【佳学基因检测】肿瘤的免疫细胞、免疫药物治疗基因检测及其临床应用

肿瘤的免疫治疗基因检测导读：

T淋巴细胞是构成人体免疫系统的关键成分，其发育和功能演变已被基因解码所描述。基因检测成为一种有效的方式，通过检测基因信息变化评估免疫系统能力，并提供工程化改变免疫细胞、确定免疫细胞治疗靶点的临床治疗手段。由于T淋巴细胞的免疫功能，特别是其识别抗原后的针对性细胞毒性能力，使其成为免疫系统在抗癌中的核心。对肿瘤免疫机制进行基因解码揭示了T细胞分子和细胞生物学方面的基础知识，为肿瘤治疗提供了新的策略，如检查点阻断、CAR-T细胞疗法和癌症疫苗学等精准治疗策略。在过去50年中，肿瘤免疫治疗领域一直非常活跃，现在已经在理论研究和临床应用上获得了巨大的成功。《肿瘤的免疫细胞治疗基因检测及其临床应用》详细介绍了肿瘤免疫疗法的发展历程和临床实施情况，并强调了T淋巴细胞调节的根本重要性。该书通过总结与每类药物相关的治疗效果和毒性的临床试验，重点介绍了新兴疗法，从而强调了癌症免疫疗法的前景及其未来的发展方向。

关于肿瘤免疫疗法的基础知识

根据《免疫疗法的起源及其依据》，将免疫系统用作治疗肿瘤疾病的工具的想法起源于 19 世纪。Wilhelm Busch 和 Friedrich Fehleisen 首先将免疫状态与癌症之间流行病学建立起联系。在日常应用中，首先注意到丹毒是一种最常由化脓性链球菌引起的浅表皮肤感染，随着丹毒的发展，肿瘤自发消退。后来，通常被称为“癌症免疫疗法之父”的威廉·科利 (William Coley) 证明，丹毒会让肉瘤患者具有更好的治疗效果。为了对这一疗效产生的原因进行解码，科利用热灭活的化脓性链球菌提取物增强患者的免疫力，并治疗癌症患者．这种被称为“Coley 毒素”的提取物具有强大的免疫刺激特性，并在各种癌症中取得了良好的治疗效果。然而，由于缺乏科学严谨性和可重复性，再加上放疗和化疗药物的发现，“Coley 毒素”治疗在那一时期未能成为标准做法。先进的治疗方案往往需要一定的时机并经过不同团队的共同努力才能开花结果。

癌症免疫疗法在在二十世纪重新浮出水面，并随着新技术的出现取得了重大进展。1909 年，Paul Ehrlich 认为人体会不断产生肿瘤细胞，但是这些肿瘤细胞会被体的免疫系统所根除。Lewis Thomas 和 Frank Macfarlane Burnet分别独立地提出起人体内的“癌症免疫监视”观念，指出肿瘤细胞所具有的抗原被免疫系统识别，并成为免疫系统攻击的靶点，采用类似于移植物排斥的方式预防癌症的发生。小鼠肿瘤过继转移后产生的免疫反应和自身免疫性疾病患者的黑色素瘤自会自发消退的临床发现为这一看法提供了解码证据。但这一机制在当时还不十分清晰。基因解码技术所直接带来的基因敲除小鼠模型证明免疫缺陷与癌症之间的联系提供了先进的技术支撑。做为基因解码技术核心的分子生物学和生物化学直接描述了肿瘤特异性免疫反应。这提供了明确的证据以证明免疫系统，特别是 T 细胞，能够对癌组织发动攻击。进一步优化所产生癌症免疫疗法现在通过延长快速恶化并致命的癌症患者的生存期，彻底改变了肿瘤的诊断和治疗。免疫疗法已成为许多癌症患者的一线治疗，可以接受免疫疗法的癌症患者的人数持续上升。新的治疗组合和新发现的药物靶点在未来几十年只会扩大免疫疗法在癌症治疗中的作用。

图 1：抗原激活后外周 T 细胞的命运

存在抗原呈递细胞和共刺激信号的情况下，在同源抗原刺激后，静息 T 细胞被激活。活化的 T 细胞产生并消耗增殖/存活细胞因子，例如 IL-2、IL-4 和 IL-7，并开始增加数量。如果 CD4 + CD25 +调节 T (T reg) 细胞存在，它们可以剥夺循环 T 细胞的增殖/存活细胞因子，尤其是 IL-2，导致它们发生凋亡。一旦细胞快速增殖，它们的命运就会因环境而异。如果它们受到急性强抗原刺激，特别是如果反复遇到，细胞就会发生再刺激诱导的细胞死亡。相比之下，如果它们接受慢性弱抗原刺激，细胞将存活下来，但会重新演变为一种特定的无反应转录状态，称为“T 细胞衰竭”。最后，当抗原和细胞因子刺激随着免疫反应减弱而减弱时，通常一旦病原体被清除，细胞因子撤消就会被动发生，以收缩扩大的抗原特异性 T 细胞群。一小部分细胞将被重新编程以进入“记忆”表型，并且这一分化步骤由 IL-7 和 IL-15 促进。记忆 T 细胞将继续存在于免疫系统中并形成记忆反应的基础。在这些调节过程中，T 细胞死亡通常以细胞凋亡的形式出现。

在《肿瘤的免疫细胞治疗基因检测及其临床应用》中，佳学基因强调了 T 细胞在现代癌症免疫疗法中的作用，并讨论了三种不同类别的癌症免疫治疗方法：免疫检查点阻断，一种旨在“释放”强大 T 细胞反应的方法；过继性细胞疗法，其基础是将抗肿瘤的免疫细胞注入体内；和癌症疫苗，它们可以被设计成具有预防或治疗活性。最后，佳学基因解码介绍了癌症免疫治疗中的一些新兴靶点和方法，这可以通过基因检测为患者带来治疗上的选择。

佳学博士科普：T 细胞功能、发育、激活和命运

二十世纪60年代是免疫学的启蒙时期，免疫过程的解码首先得知淋巴细胞有两种主要亚型，B 淋巴细胞和 T 淋巴细胞。这一发现在2019 年获得了拉斯克基础科学奖，该奖项授予 Jacques AFP Miller 和 Max Dale Cooper 。这里的Cooper是佳学基因创始人黄家学博士的导师的导师。这一工作的重大意义在于它们清楚的描述了 T 细胞和 B 细胞在适应性免疫中的关键作用。B 细胞识别天然形式的循环抗原并通过分泌保护性抗体作出反应，而T 细胞识别肽抗原，这些抗原来源于细胞内降解的蛋白质，这些抗原通过细胞表面的MHC 分子展示到到细胞表面上，这一过程被免疫反应的基因解码称为抗原呈递。根据CD4 或 CD8 共受体在细胞上的表达，进一步将T细胞分为两大类：CD4 + T 细胞在 MHC II 类分子的帮助下检测抗原，并产生具有趋化、促炎和免疫保护特性的细胞因子而发挥作用。至少一种 CD4 + T 细胞亚类，CD4 + CD25 +调节性 T 细胞，抑制攻击后的免疫反应。CD8 +T 细胞在 MHC I 类分子的帮助下检测抗原，并进行直接的细胞毒性反应，杀死受感染的细胞或肿瘤细胞。

T 细胞受体 (TCR)是一种独特的克隆特异性细胞表面蛋白复合物，可特异性识别抗原进而识别病原体并根据刺激情况使用T细胞有可能发育成为具有自我耐受性的状态。TCR 复合物包含高度多态性的单一 α- 和 β- 糖蛋白链（一类较小T 细胞群含有 γ- 和 δ-链），它们具有类似于免疫球蛋白的可变区和恒定区，以及一组非多态性信号链，称为 CD3 γ、δ、ε 和 ζ。由于基因组的重排，每个 T 细胞基因组中 α 链和 β 链基因具有不同的重排结果，从而产生了大量具有独特特异性的 T 细胞克隆型。克隆型产生后，在胸腺通过正向和负向胸腺选择产生“耐受性”免疫系统，该系统可有效应对病原体或癌细胞，但通常会忽略或“耐受”自身组织，使自身组织细胞成为非免疫原性而得到保护。

