻斷性抗體后，可解除CTL-4和PD-1等“制動(dòng)器”的免疫抑制作用，從而激活T細(xì)胞抗腫瘤的免疫反應(yīng)由白細(xì)胞（如中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，進(jìn)行對(duì)細(xì)菌和病毒的非特異性免疫反應(yīng)，專門識(shí)別細(xì)菌或病毒中常見的分子結(jié)構(gòu)，如部分表面結(jié)構(gòu)，或有別于高等生物的DNA和RNA分子，盡管這些白細(xì)胞并不能特異性地識(shí)別并攻擊某些蛋白結(jié)構(gòu)，卻能抵擋許多微生物的人侵，將其分解成小分子片段，即所謂的抗原。之后，免疫系統(tǒng)便會(huì)將抗原視為異物，予以消滅。第二道防線是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，專門識(shí)別抗原，繼而發(fā)動(dòng)更精準(zhǔn)的免疫攻擊。如果攻擊有效，機(jī)體就會(huì)產(chǎn)生對(duì)該種病原的“記憶”，一旦再遇相同的入侵病原體，便能輕易將其擊潰，T細(xì)胞和B細(xì)胞是適應(yīng)性免疫反應(yīng)的核心角色。T細(xì)胞發(fā)源于胸腺，有多種類型，B細(xì)胞來自骨髓，能制造抗體?？贵w分子與T細(xì)胞上一些特定的分子結(jié)構(gòu)一樣，能夠附著在特定的抗原上，這樣就可鎖定目標(biāo)，通過免疫反應(yīng)消滅細(xì)菌和表面帶有抗原的受感染細(xì)胞

腫瘤細(xì)胞是發(fā)生了遺傳變異等病理變化的自體細(xì)胞，會(huì)表達(dá)異常的分子，這些分子對(duì)T細(xì)胞或B細(xì)胞來說就是異物，所以免疫系統(tǒng)能識(shí)別出腫瘤細(xì)胞。但是，在多種因素的作用下，機(jī)體對(duì)于腫瘤的免疫攻擊并未產(chǎn)生顯著效果。不懈的努力之下，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞會(huì)與免疫系統(tǒng)的“制動(dòng)器”協(xié)同作用，抑制機(jī)體針對(duì)腫瘤細(xì)胞的免疫反應(yīng)，逃避了免疫系統(tǒng)的攻擊，這一原理為癌癥的免疫治療開辟了一條新思路。

每個(gè)T細(xì)胞都有獨(dú)特的受體，它們類似免疫系統(tǒng)的“加速器”，可以與被識(shí)別出的非自身抗原結(jié)合，激活免疫反應(yīng)。但是，在腫瘤組織微環(huán)境下，由于殺傷性T細(xì)胞表面的負(fù)向調(diào)控受體蛋白（如PD-1）被腫瘤細(xì)胞表達(dá)的負(fù)向信號(hào)受體的配體蛋自（如PD-L1）結(jié)合，抑制了T細(xì)胞的激活，從而制動(dòng)了抗腫瘤的免疫反應(yīng)。現(xiàn)已確定了一批T細(xì)胞表達(dá)的具負(fù)向調(diào)控功能的表面受體蛋自，這些蛋白像“制動(dòng)器”一樣抑制免疫激活。機(jī)體通過控制加速器蛋白和制動(dòng)器蛋白之間微妙的平衡，確保免疫系統(tǒng)充分參與對(duì)外來微生物的攻擊，同時(shí)又避免過度激活帶來的自身免疫性破壞。

許多T細(xì)胞都能表達(dá)CTLA-4蛋白，在細(xì)胞靜息時(shí)它駐留在T細(xì)胞內(nèi)部，當(dāng)特定的T細(xì)胞識(shí)別出作用目標(biāo)，同時(shí)接收到來自其他分子的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，該蛋白被激活。一旦激活，CTLA-4就與其他蛋白協(xié)同作用，于擾由T細(xì)胞受體和共刺激分子受體引發(fā)的正信號(hào)，成為一種T細(xì)胞活化的負(fù)調(diào)節(jié)因子，起到“制動(dòng)器”的作用，防止過度活躍的免疫系統(tǒng)對(duì)機(jī)體自身造成破壞。如果CTLA-4蛋自永久性缺乏，將會(huì)引發(fā)災(zāi)難性的自身免疫反應(yīng)。

腫瘤免疫檢查點(diǎn)阻斷技術(shù)

