疫苗对人类健康和经济的益处已经被无数次证明。疫苗不仅仅对急性感染有防御能力，也对慢性感染和肿瘤有此功能。然而，尽管在成千上万患者中对很多肿瘤疫苗进行了临床研究，我们得到的效果却仍很小，只有7%的受试者达到了目标临床反应。所有临床获益的比例为20%左右。临床效果如此低的原因有许多。绝大多数用于疫苗生产的抗原是非突变的自身抗原，这使得产生的绝大多数T细胞只有低亲和力的T细胞受体（TCR），在患者体内无法有效进行抗肿瘤反应。与之相反，病毒抗原是以病毒为目标和靶向的新抗原，是治疗性疫苗优选的靶抗原。此外，很多疫苗是单价，不是多价或多联的，容易导致耐受。此外，疫苗在体内的运输系统目前还远未达到理想状态，从而导致微弱的、持续时间很短的T细胞反应。而这一切又因为肿瘤微环境的免疫抑制作用变得更加复杂。后来，CTLA-4和PD-1/PD-L1单克隆抗体对免疫检验点的阻断取得了巨大的临床成功。这对进展期转移肿瘤的控制具有革新意义，这也是有史以来美国FDA批准用于治疗黑色素瘤/肺癌/肾癌的新方法。对于肿瘤潜在生物标记物的研究正在进行。在临床前小鼠模型中，对于新抗原的治疗性疫苗与抗CTLA-4或PD-1抗体具有相同的效果。因此，这重新燃起了我们对通过免疫调节达到治疗目的的肿瘤疫苗开发的兴趣。这包括纠正肿瘤微环境、开发更多的肿瘤新抗原以及疫苗/免疫系统工具。

人类疫苗工程

目前，基因组以及蛋白组学的发展为我们识别“正常”免疫系统以及获得免疫反应过程的详细模型提供了很好的工具。目前在系统生物学/计算机生物学/结构生物学以及免疫系统监控方面的技术应该能够使我们在不久的将来开发出有效的疫苗以及免疫疗法。3年前，这个观点已经提出：将国际人类疫苗工程作为一个平台来达到这一目标。为此在2014年，一组专家建立了最初的科学框架。2016年，一系列项目工作组开始进行队列研究。此外，医药公司/学术界以及政府部门的负责人成立了一个专门工作组用于开发组织协作的商业模型。

这个项目是一个非盈利/公私合作的项目，它的使命是加快针对全球主要感染性疾病以及肿瘤疫苗与免疫疗法的开发。这一策略需要通过解码人类免疫系统来实现。项目的主要目标包括：一是解密人类免疫组，在均质人群中对比先天免疫和获得性免疫全貌。还有相关的抗原组，这代表了人类免疫系统的治疗靶点。二是阐明免疫原性的原理或“规则”，如:如何诱发临床有效的免疫反应。三是识别疫苗策略，产生和维持效应T细胞。总之，在未来十年要达到的这些科学目标将会带领我们进入全球疾病干预和控制的新时代。

肿瘤抗原

早期的肿瘤疫苗是用非放射性的整个肿瘤细胞作为载体来进行的，目的是让患者的免疫系统识别出相关的抗原。对173篇已经发表的免疫疗法进行回顾性研究发现，相较于1733位接受肿瘤抗原分子的患者，1711位接受整个肿瘤细胞的患者有较高的免疫响应。在对379名接受过化疗的pT2-3b pN0-3M0肾细胞癌患者进行自体肾癌细胞疫苗疗法的随机III期临床试验中，其5年无进展生存率显著提高。这表明，自体肿瘤裂解液中的突变新抗原可能是肿瘤疫苗是否有效的关键指标。但收集和制备整个肿瘤疫苗的复杂性限制了这种方法在临床中的广泛应用，这也激发了开发分子疫苗的动力。