TCR 的抗原刺激是 T 细胞活化和增殖所必需的，但对于早期信号转导至关重要的磷酸化事件，需要一种称为共刺激的额外信号。非多态性表面蛋白 CD28 及其家族成员是 T 细胞上最有效的共刺激受体，抗 CD28 刺激抗体和 TCR 对 T 细胞活化和增殖的协同作用很好地证明了这一点。证明抑制性抗 CD28 抗体可有效抑制 T 细胞活化和增殖的研究提供了更多证据。CD28、B7-1和B7-2 的配体在抗原呈递细胞上表达，并且当这些细胞遇到激活 Toll 样受体或其他病原体感受器的微生物时会上调。抑制性分子，包括细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4 (CTLA4) 和程序性细胞死亡 1 (PD1)，在免疫反应期间被诱导，代表抑制 T 细胞过度活化的“检查点”（见图2 ）。多态性 TCR 通过三组二聚 CD3 链 ε-δ、γ-δ 和 ζ-ζ 282的复合体发出信号。 CD3 链的细胞内部分包含基于免疫受体酪氨酸的激活结构域，这些结构域被淋巴细胞特异性蛋白激酶 (LCK)（SRC 家族激酶）磷酸化。静止时，表面信号蛋白 CD45 表现出阻断 LCK 功能的磷酸酶活性。激活后，CD45 去除 LCK 上的抑制性磷酸基团，允许 ζ 链相关蛋白激酶 70 (ZAP70) 磷酸化，ZAP70 是一种 SYK 激酶家族成员，可与 CD3 ζ 链中基于免疫受体酪氨酸的激活的结构域结合，并与接头接头分子结合用于T 细胞 (LAT) 和磷脂酶 Cγ1 (PLCγ) 的激活。通过充分的共刺激，下游信号影响钙释放、GTP 酶 RAS 的激活和激活 T 细胞功能所必需的细胞命运分化选择。

激活后，循环的幼稚 T 细胞在外周具有三个主要命运（图 1）。首先，随着免疫反应消退（细胞因子撤退）或重复高剂量刺激（再刺激诱导的细胞死亡），效应 T 细胞群可以通过细胞凋亡收缩。T 细胞也可以表现出由反复低剂量和低亲和力刺激诱导的耗竭表型，如在慢性感染和肿瘤过程中所出现的情部。最后，这些效应细胞的一部分参与长期免疫记忆。记忆 T 细胞在随后遇到相同的抗原后可以准备做出更强烈的反应，使它们成为对病原体和肿瘤的免疫召回反应的关键成分。利用基因解码中的分子生物学技术，尤其是单细胞 RNA 测序基因检测和表观基因组基因检测，提示了 T 细胞命运和免疫治疗反应性 T 细胞的分子特征。这些基因解码表明，肿瘤浸润 T 细胞的转录组学、表观基因组学和克隆型变化共同决定了免疫疗法的成功。

免疫治疗中的免疫检查点阻断疗法

几种进化上保守的 T 细胞活化负调节因子充当“检查点分子”以对免疫反应进行调节从而避免过度活化。细胞毒性 T 淋巴细胞抗原 4 (CTLA4) 和程序性细胞死亡 1 (PD1) 是 T 细胞免疫检查点分子最有效的例子。在 T 细胞存活期间，它们在不同的身体部位和时间发挥生物学作用。因此，它们在功能上相互补充，确保 T 细胞反应保持自我耐受，同时有效保护机体免受病原体和肿瘤的侵害。CTLA4 和 PD1 已被多个基因解码研究小组确认为多种顽固性癌症的治疗方法，这项研究最终为 James P. Allison 和 Tasuku Honjo 赢得了 2018 年诺贝尔生理学或医学奖。

CTLA4生物学功能

在发现由表面蛋白 CD28 介导的 T 细胞共刺激作用后（方框 1），在对其他免疫调节剂的寻找的基因解码过程中明确了 CTLA4 的作用，CTLA4 是一种与 CD28 在结构和和生化功能上相似性的受体，是一种新的免疫球蛋白超家族成员。CTLA4和CD28基因位于 2 号染色体 (2q33.2) 的同一区域，并在造血区域选择性表达。然而，与常规 T 细胞上高水平的基础 CD28 表达相反，CTLA4 以低基础水平表达，在抗原激活后被强烈诱导。有趣的是，CD4 + CD25+具有免疫抑制功能的调节性 T (T reg ) 细胞组成型表达 CTLA4。在结构上，CTLA4 和 CD28 均形成膜结合同型二聚体，包含细胞外免疫球蛋白样结构域、跨膜区和能够募集信号蛋白和控制表面表达的细胞质尾区。含有 CTLA4 的囊泡在激活后向细胞表面的运输是通过与脂多糖响应和米色样锚定蛋白 (LRBA) 的物理相互作用来控制的。CTLA4 和 CD28 之间的序列相似性在其细胞外结合域内最高，因此它们结合相同的配体，称为 B7-1（也称为 CD80）和 B7-2（也称为 CD86），它们由抗原表达呈递细胞（APC；方框 1）表达。然而，对于 B7 配体，CTLA4 比 CD28 具有更大的亲和力和亲和力，这代表了它们生物学上的一个关键差异。

通过进一步分析，很明显 CD28 和 CTLA4 具有相反的免疫调节功能。例如，可溶性 CTLA4 显示可抑制与表达 B7 的 APC 共培养的 T 细胞的增殖，因为它干扰了 CD28–B7 相互作用。T 细胞受体 (TCR) 信号研究明确表明 CTLA4 可抑制 T 细胞活化和增殖。CTLA4 的负面致耐受作用在体内也很明显，因为Ctla4敲除小鼠发展出一种特征性的 T 细胞介导的淋巴组织增生性自身免疫性疾病。Ctla4的缺失足以引起这种表型，因为用 CTLA4:Fc 融合蛋白 ( CTLA4Ig ) 的工程化可溶性版本治疗和与 B7 缺陷小鼠的遗传杂交可改善疾病。由Ctla4丢失引起的自身免疫性淋巴组织增生性疾病取决于 CD28 的活性，因为 CD28 细胞内尾部 LCK 结合羧基末端脯氨酸结构域的突变消除了小鼠模型中的疾病。此外，患有CTLA4单倍剂量不足的人类患者表现出类似的严重多器官淋巴细胞浸润和自身免疫（CHAI 病），可用阿巴西普（一种 FDA 批准的 CTLA4Ig）治疗。

CTLA4 通过多种机制抑制 T 细胞活化：通过直接拮抗 CD28、通过竞争共刺激配体、通过防止免疫结合物形成和通过募集抑制效应物（图 2）。为了直接对抗 CD28 活性，细胞内囊泡在与 TCR 相关联的免疫突触处释放 CTLA4。在免疫突触，CTLA4 还可以重组细胞骨架并干扰 T 细胞-APC免疫偶联物的形成。CTLA4 还介导其配体的内化，从而阻止它们与 CD28 结合，从而减少IL-2分泌和 T 细胞增殖。最后，磷酸酶，包括含有 SH2 结构域的酪氨酸磷酸酶 2 (SHP2) 和蛋白磷酸酶 2A (PP2A)，被募集并与 CTLA4 的细胞质尾相互作用，从而导致其对 T 细胞活化的负面影响。SHP2 是 TCR 的 CD3 ζ 亚基磷酸化的抑制剂，也抑制活化 T 细胞 (LAT) 的衔接蛋白接头的磷酸化。假设 PP2A 可抑制细胞外信号调节激酶 (ERK)，这是一种充当 TCR 下游信号蛋白的激酶。然而，关于与 CTLA4 细胞质尾部相关的分子中哪些对抑制 T 细胞活性最重要存在重大争论。然而，这些抑制信号减少了转录因子的激活，例如激活蛋白 1 (AP-1)、核因子-κB (NF-κB) 和活化 T 细胞核因子 (NFAT)，它们将 T 细胞重新编程为无能命运。