隨著對(duì)腫瘤細(xì)胞逃避免疫系統(tǒng)識(shí)別和清除的機(jī)制了解得越來越清晰，人們可以通過重新“關(guān)閉”一些被腫瘤細(xì)胞激活的、會(huì)對(duì)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抑制功能的通路，釋放機(jī)體的免疫抑制，達(dá)到阻止腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫逃逸、調(diào)動(dòng)自身免疫系統(tǒng)功能來消除腫瘤的目的。這種被稱為腫瘤免疫檢查點(diǎn)阻斷技術(shù)，已成為腫瘤免疫治療的主要研究方向，相應(yīng)的藥物研發(fā)也成為國內(nèi)外企業(yè)競(jìng)相角逐的市場(chǎng)）

針對(duì)CTLA-4蛋白的阻斷

1994年底，艾利森提出假設(shè)：如果能暫時(shí)抑制CTLA-4這一分子“制動(dòng)器”的活性，是否就能提高免疫系統(tǒng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的攻擊性，從而縮小腫瘤的體積。他用抗CTLA-4的單克隆抗體處理患有腫瘤的小鼠，結(jié)果抑癌效果相當(dāng)顯著。并發(fā)現(xiàn)這種針對(duì)免疫系統(tǒng)的療法具有完全治愈荷瘤小鼠的潛力，阻斷CTLA-4會(huì)增強(qiáng)T細(xì)胞的抗腫瘤反應(yīng)，排斥反應(yīng)后是持久的腫瘤免疫。這項(xiàng)工作象征了免疫療法的誕生，具有重新釋放機(jī)體對(duì)腫瘤反應(yīng)能力的單克隆抗體則被稱為免疫檢查點(diǎn)抑制劑。

當(dāng)時(shí)的制藥業(yè)對(duì)于基于去除免疫應(yīng)答制動(dòng)的腫瘤免疫治療并無太大興趣，因?yàn)椴恢滥男┨禺愋钥乖茉谀[瘤細(xì)胞上被識(shí)別，也不符合當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為的應(yīng)基于發(fā)現(xiàn)并激活腫瘤抗原的腫瘤治療策略。而且，缺乏CTLA-4的小鼠會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的自身免疫反應(yīng)，這種不良反應(yīng)有很大風(fēng)險(xiǎn)，使人望而卻步。然而，通過堅(jiān)持不懈的努力，艾利森與一家生物技術(shù)公司合作，成功地制備出可臨床使用的抗CTLA-4人源化單克隆抗體1999年他們開發(fā)出名為MDX-010的抗CTLA-4 IgG l單克隆抗體，也就是后來的伊匹單抗[ipilimumab），并招募那些對(duì)其他療法完全無應(yīng)答的晚期癌癥患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)。第一次臨床試驗(yàn)中就在一些黑色素瘤患者身上觀察到響應(yīng)。同年，在另一項(xiàng)黑色素瘤患者治療試驗(yàn)中，結(jié)果顯示黑色素瘤可完全消退，同時(shí)也觀察到患者產(chǎn)生了嚴(yán)重的自身免疫反應(yīng)，這些反應(yīng)比采用化療方式之后出現(xiàn)的更頻繁。這種方法的療效很難通過測(cè)量腫瘤體積來判斷，因此，研究人員采用了一個(gè)既簡(jiǎn)單又重要的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)判伊匹單抗的療效，這一標(biāo)準(zhǔn)就是“整體存活期”，即患者的生存時(shí)間。最新臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，伊匹單抗治療后，20%以上的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的病情在較長時(shí)間內(nèi)得到了控制，治療后存活時(shí)間達(dá)3年以上。而之前的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的中位預(yù)期壽命僅為7～8個(gè)月。

針對(duì)PD-1蛋白的抑制

本庶佑小組在1990年代早期發(fā)現(xiàn)并克隆了PD-1，其功能多年來一直難以捉摸，通過十多年對(duì)缺乏這種分子的基因敲除小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，敲除了PD-1的小鼠類似于敲除了CTLA-4的小鼠，會(huì)發(fā)生T細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的自身免疫綜合征。本庶佑由此得出結(jié)論，PD-I與CTLA-4類似，對(duì)免疫反應(yīng)起負(fù)調(diào)節(jié)作用，并發(fā)現(xiàn)了它的配體PD-L1，不久又確定了PD-1的第二種配體PD-L2。

