癌癥疫苗助力細胞免疫療法

細胞免疫療法已經在血液腫瘤領域大放異彩，但對付實體瘤療效不佳。目前美國麻省理工學院的科研團隊開發出一種疫苗，能夠顯著增強CAR-T細胞抗實體瘤的能力，一旦在臨床上獲得成功，有可能極大地改寫CAR-T細胞療法治療實體瘤的歷史。

南方周末特約撰稿 湯波

在腫瘤微環境里，人體T細胞受到腫瘤細胞的“蒙蔽”而放松對腫瘤細胞的監管和清剿，科學家對T細胞進行基因改造，增強其識別和擊殺腫瘤細胞的能力，催生一種全新的免疫療法——嵌合抗原受體T細胞（CAR-T細胞）療法，美國食品藥品監督管理局（FDA）已相繼批準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體瘤卻顯得“力不從心”。2019年7月，美國《科學》雜志報道稱，美國麻省理工學院的科研團隊開發出一種疫苗，顯著增強CAR-T細胞抗實體瘤的能力，有望改寫CAR-T細胞療法治療實體瘤的歷史。

為什么實體瘤難以治療？

2017年8月和10月，美國FDA接連批準了兩例CAR-T細胞療法，適應癥分別為25歲以下的難治型或復發型B細胞急性淋巴細胞白血病和成人難治型或易反復的彌漫性大B細胞淋巴瘤。不久這兩種新療法也被歐洲藥監局批準，從而將廣受關注的CAR-T細胞療法推向了風口。中國和美國的醫療機構競相開發類似的抗癌產品。根據美國臨床試驗數據庫(ClinicalTrails.gov)的數據，截止到2019年6月30日，中國注冊的CAR-T臨床試驗數量超過200項，相當于美國的兩倍，而中美兩國開展的CAR-T療法臨床試驗約占全球的80%。

不過，在各國如火如荼開展臨床試驗之際，CAR-T細胞療法面臨一個巨大窘境，即該療法似乎只適用于淋巴瘤和白血病等血液腫瘤，對實體瘤的治療卻總是難如人意，而且經常出現一些難以承受的不良反應甚至死亡。

荷蘭鹿特丹伊拉斯姆斯大學醫學中心的研究人員曾對12名轉移性腎細胞瘤患者進行CAR-T治療，結果有4名患者出現嚴重的肝毒性，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道過一例轉移性結腸癌患者接受CAR-T細胞治療后出現嚴重不良反應并死亡的案例，該患者接受CAR-T細胞注射之后不久即出現嚴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。通過已發表的臨床試驗論文進行分析，截止到2018年6月，全球共有22項針對實體瘤的CAR-T細胞療法臨床試驗，涉及262名患者，但是總體緩解率僅為9%，遠低于血液瘤的70%~94%。目前臨床試驗顯示，CAR-T細胞療法只對神經膠質母細胞瘤等極少數實體瘤有不錯的療效，對大多數實體瘤，特別是胃腸道腫瘤基本無效。

為什么實體瘤難以治療？與白血病和淋巴瘤等血液腫瘤相比，實體瘤具有以下一些特點，是導致CAR-T細胞療法失效的主要原因。一是實體瘤呈現異質性，即同一種腫瘤細胞可能表達不同表面抗原，而設計好的CAR-T細胞往往只針對一種表面抗原，另外表面抗原篩選也是一個難題，大多數表面抗原并非腫瘤細胞獨有，只是比正常細胞表達量高，導致CAR-T細胞治療出現嚴重細胞毒性，無法發揮療效；二是實體瘤組織嚴密，層層包裹，CAR-T細胞很難滲透到腫瘤內部，也難以招募一些趨化因子等幫手來協同作戰；三是實體瘤微環境存在免疫抑制劑，即實體瘤細胞能分泌一些抑制因子，能讓CAR-T細胞“繳械投降”，從而阻止CAR-T細胞發揮抗癌作用。

由此可見，腫瘤的復雜程度遠超人們的想象，但是科學家毫不氣餒，不斷與腫瘤斗智斗勇，最終發現腫瘤的這些“花招”，并找出破解之法。針對前兩個難題，科學家已通過篩選特異性表面抗原，設計高效的新型CAR-T，或聯合使用多種CAR-T細胞等措施加以解決，但是如何克服實體瘤內部不利的微環境？

疫苗提升抗癌活性

針對CAR-T在實體瘤內部容易失效的問題，美國麻省理工學院達雷爾·歐文（Darrell Irvine）教授領導的團隊設計了一種特殊的疫苗來增強CAR-T細胞的廣譜抗癌活性，使其能殺死多種實體瘤的大多數腫瘤細胞，這項研究結果7月12日在線發表在國際頂級的《科學》雜志上。