图 2：T 细胞激活和调节机制

图 2

在激活之前，抗原呈递细胞 (APC) 将抗原加载到 MHC 分子上，以准备与显示同源 T 细胞受体 (TCR) 的 T 细胞接触，同时还提供必要的共刺激配体 B7-1 和 B7-2。抑制性分子细胞毒性 T 淋巴细胞抗原 4 (CTLA4) 包含在幼稚 T 细胞的细胞内囊泡中，而它在 CD4 + CD25 +调节性 T (T reg）细胞。两类 T 细胞均表达共刺激受体 CD28。激活后早期，通常在淋巴组织中，当 TCR 结合由 APC 呈递的同源抗原以及 CD28 结合 B7-1/B7-2 时，T 细胞被激活。此外，激活的 T 细胞开始在细胞表面展示 CTLA4。外周组织内的 T 细胞在激活后早期在 mRNA 水平上调PD1 。在激活后期，在淋巴组织中，由激活的 T 细胞表达的 CTLA4 与 APC 上的 B7-1 和 B7-2 分子结合，从而阻止它们与 CD28 结合并通过降低 T 细胞激活状态促进无能。同时，CTLA4 在 T reg上的组成型表达细胞导致 B7 配体的反式内吞作用，并干扰 APC 的 CD28 共刺激能力。在外周组织中激活后的后期，PD1在转录上进一步上调，导致程序性细胞死亡 1 (PD1) 的更大表面表达，PD1 与其配体 PDL1 和 PDL2 结合，从而促进感染部位或遇到肿瘤时的 T 细胞衰竭. 图片由国家过敏和传染病研究所提供。

除了其在激活的常规 T 细胞中的功能外，CTLA4 在 T reg细胞上的表达对于这些细胞的直接和间接免疫抑制活性至关重要。体外研究表明，CTLA4 是 T reg细胞释放抗炎细胞因子所必需的，这会减少附近常规 T 细胞的多克隆激活和增殖。这一结果在体内通过过继转移携带 CTLA4 的 T reg细胞得到证实，以防止由已转移到 T 细胞和 B 细胞缺陷小鼠（Rag –/–小鼠）的 CTLA4 缺陷 T 细胞诱导的自身免疫。这种治疗效果被抗体介导的 CTLA4 中和所抵消。因此，T reg细胞表达的 CTLA4可以补偿常规 T 细胞缺乏 CTLA4 表达。除了直接免疫抑制之外，T reg细胞还通过与 APC 上的 B7 配体结合，以 CTLA4 依赖性方式引发树突细胞诱导常规 T 细胞无反应性，然后将其内化和降解，这一过程称为反式内吞作用。

CTLA4 阻断癌症

将 CTLA4 识别为 T 细胞活化的负调节因子后，人们产生了这样一种想法，即阻断其作用可以释放 T 细胞对癌症的治疗反应（图 3）。James Allison 及其同事首先测试了这个想法，并证明中和抗 CTLA4 抗体增强了小鼠对移植和建立的结肠癌和纤维肉瘤的抗肿瘤免疫力。此外，在再次攻击期间，用抗 CTLA4 治疗的动物能够通过免疫机制快速消除肿瘤细胞，提供证据表明阻断 CTLA4 会诱导持久的免疫记忆。尽管 CTLA4 靶向单一疗法在脑癌、卵巢癌、膀胱癌、结肠癌、前列腺癌和软组织癌的动物模型中显示出益处，但免疫原性较低的癌症，包括 SM1 乳腺癌和 B16 黑色素瘤，并没有给予同样的好评。此外，癌症模型之间的异质性产生了不一致的组织特异性结果。此外，更大的肿瘤负荷与抗 CTLA4 治疗的肿瘤反应降低相关，因为更大的肿瘤会促进更强大的抗炎肿瘤微环境45, 49 .

图 3：CTLA4 阻断抗体的作用

图 3

细胞毒性 T 淋巴细胞抗原 4 (CTLA4) 阻断抗体 (α-CTLA4)，尤其是当与抗原呈递细胞 (APC) 上的 Fc 受体 (FcR) 结合时，可以促进抗体依赖性细胞毒性 (ADCC)。CD4 + CD25 +调节性 T (T reg ) 细胞表达的 CTLA4 量高于常规 T 细胞，因此比常规 T 细胞更容易发生 α-CTLA4 诱导的 ADCC。此外，α-CTLA4 可以与 T reg表面的 CTLA4 结合细胞并防止其反调节在 T 细胞活化中发挥作用的 CD28 介导的共刺激通路。同时，α-CTLA4 还可以通过在常规 T 细胞激活时阻断其表面的 CTLA4 来促进 T 细胞反应。TCR，T细胞受体。

尽管临床前研究取得了不同程度的成功，但靶向 CTLA4 的单克隆抗体在黑色素瘤的临床试验中被证明是有效的。Ipilimumab 是一种人 IgG1κ 抗 CTLA4 单克隆抗体，在 2011 年获得 FDA 批准用于不可切除的 III/IV 期黑色素瘤，此前有证据表明它会引发有效的肿瘤坏死并赋予 3.6 个月的短期生存益处。长期生存数据表明，接受 ipilimumab 治疗的晚期黑色素瘤患者中有 22% 的寿命延长了 3 年或更长时间。其他长期研究证明了这种生存益处的持久性，表明 CTLA4 阻断后抗肿瘤免疫力持续存在。不幸的是，肾细胞癌、非小细胞肺癌、小细胞肺癌和前列腺癌的试验结果不如黑色素瘤患者的效果显着。Tremelimumab 是一种 CTLA4 阻断抗体的 IgG2 同种型形式，尚未获得 FDA 批准，因为它不会增加晚期黑色素瘤的存活率。据推测，由于结合动力学和介导抗体依赖性细胞介导的细胞毒性的能力不同，ipilimumab 和 tremelimumab 之间的有效性不同。

CTLA4 介导的肿瘤消退机制是多效的，但由一种细胞类型 T 淋巴细胞的作用统一（图 3）。T 细胞反应对于 CTLA4 靶向药物的治疗效果是必需的，因为动物模型中的 T 细胞耗竭会消除肿瘤杀伤活性。CTLA4 的抑制增强了 T 细胞对肿瘤相关新抗原的克隆反应，高新抗原负荷预示着抗 CTLA4 疗法的良好反应。除了增强效应 T 细胞反应外，抗 CTLA4 疗法会耗尽局部肿瘤内 T reg细胞通过抗体依赖性细胞介导的细胞毒性在小鼠模型中转移肿瘤微环境的平衡，使其远离免疫抑制。这种现象需要在人类癌症中进一步研究，因为目前的数据尚无定论。效应 T 细胞和 T reg细胞在赋予临床益处方面的相对作用一直存在争议，尽管在两种细胞群中特异性阻断 CTLA4 可导致肿瘤消退的协同增加。总体而言，目前的数据表明，预测结果的最关键因素是浸润肿瘤的效应 T 细胞与 T reg细胞的比例。

PD1/PDL1生物学功能

PD1 于 1992 年首次被确定为细胞凋亡的推定介质，尽管后来的证据表明其在抑制免疫系统过度激活方面的作用，类似于 CTLA4。作为免疫球蛋白超家族中的 1 型跨膜糖蛋白，PD1 与 CTLA4 和 CD28 的氨基酸同一性分别为 20% 和 15% 。人 PD1 在 TCR 刺激后在 T 细胞上表达并结合 B7 同源物 PDL1（也称为 B7-H1）和 PDL2（也称为 B7-DC），它们组成性存在于 APC 上并且可以在非造血组织中被诱导通过促炎细胞因子。在肿瘤的免疫细疗法选择的基因检测中，基因解码将 PD1 及其配体称为“PD1 轴”。1999 年，当发现小鼠PD1直系同源物Pdcd1的缺失导致体内自身免疫时，PD1 轴在 T 细胞活化的负调节中的主要作用变得清晰。缺乏功能性 PD1 蛋白的 C57BL/6 小鼠出现脾肿大。这些动物的衰老导致轻度 T 细胞介导的狼疮样肾小球肾炎和关节炎，并因Fas基因中并发的lpr突变而加剧。其他小鼠品系的特征表明，BALB/c的Pdcd1 –/–小鼠菌株表现出导致扩张型心肌病的心脏炎症。相比之下，非肥胖型糖尿病Pdcd1 –/–小鼠与Pdcd1充足的小鼠相比，1 型糖尿病的发生速度更快。Pdcd1 –/–小鼠的异质性和迟发性自身免疫表型与Ctla4 –/–动物不同，表明 PD1 轴对 T 细胞生物学的调节不同于 CTLA4。在空间上，CTLA4 主要在淋巴器官内发挥其调节作用，而 PD1 倾向于在外周组织内局部调节 T 细胞激活。在时间上，PD1 在 T 细胞激活和命运决定过程中起作用。总的来说，PD1 轴在维持 T 细胞对自身的耐受性方面发挥着独特的作用。