PD-I/PD-L1途徑可能參與腫瘤免疫反應(yīng)的假設(shè)，最早在2002年發(fā)表的兩項(xiàng)研究中得以測(cè)試證實(shí)，該配體（PD-L1）的表達(dá)可保護(hù)轉(zhuǎn)化細(xì)胞免受體內(nèi)免疫系統(tǒng)攻擊，并可通過針對(duì)PD-L1的抗體逆轉(zhuǎn)結(jié)果[2，3]?，F(xiàn)在已經(jīng)了解PD-1 /PD-L1途徑在腫瘤免疫過程中的作用。

2005年本庶佑發(fā)表了用于治療小鼠腫瘤模型的PD-1抗體的工作，提出現(xiàn)今仍可用來預(yù)測(cè)臨床療效的結(jié)論：抗PD-1治療可誘導(dǎo)免疫反應(yīng)，甚至對(duì)不表達(dá)PD-L1或PD-L2的腫瘤也能誘導(dǎo)出免疫反應(yīng);在腫瘤治療上比CTLA-4更有效;產(chǎn)生的自身免疫不良反應(yīng)沒有CTLA-4的嚴(yán)重。這一進(jìn)展促進(jìn)了基于PD-1抑制的臨床研究，已開發(fā)出針對(duì)PD-1的臨床級(jí)抗體，2006年開始的第一階段臨床研究表明，該藥具良好的耐受性[4]。兩年后報(bào)道在一期臨床研究中，296名患者使用抗PD-I抗體的結(jié)果顯示，該抗體在治療黑色素瘤等多種實(shí)體瘤方面效果顯著。

癌癥免疫療法的愿景

免疫檢查點(diǎn)治療法從根本上改變了某些晚期癌癥患者的生存狀況。雖然與其他癌癥療法相比，不良反應(yīng)依然可見，有些甚至?xí)?yán)重到危及生命，但是，它已經(jīng)從根本上改變了人類對(duì)癌癥治療方式的看法，科學(xué)家將會(huì)不懈地研究，去改善治療方法和減少不良反應(yīng)。

腫瘤免疫檢查點(diǎn)阻斷技術(shù)的研究主要集中在CTLA-4、PD1、PD-L1只個(gè)分子上。CTLA-4阻斷療法的主要弱點(diǎn)在于免疫毒性作用的高速率，接受抗CTLA-4治療的患者會(huì)發(fā)生許多不良反應(yīng)，從而限制了它的廣泛應(yīng)用。而PDl/PD-L1這一對(duì)免疫檢查點(diǎn)的表達(dá)更具選擇性，不會(huì)在正常炎性組織中過度表達(dá)，應(yīng)用更安全，不良反應(yīng)更小。

在臨床治療策略方面，針對(duì)PD-1檢查點(diǎn)治療被證明更為有效，它在包括肺癌、腎癌、淋巴瘤和黑色素瘤在內(nèi)的多種癌癥治療中都有顯著效果。更進(jìn)一步，新的臨床研究表明，針對(duì)CTLA-4和PD-I的聯(lián)合治療可能更為有效。艾利森和本庶佑也鼓勵(lì)人們努力結(jié)合不同的策略來激發(fā)免疫系統(tǒng)的反應(yīng)，以便更有效地消除腫瘤細(xì)胞。期待在科學(xué)家、醫(yī)生、患者及其家庭、制藥企業(yè)和政府管理者等各方面的密切合作下，抗腫瘤免疫療法將會(huì)不斷得到改進(jìn)，從而治愈更多癌癥患者，造福社會(huì)大眾。

[1]Bailey M H，Tokheim C，Porta-Pardo E，et al.Comprehensivecharacterization of cancer driver genes and mutations.Cell，2018，173（2）：371-385.e18.

[2]Agata Y，Kawasaki A，Nishimura H，et al.Expression of the PD-1antigen on the surface of stimulated mouse T and B lymphocytes.IntImmunol，1996，8（5）：765-72.

[3]Ansell S M，Lesokhin A M，Borrello I，et al.PD-I blockade withnivolumab in relapsed or refractory Hodgkin's lymphoma.N Engl JMed，2015，372（4）：311-9

[4]Brahmer J R，Drake C G，Wollner I，et al.Phase I study of single-agent anti-programmed death-1（MDX-1106） in refractory solidtumors：safety，clinical activity，pharmacodynamics，and immunologiccorrelates.J Clin Oncol，2010，28（19）：3167-75.

關(guān)鍵詞：諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 癌癥 免疫療法 CTLA-4PD-1