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

為了驗證該疫苗能否在體內增強CAR-T細胞抗癌活性，研究人員開展了動物體內試驗。研究人員首先通過注射癌細胞的方式誘導小鼠體內產生某種腫瘤，如神經膠質母細胞瘤，并將提前設計好的、體外能殺死這種腫瘤的CAR-T細胞注射到小鼠體內，接下來多次注射對應這種CAR-T細胞的強化疫苗。這種強化疫苗在體外細胞試驗中能進入細胞膜并促進CAR-T細胞增殖。

疫苗注射之后不久，小鼠體內的CAR-T細胞很快出現大量增殖，普通的T細胞則變化不大。CAR-T細胞的增殖呈現劑量依賴性特點，即高劑量CAR-T細胞的增殖效果更高。在先后注射CAR-T細胞和強化疫苗的小鼠體內，研究人員發現，其體內能增強T細胞效應的細胞因子比為單獨注射CAR-T細胞的小鼠增加了5-10倍，而且CAR-T細胞在腫瘤內部的數量也增加了5倍以上。

更令人感興趣的是，雖然CAR-T細胞不同劑量有所差異，但是強化疫苗均能顯著延遲腫瘤細胞的生長，并大幅提高腫瘤小鼠的存活率。例如，當單獨注射100萬個CAR-T細胞時，所有腫瘤小鼠均在50天內死亡，與未注射CAR-T細胞對照組相比，沒有什么改善，但是與強化疫苗聯用之后，超過60%的腫瘤小鼠都得以存活150天以上，而當CAR-T細胞的劑量適量提高時，腫瘤小鼠存活率甚至可達到80%。進一步檢測發現，這些小鼠的腫瘤區域得到有效控制甚至縮小。

這種強化疫苗還能使機體表現出長期的免疫記憶，將能有效防止腫瘤復發。研究人員在初始治療75天后，再次將之前注射過的神經膠質母細胞瘤細胞注射到這些存活的小鼠體內，結果這些腫瘤細胞很快被機體清除，并未再次引發腫瘤。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胞，如表面抗原不同，這些小鼠仍然能殺死新的腫瘤細胞。

研究人員還針對乳腺和黑素瘤腫瘤等不同的實體瘤，以及之前廣泛采用的不同CAR-T細胞，設計了各種不同的強化疫苗，療效均與之前的膠質母細胞瘤試驗相似，表明這種強化疫苗能顯著增強CAR-T細胞殺死實體瘤的能力，而且理論上可應用于任何腫瘤和相應的任何CAR-T細胞。

為此，《科學》雜志還專門配發評論文章，作者為來自華盛頓大學醫學院的免疫學家內森·辛格（Nathan Singh）和賓夕法尼亞大學細胞免疫治療中心的免疫學家卡爾·朱恩（Karl June）,后者是CAR-T細胞治療的權威專家，主導開發了全球第一個獲準上市的CAR-T細胞藥物。辛格和朱恩評論道，美國麻省理工學院達雷爾·歐文團隊這種聰明的疫苗設計，為探索如何更有效和更具創造性地利用CAR-T細胞開展新的治療，特別是實體瘤打開了大門。

其他策略也值得期待

除了這項研究，其他一些增強CAR-T細胞抗腫瘤活性的研究也值得期待。

2019年2月，《自然生物技術》雜志報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）博士團隊一項新的研究成果，他們設計了另一種增強CAR-T細胞活性的策略，即在設計CAR-T細胞的同時，除了轉入嵌合抗原受體的基因，還增加一種單鏈抗體基因，使CAR-T細胞能分泌可阻斷PD-1抗原的單鏈抗體。

PD-1抗原是T細胞抗腫瘤活性的負調控因子，一旦T細胞的PD-1抗原被特異單鏈抗體結合，將阻斷腫瘤細胞去抑制T細胞，T細胞的抗腫瘤活性將得以恢復甚至強化。通過小鼠試驗，研究人員發現這種新的CAR-T細胞能顯著增加CAR-T在腫瘤內的數量，也能顯著提升腫瘤小鼠的存活率，還表現出長期的保護性，具有防止腫瘤復發的潛力，表明這種新的策略的確能增強CAR-T細胞的抗腫瘤活性。

雖然這些研究仍然處于臨床前試驗階段，在人體上是否有效尚未可知，但是其臨床應用價值非常值得期待。達雷爾·歐文對媒體表示，目前這種強化疫苗的技術已轉讓給醫藥公司，期望能在1-2年內開展臨床試驗。一旦獲得成功，作為在血液腫瘤治療領域大放異彩的免疫療法，CAR-T細胞療法將有望在實體瘤治療上攻城拔寨，為人類戰勝更多癌癥續寫新的篇章。