PD1 主要通过效应 T 细胞和 T reg细胞中的抑制性细胞内信号传导来抑制免疫反应。PD1的基于免疫受体酪氨酸的开关基序和基于免疫受体酪氨酸的抑制基序被磷酸化并募集磷酸酶 SHP1 和 SHP2，它们去磷酸化，从而使下游效应子（即 CD3 ζ 亚基和 ZAP70）失活对早期 T 细胞激活和 CD28 信号传导很重要。CTLA4 和 PD1 均抑制蛋白激酶 B (PKB；也称为 AKT) 信号以减少葡萄糖摄取和利用，前者通过 PP2A，后者通过降低磷酸肌醇 3-激酶 (PI3K) 活性。与 CTLA4 相比，PD1 轴对于控制分化效应子的持续激活和增殖至关重要；当 PD1 与其配体结合时，它可以诱导一种称为T 细胞衰竭的 T 细胞功能障碍状态。然而，决定 PD1 在某些情况下是介导衰竭还是细胞凋亡的因素仍然是一个活跃的研究领域。一种模型表明，PI3K 信号与线粒体 B 细胞淋巴瘤-特大 (BCL-X L ) 蛋白之间的相互作用是一个关键控制点，PD1 介导的 P13K 抑制可降低 BCL-X L并促进细胞凋亡。除了调节常规 T 细胞外，APC 上的 PDL1 还可以控制 T reg细胞分化和抑制活性。不幸的是，肿瘤细胞可以通过上调 PD1 配体来利用这种机制来诱导 T 细胞耗竭并产生促进肿瘤生长和侵袭的肿瘤微环境。

PD1/PDL1 在癌症中的阻断

一旦 PD1 轴与 T 细胞的负调节有关，临床前研究就会检查该通路的抑制剂是否可用于癌症治疗和生物标志物发现。首先，发现癌细胞系中 PDL1 或 PDL2 的过表达会限制 CD8 + T细胞细胞毒性抗肿瘤反应，而肿瘤在没有功能性 PD1 的小鼠中被排斥。其次，PD1 的阻断抑制了移植骨髓瘤细胞在同系动物中的生长。相反，在同源小鼠中过度表达 PDL1 或 PDL2 的移植细胞允许增加肿瘤定植、负担和侵袭性。使用 mAb 中和 PD1 轴或分泌的 PD1 细胞外结构域逆转了这些作用并增强了 T 细胞对肿瘤细胞的细胞毒性（图 4）。通过 PD1 阻断来挽救 CD8 + T 细胞的细胞毒性取决于 CD28 的表达，因为 PD1 介导的免疫调节在 CTLA4Ig、B7 阻断或 CD28 条件性敲除小鼠的情况下会丢失。此外，PD1 阻断后肺癌患者外周血中重新激活的 T 细胞显示出 CD28 表达。PD1 抑制不仅增强了抗肿瘤免疫力，而且在小鼠模型中限制了 B16 黑色素瘤和 CT26 结肠癌转移的血源性种植。因此，PD1/PDL1 阻断可以增强肿瘤细胞溶解并限制转移。除了 PD1 及其配体在癌症治疗中的作用外，多项研究还表明，参与 PD1 轴的蛋白质在人类肿瘤中的表达与预后呈负相关，表明这些蛋白质可作为潜在的生物标志物。

图 4：PD1 轴抑制机制

图 4

激活的 T 细胞表达程序性细胞死亡 1 (PD1)，它与其特定配体（PDL1 或 PDL2）结合以抑制激活。通过施用抗 PD1（或抗 PDL1 或抗 PDL2）抗体阻断 PD1 轴可防止这种抑制性相互作用，并通过促进增加的 T 细胞活化和增殖、增强其效应子功能和释放抗肿瘤 T 淋巴细胞活性支持记忆细胞的形成。因此，更多的 T 细胞通过其 T 细胞受体 (TCR) 与 MHC 分子呈递在肿瘤细胞上的肿瘤抗原结合。这最终导致释放细胞溶解介质，例如穿孔素和颗粒酶，从而增强肿瘤杀伤力。APC，抗原呈递细胞。

在临床前取得成功后，开发了旨在抵消 PD1 轴负免疫调节的 mAb，并在临床试验中显示了疗效。开发由 Medarex（最终被 Bristol-Myers Squibb 收购）于 2001 年发起。2010 年，I 期试验表明，PD1 阻断剂耐受性良好，可以促进抗肿瘤反应。2014 年，人源化和完全人源化的抗 PD1 单克隆抗体 pembrolizumab 和 nivolumab（均为 IgG4）成为 FDA 批准的首个 PD1 靶向疗法，用于治疗难治性和不可切除的黑色素瘤。在头对头比较中，派姆单抗显示出比易普利姆玛更好的 6 个月无进展生存期，并赋予总体生存优势。nivolumab 的临床试验表明 1 年的总生存率为 72.9%，而接受化疗达卡巴嗪治疗的患者组的生存率为 42.1%。2015 年，pembrolizumab 被批准用于治疗表达 PDL1 的非小细胞肺癌，因为与铂类化疗药物相比，它的无进展生存期延长了 4.3 个月，并且比化疗药物紫杉醇更有效。靶肿瘤上 PDL1 表达的增加与 PD1 轴阻断反应的改善相关。其他成功的临床试验将派姆单抗的使用扩展到头颈部鳞状细胞癌、霍奇金淋巴瘤、尿路上皮癌、胃/胃食管交界处癌和具有高度微卫星不稳定性的组织不可知癌。在微卫星不稳定性的组织不可知癌症获得批准后，pembrolizumab 成为第一种基于分子生物标志物而不是癌症部位获得批准的药物。然而，不同组织的免疫抑制微环境使得很难预测哪些患者会受益。与 prembrolizumab 类似，nivolumab 的使用已扩展至肾细胞癌、头颈部鳞状细胞癌、尿路上皮癌、肝细胞癌、霍奇金淋巴瘤和具有高度微卫星不稳定性的结直肠癌。正如抗 CTLA4 疗法所见，长期生存分析表明，在 PD1 阻断后，免疫介导的生存获益持久。然而，为什么 PD1 阻断已证明比抗 CTLA4 治疗具有更广泛的临床实用性，原因仍然是佳学基因先创新治疗方案研究机构的主攻方向。据推测，这种差异可能是因为 PD1 轴经常通过配体表达被肿瘤吸收，而 CTLA4 代表更广泛的免疫调节回路。

PDL1 也可以被特定抗体靶向，这些抗体已被证明可以有效治疗多种癌症。2016年，第一个靶向PDL1的人源化单克隆抗体atezolizumab（一种IgG4抗体）被批准用于治疗尿路上皮癌。根据历史对照数据，15% 的总体反应率被认为具有统计学意义，尽管反应取决于肿瘤 PDL1 表达状态。不幸的是，额外的试验数据并未证明 atezolizumab 在尿路上皮癌中具有超出标准治疗的临床疗效，尽管它的毒性低于传统化疗。此后适应症扩大到包括治疗非小细胞肺癌、三阴性乳腺癌和小细胞肺癌。其他抗 PDL1 人单克隆抗体 avelumab 和 durvalumab 于 2017 年进入市场。Avelumab 用于治疗默克尔细胞癌、尿路上皮癌和晚期肾细胞癌。Duvalumab 用于尿路上皮癌和非小细胞肺癌。因此，与 PD1 类似，PDL1 的阻断对难治性癌症有效。

免疫检查点阻断的不利影响

阻断一个自然发生的中枢免疫检查点会释放强大的免疫效应机制，这些机制可能不遵守对自身组织免疫耐受的正常边界。Ctla4和Pdcd1基因敲除小鼠让我们得以一窥人类在免疫检查点阻断疗法期间发生的自身免疫反应的范围。CTLA4及其相互作用的调节蛋白LRBA中的人类功能丧失突变也反映了抗 CTLA4 疗法观察到的免疫相关副作用。根据对试验数据集的荟萃分析，估计 15-90% 的患者会发生免疫相关不良事件。在接受 CTLA4 和 PD1 轴抑制剂治疗的患者中，分别有 30% 和 15% 的患者观察到需要干预的更严重事件。毒性的共同免疫特征是幼稚 T 细胞的丢失和过度活跃的记忆 T 细胞的积累，这些细胞侵入外周器官，如胃肠道和肺，并引起炎症损伤。角化和非角化粘膜似乎是最敏感的，因为大约 68% 和 40% 的接受治疗的患者分别表现出瘙痒和粘膜炎。与靶向 PD1 轴的疗法相比，抗 CTLA4 疗法会增加严重自身免疫并发症的风险，正如在基因敲除小鼠和临床研究中观察到的那样。此外，来自剂量递增试验的数据支持抗 CTLA4 药物引发剂量依赖性反应的说法，这在针对 PD1 轴的治疗中未见。影响胃肠道和大脑的毒性在抗 CTLA4 治疗中更常见，而接受 PD1 轴靶向治疗的患者患甲状腺功能减退症、肝毒性和肺炎的风险更高。然而，随着检查点阻断治疗适应症数量的增加和更多患者接受治疗，更广泛的器官和异质反应中出现了更罕见的副作用。例如，在接受 PD1 抑制剂治疗的各种肿瘤类型的少数患者中观察到疾病过度进展。最近，研究表明 PD1 抑制剂纳武单抗可导致成人 T 细胞白血病/淋巴瘤患者的疾病快速进展，为肿瘤驻留 T reg 细胞在该淋巴瘤发病机制中的作用提供了证据。已经制定了多种免疫相关反应标准，以更好地对患者对检查点阻断的反应进行分类。此外，这些标准旨在区分进展与假性进展，假性进展是一种现象，在这种现象中，接受 CTLA4 或 PD1 抑制剂治疗的患者会经历一段时间的进展，然后是快速的肿瘤清除。总的来说，检查点封锁导致自身免疫毒性，具有治疗特异性的器官受累模式，正如检查点分子遗传缺陷的动物表型所预测的那样。

有趣的是，临床前免疫检查点治疗研究并未显示体内的主要不良反应，因此不是人类毒性的重要预测指标。这被认为是由于这些研究的时间框架很短以及小鼠品系的近交性质。最近开发的人源化小鼠模型代表了一个平台，可以更好地概括由于检查点疗法引起的副作用。然而，与传统化学疗法相关的毒性相比，与免疫检查点阻断相关的毒性的耐受性更好，这使得这些疗法除了其生存益处之外，还因为生活质量的原因而具有吸引力。

最近的研究旨在通过修改现有抗体和设计新型递送方法来改善免疫检查点阻断的副作用和临床反应。最近表明，异常的 CTLA4 循环和随后的溶酶体降解是导致毒性和降低药物有效性的机制。经修饰的 pH 敏感抗体不干扰 LRBA 介导的 CTLA4 循环，已被证明可以限制不良事件并改善小鼠模型中已建立肿瘤的临床结果，这最终可能会扩大临床应用。其他研究侧重于开发用于检查点抑制剂局部给药的生物材料。例如，与全身递送相比，抗 PD1 抗体的透皮贴剂递送在黑色素瘤小鼠模型中具有更好的耐受性并释放出更强大的抗肿瘤反应。目前，广泛的研究领域旨在发现新方法，以减少与检查点治疗相关的毒性，并增加更多种类肿瘤的临床益处。

所有检查点药物的药物相关毒性的临床管理都是相同的，毒性根据 2009 年国家癌症研究所不良事件严重程度通用术语标准进行分级. 轻度（1 级）毒性通常不进行治疗。在发生 2 级或 3 级不良事件的情况下，停用检查点抑制剂，直至症状和实验室值异常消退。糖皮质激素也用于有效控制免疫机能亢进。当糖皮质激素无效时，可以使用英夫利昔单抗和其他免疫抑制剂。危及生命（4 级）的毒性需要完全停止治疗并根据需要采取挽救生命的措施。建议主动监测症状和实验室参数，以防止因免疫检查点抑制剂而死亡（5 级）。

目前的研究旨在确定因检查点治疗引起的器官特异性毒性的预测性生物标志物。例如，嗜中性粒细胞活化（通过增加胆道糖蛋白 CEACAM1 和细胞表面糖蛋白 CD177 的表达来衡量）与易普利姆玛治疗患者的胃肠道相关副作用相关。无论受影响的器官如何，嗜酸性粒细胞计数的增加和促炎细胞因子 IL-17 的释放都与毒性相关。药物基因组学分析（使用遗传信息预测对药物的反应）可以更深入地了解介导毒性的相关基因和途径。最终，希望基因、生化或代谢分析可以预筛选或快速检测可能对检查点疗法产生最严重不良反应的个体。

过继性 T 细胞转移疗法

过继性 T 细胞 (ATC) 疗法，将自体或同种异体 T 细胞注入癌症患者体内，近年来已显示出相当大的前景。这种疗法的可行性首先由 Southam 等人展示。1966 年，半数晚期癌症患者在联合移植患者来源的白细胞和自体肿瘤细胞后出现了肿瘤消退。用于白血病的同种异体造血干细胞移植代表了临床部署的第一个有效的过继转移方法，临床改善被证明是由 T 细胞移植物抗肿瘤反应介导的。

具有肿瘤浸润淋巴细胞的 ATC

使用肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL) 治疗转移性黑色素瘤的 ATC 疗法于 1980 年代后期在国家癌症研究所率先提出。从癌症活检中分离出的淋巴细胞用 IL-2 大大扩增，然后用大量 IL-2 通过静脉注射重新注入同一患者体内。客观缓解率为34%；然而，反应的中位持续时间仅为 4 个月，很少有患者经历完全反应。后来对 93 名转移性黑色素瘤患者进行 ATC 治疗前进行淋巴细胞清除的研究更为成功，20 名 (22%) 患者的肿瘤完全消退，其中 19 名在治疗 3 年后仍处于完全缓解状态。高通量技术使新抗原特异性 TIL 的筛选和富集成为可能，最近在转移性乳腺癌患者身上显示出希望。此外，敲低编码细胞因子诱导型含 SH2 蛋白 ( Cish ) 的基因（TCR 信号转导的负调节因子）显示可增强小鼠模型中 ATC 疗法的抗肿瘤反应。然而，为了使基于 TIL 的 ATC 疗法产生持久的反应（图 5），具有抗肿瘤活性的效应 T 细胞必须存在于肿瘤中，而许多癌症类型并非如此。调整 T 细胞活性和增殖的其他创新方法可能会允许开发更多的治疗方法。

图 5：过继性 T 细胞疗法

图 5

a| 肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL) 从患者肿瘤活检中分离出来，并用 IL-2 在体外扩增。然后将 TIL 输注到经历过淋巴细胞清除的患者体内，为转移的 TIL 提供一个空间，使其扩增，充当效应细胞并产生免疫记忆。由于 T 细胞来源于肿瘤，因此假设很大一部分 T 细胞可以识别肿瘤相关抗原 (TAA) 或新抗原。b| 生理性 T 细胞受体 (TCR) 复合物从多态性 α- 和 β- 糖蛋白链获得其特异性，这些链具有抗原结合部分和保守结构域，与一组非多态性蛋白质 CD3 γ、δ 、ε 和 ζ结合并发出信号。TCR α- 和 β- 糖蛋白抗原结合结构域（紫色）的生物工程，同时保留了保守结构域（Cα 和 Cβ），允许产生和扩增对肿瘤新抗原具有特异性的 T 淋巴细胞。C| 最初，嵌合抗原受体 (CAR) 由偶联到 CD3 信号域的抗体可变区的细胞外单链片段组成。这些第一代 CAR 的扩增性和功能不佳导致开发出第二代和第三代 CAR，其中包含来自共刺激分子（CD28 和/或 4-1BB）的细胞内模块，这些分子提供完全激活 T 细胞所需的额外信号。更先进的 CAR T 细胞包含进一步的修饰以提高抗肿瘤功效。例如，第四代“装甲”CAR T 细胞已被设计为分泌促炎细胞因子，如 IL-12，以克服肿瘤微环境中的免疫抑制。嵌合细胞因子受体 4αβ，包含与 IL-2/IL-15Rβ 链融合的 IL-4Rα 的胞外域，响应 IL-4 的信号，IL-4 是多种肿瘤类型中丰富的细胞因子。VH，可变重链；V L，可变轻链。

用于 ATC 的工程化淋巴细胞

与体外扩增肿瘤特异性 T 细胞相关的挑战导致了 TCR 改造淋巴细胞的发展（图 5）。然而，这些细胞仅限于对 MHC 呈递的肿瘤抗原（在人类中也称为人类白细胞抗原 (HLA)）而不是肿瘤细胞表面抗原作出反应。然而，合成的嵌合抗原受体 (CAR) 可以绕过 MHC 限制并将特定的细胞毒性定向到恶性细胞表面的靶分子。从患者（或同种异体供体）分离的 T 细胞经过基因改造以表达 CAR，然后扩增并注入患者体内。这克服了肿瘤细胞经常下调 MHC 分子的问题，MHC 分子下调使得细胞无法将抗原呈递给常规 T 细胞。CAR 包含一个抗原结合域，通常来自抗体的可变区，连接到 TCR 和各种共刺激分子的信号域（图 5)。鉴于细胞表面信号蛋白的结构域模块化，可以使用蛋白质工程组装细胞外靶向结构域和内部信号转导结构域的混合和匹配。这为针对特定肿瘤定制 CAR 提供了许多选择。第一代 CAR T 细胞仅依靠 CD3 ζ 链来模拟 TCR 信号传导，但由于 T 细胞增殖和细胞因子产生有限，这种设计在临床试验中无效。后代的 CAR T 细胞经过改造，包括来自 CD28、CD40 配体和其他 T 细胞活化正调节因子的结构域，以增强体内活化和细胞毒性。一种工程化的单链 PD1 阻断剂也显示出与仅具有 CD28 结构域的第二代 CAR T 细胞相似的增强功效。尽管 CAR T 细胞通常使用逆转录病毒转导进行工程改造，但最近的工作使用了 CRISPR-Cas9 技术。CRISPR-Cas9 可用于直接编辑 TCR 种系序列，这可能导致更均匀的 CAR T 细胞生成，并最终获得更好的疗效。

CAR T 细胞疗法发展的一个限制是肿瘤细胞表面需要一种独特的组织限制性靶抗原。例如，专为所有 B 细胞表达的细胞表面分子 CD19 而设计的 CAR T 细胞已成功治疗 B 细胞恶性肿瘤。第二代 CD19 特异性 CAR T 细胞的首次临床部署导致了慢性淋巴细胞白血病的持久反应。CD19 特异性第二代 CAR T 细胞在 B 细胞急性淋巴细胞白血病 (B-ALL) 中的额外临床试验导致所有接受测试的 B-ALL 患者病情缓解。一份关于参加该临床试验的 B-ALL 患者的随访报告显示，53 名患者中有 44 名 (83%) 疾病完全缓解，中位随访时间为 29 个月。据报道，弥漫性大 B 细胞淋巴瘤患者也取得了类似的成功，这导致 FDA 在 2017 年批准了对这些 B 细胞恶性肿瘤的治疗。

CAR T 细胞疗法治疗 B-ALL 和弥漫性大 B 细胞淋巴瘤的临床成功部分是由于靶向 CD19 抗原，CD19 抗原是理想的候选抗原，因为它在某些 B 细胞恶性肿瘤中高表达并且对B细胞谱系。正常 CD19 + B 细胞的交叉靶向不会妨碍治疗或引起严重的副作用。然而，即使作为理想的目标，CD19 抗原丢失也是治疗失败的常见原因。CD22 是 B-ALL 中恶性细胞通常表达的另一种抗原，在 I 期试验中显示出作为 CAR T 细胞疗法靶标的前景。其他靶标，尤其是肿瘤新抗原，目前正在研究不表达 CD19 的血液恶性肿瘤以及实体瘤。基于有希望的临床前和临床数据，B细胞成熟抗原 (BCMA) 靶向 CAR T 细胞疗法有望在 2020 年获得 FDA 批准用于治疗多发性骨髓瘤。然而，由于报告的患者复发，对其他靶抗原的研究仍在继续。最近一项临床前研究确定了另一种靶抗原 GPRC5D，其疗效和毒性与 BCMA 靶向 CAR T 细胞疗法相当。迄今为止，CAR T 细胞疗法对实体瘤仅取得了一定的成功，并且改进疗法的创新方法正在进行中。最近发现的泛癌靶标 B7-H3（也称为 CD276）已在多个儿科实体瘤模型中取得成功。除了直接充当细胞溶解剂外，CAR T 细胞还可以靶向恶劣的肿瘤微环境并恢复耗尽的 T 细胞。例如，经工程改造可产生 IL-12 的新一代“装甲”CAR T 细胞可以克服肿瘤环境中T reg细胞和骨髓细胞的免疫抑制，促进 CD8 + T 细胞溶解活性并增强骨髓细胞募集和抗原呈递。使用表达 IL-12 的 CAR T 细胞靶向粘蛋白 16 (MUC16 ecto ) 的保守细胞外结构域的临床前模型已经在卵巢癌模型中显示出有希望的结果，卵巢癌是一种晚期预后不良的肿瘤。目前正在进行针对卵巢癌、输卵管癌或原发性腹膜癌患者的 I 期临床试验。CAR T 细胞的功效也可以通过共表达嵌合细胞因子受体 (4αβ) 来增强，该受体刺激细胞增殖以响应 IL-4，IL-4 是一种通常在肿瘤微环境中含量丰富的细胞因子。初步研究表明，这种方法适用于针对不同肿瘤相关抗原 (TAA) 的 CAR T 细胞头颈癌的临床试验正在进行中。此外，转录因子 JUN 的过表达显示出对 CAR T 细胞耗竭的抗性。总体而言，CAR T 细胞已成功治疗 B 细胞恶性肿瘤，继续研究这种针对难治性癌症的新治疗方式将令人兴奋。

ATC 的局限性和不利影响

CAR T 细胞疗法可能会产生毒性，并影响许多不同的器官系统，严重程度各不相同。患者最常经历细胞因子释放综合征 (CRS) 和神经毒性。CRS 是由体内 CAR T 细胞的强大激活和增殖引起的，通常在细胞转移后很快出现。这些症状通常很轻微且类似流感，但也可能很严重并危及生命，包括低血压、高烧、毛细血管渗漏、凝血病和多系统器官衰竭。严重的神经系统事件也可能发生，例如 CAR T 细胞相关性脑病综合征，通常以意识模糊和精神错乱为特征，但有时也与癫痫发作和脑水肿有关。糖皮质激素是轻型 CRS 和 CAR T 细胞相关脑病综合征的一线治疗药物。Tocilizumab 是一种人源化抗 IL-6 抗体，是 CAR T 细胞疗法引起的 CRS 的高效二线治疗药物。CD19 特异性 CAR T 细胞疗法的其他副作用包括淋巴细胞减少和低丙种球蛋白血症，这可以通过静脉内免疫球蛋白疗法有效控制，类似于原发性 B 细胞免疫缺陷患者接受的治疗。这些副作用背后的机制是佳学基因等先进的基因检测机构的研究内容，进一步的研究可能会找到避免或最小化毒性的方法。最近开发的一种新型 CRS 小鼠模型表明，它不是由 CAR T 细胞衍生的 IL-6 介导，而是由分泌 IL-6、IL-1 和一氧化氮的受体巨噬细胞介导。因此，IL-1 阻断代表了一种可能的针对 CRS的方法中的新干预。此外，一项针对低亲和力 CD19 特异性 CAR T 细胞的临床研究表明，毒性降低，疗效增强。降低毒性的其他努力涉及具有多种受体特异性的 CAR T 细胞工程通过使用允许瞬时受体表达的基于 mRNA 的方法或包括可以被外源剂激活以克隆删除输注细胞的自杀盒来减少细胞毒性的半衰期。

ATC 方法需要针对特定患者的治疗设计，其成本可能高得令人望而却步，患者获得治疗的机会有限且制造具有挑战性。在美国，CAR T 细胞疗法 tisagenlecleucel 和 axicabtagene ciloleucel 每位患者的直接成本分别为 475,000 美元和 373,000 美元。然而，这些数值并未考虑与治疗 CAR T 细胞疗法常见的严重不良反应相关的额外费用，据估计，这些费用会使药物相关费用增加 30,000 美元或更多。与 CAR T 细胞疗法相比，检查点阻断的价格约为每月 12,500 美元。患者获得 CAR T 细胞疗法也是一个主要问题，因为只有少数实验室经过认证可以生成 CAR T 细胞，并且只有少数专门的三级护理中心能够实施这种疗法。最后，CAR T 细胞制造的可变性和标准实践的缺乏可能导致异质性结果。

癌症疫苗

癌症疫苗促使免疫系统保护身体免受癌症侵害，分为预防性和治疗性两类。针对乙型肝炎和人乳头瘤病毒的预防性疫苗分别有助于降低肝细胞癌和宫颈癌的发病率。这些是用于预防致癌病毒感染的经典疫苗。相比之下，治疗性疫苗旨在利用免疫系统消除已经是肿瘤的致病细胞。这方面的一个早期例子是使用卡介苗杆菌疫苗，其中包括减毒的牛分枝杆菌，它通常用作预防性结核病疫苗，但也被重新用作膀胱癌的原始治疗性疫苗。

从历史上看，TAAs 在肿瘤细胞上高度表达，在正常组织上表达较少，其发现为进一步基于疫苗的治疗方法打开了大门。然而，由于 TAA 通常被免疫系统识别为“自身”，因此恶性肿瘤特有的病毒抗原和新抗原可能更适合作为疫苗靶标。

1970 年代的早期疫苗接种方法基于自体肿瘤疫苗，涉及将患者来源的肿瘤细胞与佐剂或病毒一起给药，以激活对 TAA 的多克隆免疫反应。例如，感染新城疫病毒的自体肿瘤细胞已被用于一种癌症疫苗，该疫苗已在转移性淋巴瘤和黑色素瘤的临床前模型中取得成功。基于改良新城疫病毒的疫苗已被设计为表达粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子 (GM-CSF)，以试图提高效力。疫苗方法与检查点阻断剂的协同作用也已在黑色素瘤的一些临床前研究中得到证实。许多自体肿瘤疫苗正在 II 期和 III 期试验中进行研究，但尚未获得 FDA 批准。这种方法受到多重限制，最显着的是难以在某些癌症类型中获得源自患者的肿瘤细胞。较新的方法包括根据肿瘤基因组 DNA 的下一代测序信息开发个性化重组癌症疫苗。

个性化重组癌症疫苗的开发

与基于自身来源的 TAA 的疫苗相比，引发对肿瘤衍生新抗原反应的疫苗应能诱导更强烈的免疫反应并引起更少的自身免疫相关毒性，因为被这种疫苗激活的 T 细胞在开发过程中不会经历负选择。这些因素，以及通过下一代肿瘤基因组 DNA 测序基因检测识别新抗原的能力，已经将重点转移到研究制造针对新抗原的个性化重组疫苗的临床可行性。然而，尽管肿瘤中更高的突变负荷已被证明与检查点封锁后更高的免疫原性和存活率相关，只有一小部分新抗原会在癌症患者中自发产生免疫反应。Sahin 及其同事表明，通过下一代测序鉴定的新抗原可以在体内产生抗肿瘤反应；在接种了 50 种不同新抗原的小鼠中，有 16 种具有免疫原性。有趣的是，大多数新抗原诱导 CD4 + T 细胞而不是 CD8 + T 细胞产生细胞因子反应，这表明新抗原被选择用于 MHC II 类结合。其他临床前研究证明有效的 CD4 +和 CD8 +在各种癌症类型中， T 细胞对新抗原疫苗的反应。然而，最近的临床前工作也强调了由 CD4 +和 CD8 + T 细胞介导的新抗原反应的非重叠作用。

为了设计和制造用于临床的个性化疫苗，使用基于计算机的算法来识别哪些肿瘤衍生肽可能与患者的 MHC 等位基因形成合适的 TAA 或肿瘤新抗原（图 6 ）。有几种不同的策略来配制基于新抗原的疫苗，包括合成肽、mRNA、病毒和 DNA 质粒或装载抗原的树突状细胞，很难直接比较每种策略如何影响免疫原性。在一项测试包含多达 20 种个体新抗原的多肽疫苗的试验中，进入研究的 6 名患有 III 期疾病的黑色素瘤患者中有 4 名在接种疫苗 25 个月后经历了完全缓解且未复发，另外 2 名患者出现进展疾病随后接受了抗 PD1 治疗，导致肿瘤完全消退。此外，在本研究中测试免疫原性的 97 种不同的新抗原中，60% 引发了 CD4 + T 细胞反应，而 15% 引发了 CD8 + T 细胞反应。另一项临床试验在 13 名晚期黑色素瘤患者中测试了一种 RNA 疫苗，该疫苗编码代表个性化 TAA 的 10 种肽，取得了类似的结果。

图 6：个性化疫苗开发

图 6

来自癌症患者的健康组织和肿瘤组织被提交进行 DNA 测序基因检测和生物信息学分析，以确定编码肿瘤特异性肽（新抗原）的基因变异。然后使用预测算法筛选可能与患者的 MHC（在人类中也称为 HLA）分子稳定结合的新抗原，并通过对肿瘤 mRNA 进行测序来验证它们的表达。然后将多种预测的新抗原配制成疫苗，与佐剂一起施用于患者。治疗后，定期监测患者的新抗原特异性免疫反应和肿瘤生长。

癌症疫苗的缺陷和副作用

尽管这些早期癌症疫苗实验很有希望，但挑战依然存在。单个肿瘤可以携带数千个体细胞突变，预测哪些新抗原可以引发强烈的抗肿瘤反应仍然是一个不完美的方法。然而，目前的方法，包括验证肿瘤细胞中突变的 mRNA 表达和使用软件/数据库来预测肽-MHC 结合，迄今为止在临床试验中出奇地有效。然而，这一成功偏向于 MHC I 类特异性新抗原，因为对 MHC II 类分子的预测提出了独特的挑战。例如，MHC II 类分子多样性的增加及其开放结合口袋的结构性质使得辨别可预测的结合基序变得困难。总之，MHC 类之间的这些差异突出了对新的 MHC II 类预测算法的特殊需求。其他需要考虑的具有挑战性的因素是与开发定制疫苗相关的时间和成本。目前，这些疫苗的研发和生产大约需要 4 个月，虽然停机时间可用于启动其他类型的治疗，但缩短个性化治疗的时间跨度至关重要。对于快速生长或转移的肿瘤，几个月可能很重要。不断努力改进设计和制造可以将生产时间缩短至数周。

总的来说，体细胞突变的综合鉴定，以及从这些突变衍生的肽的评估以引发免疫反应，重新引起了人们对癌症治疗疫苗接种策略的兴趣。尽管早期临床试验很有希望，但对这些发现的推断可能会产生误导，而高级临床试验最终将决定个性化疫苗疗法的疗效。尽管如此，癌症疫苗是典型的“单一患者和单一疾病”精准药物治疗，并且在几十年前还只是科幻小说的领域。进一步的研究和技术发展无疑会带来更高的精确度和有效性，并有助于更好地理解抗肿瘤免疫反应的机制。

新兴的癌症免疫疗法

在人类癌症中转化细胞的基因序列变化的分子多样性导致了涉及特定组织类型和癌症机制的过多疾病。鉴于癌症免疫疗法取得了令人振奋的进展，目前正在开发和测试对当前免疫治疗方法的各种修改，以解决癌症免疫发病机制和癌症靶向性的复杂性。

联合疗法

在检查点阻断单药疗法取得临床成功之后，结合具有不同作用机制的药物的联合疗法已经提高了各种癌症的治疗成功率。例如，ipilimumab 和 nivolumab 联合疗法为转移性黑色素瘤和晚期肾细胞癌患者带来了显着的生存益处，导致 FDA 批准这些疾病。抗 CTLA4 和抗 PD1 疗法的协同作用不足为奇，因为 CTLA4 和 PD1 以互补的方式调节抗肿瘤免疫。由 CD80 和 PDL1 二聚化介导的 CTLA4 和 PD1 通路之间的串扰，为双重治疗成功背后的机制提供了更多见解。然而，正如预期的那样，联合检查点疗法也会增加药物引起的毒性风险。

将放射疗法与检查点阻断相结合是顽固性肿瘤的另一种治疗选择。单独放疗的免疫调节作用是一把双刃剑。从机制上讲，放疗通过暴露新的新抗原来增加抗肿瘤 T 细胞反应的多样性，同时通过诱导肿瘤细胞上的 PDL1 表达来减弱免疫反应。因此，根据临床前数据，放疗与 PD1 轴阻滞剂相结合代表了一种有吸引力的协同组合。患有转移性疾病的患者可能代表了使用这种组合的目标人群，因为对许多肿瘤类型的检查点阻断增强了对放疗的远隔反应。总体而言，双重检查点封锁和放疗-检查点联合疗法代表了协同治疗反应的有前途的途径，因为这些药物组合显示出独特且互补的药效学。

检查点封锁的新目标

研究还针对新发现的 T 细胞活化负调节因子，包括淋巴细胞活化基因 3 (LAG3)、T 细胞免疫球蛋白 3 (TIM3)、T 细胞活化 V 域免疫球蛋白抑制因子 (VISTA)、B7-H3 和 T 细胞具有免疫球蛋白和基于免疫受体酪氨酸的抑制基序结构域 (TIGIT) 的免疫受体，作为癌症辅助药物。LAG3 是一种抑制性配体，可通过阻断 MHC II 类蛋白上的 CD4 接触位点来降低 T 细胞活化，并在活化的 T 细胞和 T reg细胞上表达。它通过诱导细胞周期停滞来防止 T 细胞室过度扩张。与 PD1 一样，LAG3 是 T 细胞耗竭的标志物，这预示着在 TIL 上表达时预后较差。已经开发出多种阻断策略，包括 LAG3:Ig 融合蛋白和 LAG3 靶向 mAb。在肾细胞癌和胰腺癌患者的临床试验中，这些药物作为单一疗法并没有成功，尽管它们增加了肿瘤特异性 T 细胞的频率。然而，当与紫杉醇联合治疗转移性乳腺癌时，50% 接受 LAG3:Ig 治疗的患者对治疗有反应。最近的研究表明，纤维蛋白原样蛋白 1 (FGL1) 独立于结合 MHC II 类分子激活 LAG3，干扰这种相互作用对于释放有效的抗肿瘤作用至关重要。

TIM3 是 T 细胞反应的另一种负调节因子。它不像 LAG3 那样抑制细胞周期进程，而是在半乳糖凝集素 9 结合后调节细胞凋亡。它的上调可能代表抗 PD1 疗法的耐药机制，使联合疗法成为提高抗 PD1 疗法有效性的有吸引力的选择。此外，TIM3 表达与非小细胞肺癌和滤泡性淋巴瘤的不良预后相关，表明其在癌症进展中的作用。与 TIM3 类似，VISTA 是另一种被证明与对当前检查点抑制剂的耐药性相关的分子，并且已证明在小鼠模型中与抗 PD1 疗法具有协同作用。

B7-H3 代表 T 细胞反应的另一种可靶向负调节因子。它在许多肿瘤类型中高度表达，包括非小细胞肺癌、前列腺癌、胰腺癌、卵巢癌和结直肠癌。Enoblituzumab 是一种靶向 B7-H3 的人源化单克隆抗体，在针对各种肿瘤类型患者的 I 期研究中可有效诱导抗肿瘤反应。与 B7-H3 和 CD3 结合的双亲和重定向 (DART) 蛋白，以及放射性碘偶联的 B7-H3 mAb，代表了调节该通路的其他方法，并且正在进行早期临床测试。

最后，TIGIT 在其细胞内域中包含两个基于免疫受体酪氨酸的抑制基序并抑制 T 细胞过度活化，正在作为检查点靶标进行研究。它在 TIL 中的表达比在外周细胞中的表达更强，这使其成为一个有吸引力的靶标，因为它与其他检查点分子相比具有更高的特异性。临床前证据表明，TIGIT 阻断增强了预先存在的检查点抑制剂的作用，并重振了肿瘤特异性耗尽的T细胞。目前，阻断除 CTLA4 或 PD1 轴以外的免疫检查点作为单一药物尚未显示出主要的临床益处，但可能会增加现有治疗的有效性。

尽管免疫检查点分子的阻断会释放有效的抗肿瘤反应，但 T 细胞共刺激受体的刺激，包括诱导型共刺激因子 (ICOS)、肿瘤坏死因子受体超家族成员 4 (TNFRSF4；也称为 CD134)、肿瘤坏死因子受体超家族成员 9（TNFRSF9；也称为 4-1BB）、糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体 (GITR)和CD27，也可以放大现有免疫疗法的效果，如临床前和早期临床研究所示。ICOS 是 CD28 共刺激分子家族的成员，可介导背景依赖性细胞因子反应，重点是T 辅助细胞 2 (T H 2) 细胞偏斜。经修饰以表达 ICOS 配体的疫苗对 ICOS 的刺激在临床前表现出与 CTLA4 阻断抗体治疗的协同作用。用目前批准的抗 CTLA4 和抗 PD1 疗法治疗后 ICOS 上调可能代表了积极抗肿瘤反应的生物标志物，因为它与有利的结果相关。

TNFRSF4 是另一种共刺激分子，临床前证据表明其在肉瘤、黑色素瘤和乳腺癌中发挥强大的抗肿瘤反应的作用。数据表明，靶向 TNFRSF4 可增强抗 PD1 疗法，因为 TNFRSF4 激动作用可上调 PDL1 表达。除了与检查点封锁的协同作用外，通过转染在 CAR T 细胞内上调 TNFRSF4 代表了一种增强肿瘤细胞毒性的方法。其他 TNFR 家族成员（例如 TNFRSF9、GITR 和 CD27）的激动作用正在作为各种肿瘤类型的 I/II 期试验的辅助疗法进行测试，并取得了令人鼓舞的结果。因此，积极的 T 细胞共刺激信号的激动作用，与现有的检查点抑制剂或 CAR T 细胞相结合，代表了一种提高抗肿瘤免疫力的新治疗途径。

佳学基因检测评论

以 T 细胞为重点的癌症免疫疗法已成为抗癌武器库中的有力工具。然而，需要多年的基础科学发现和随后的临床转化才能明确证明调节免疫系统治疗癌症的能力。进一步研究 T 细胞和其他免疫细胞（例如 APC 和自然杀伤细胞）的调节，可能使我们能够增强这种方法的力量。在“难以治疗”的肿瘤中，在检查点阻断剂、ATC 转移疗法和癌症疫苗的临床试验中观察到的效果远远高于最有效的化疗药物。尽管与免疫相关的不良反应很常见，但这些创新的免疫靶向疗法比传统化疗药物的耐受性更好。随着目前批准的疗法的适应症不断扩大，以及对新型药物靶点的不断寻找，癌症免疫疗法的新兴领域继续发展。我们所讲述的癌症免疫治疗成功案例突出了基础科学研究与临床实践之间的内在联系。它们还说明了建立在坚实的基础科学基础上的从实验室到床边的方法如何能够成功地对抗人类最可怕的疾病之一。