通过对编码黑色素瘤相关抗原1（MAGE-A1）基因的分子克隆，第一个T细胞相关肿瘤抗原在1991年被发现。随后通过这种方法或者对肿瘤患者自身抗体的筛选，更多的肿瘤抗原被发现。基于这些靶点的治疗性疫苗的开发到目前还是令人失望的，这表明基于这些抗原的单一疗法在临床上是无效的。现在，随着DNA/RNA测序的发展以及计算机的应用，使得我们对肿瘤样本的非同源突变能够认识得更加清楚。这些突变称之为突变组，它为我们识别T细胞抗原决定簇提供了基础。这些突变抗原，就像外来抗原一样，不容易发生中枢免疫系统耐受。在转移的黑色素瘤和肺癌中，免疫检验点抑制剂的成功以及在不同实体瘤中T细胞浸润的增加为肿瘤新抗原的应用提供了更加有说服力的支持。在临床前模型中，突变的新生抗原能够产生大量的CD8 T细胞反应，并且能发挥出良好的疗效。

抗原优化

最初对抗原的优化主要是考虑它们的表达、相关抗原活性和免疫活性。但是由于这些是在肿瘤免疫疗法发生变革之前，而且并未考虑到突变的新生抗原的应用。因此，是时候转变抗原优化思路了。作为候选肿瘤疫苗，还要考虑到它们与自身相关性的程度如何。在一些肿瘤中，突变序列（如胶质瘤中的上皮生长因子受体vIII）代表了肿瘤疫苗的靶点。然而，由于个体肿瘤患者的独特性也使得我们需要考虑采用基于下一代测序（NGS）而进行的个性化疫苗开发。以新生抗原为靶点的个性化临床研究目前在黑色素瘤患者(NCT02035956和 NCT01970358)中招募患者。

通过NGS对那些使用免疫检测点抑制剂获益的肿瘤患者样本进行系统分析能够为我们对抗原的优化提供更多的参考。

抗原输送

抗原输送是肿瘤疫苗的基石。截至目前，有很多的抗原输送平台可供利用，并且有很多已经在肿瘤患者的临床试验中进行过检测。这些输送系统可以分为两类，一类是载体输送的抗原，一类是基于生化手段携带的抗原。生化手段可能是基于肽或蛋白或核酸。而载体输送系统广义上还包括惰性的聚合物、基于微生物和哺乳动物细胞的载体如自身的树突状细胞。

载体疫苗

通过病毒、细菌甚至结核杆菌载体已经开发了很多肿瘤疫苗。病毒载体如pox和腺病毒比较适合诱导CD8 T细胞免疫反应。一些细菌载体能够对CD8 T细胞产生强烈的免疫反应，由李斯特菌表达E7基因的人类乳头瘤病毒疫苗已经在女性宫颈癌的临床中显示出效果。表达间皮素的李斯特菌目前正在进行胰腺癌的临床试验 (NCT00585845)。树突状细胞在肿瘤疫苗中被广泛测试。树突状细胞（DC）如此受关注是因为它能够引发适应性免疫反应。然而，由于DC细胞血液和组织中的数量很少，不同DC亚型具有不同的功能，再加上注射的DCs归巢到淋巴器官的效率很低，使得这一方法仍然充满挑战。

生化疫苗

肽和蛋白目前在临床中已经检测了其输送抗原的效果。短的、I类MHC分子结合肽只有与适当佐剂在一起，才能有效诱导特定CD8 T细胞。乳化油与TLR9激动剂联合具有诱导特定CD8 T细胞的潜能。长的合成肽比短肽具有两方面的优势：它们能够诱导更广泛的T细胞反应，包括抗原特异性CD4 T细胞，它们能够将耐受的几率降至最低。P53和HPV-16 E6和E7长合成肽的混合物在肿瘤患者中能够诱导特定的抗肿瘤免疫。

在临床中同样检测了蛋白质作为抗原载体的效果。MAGE-A3和NY-ESO-1蛋白是由几百个氨基酸组成的多肽。遗憾的是，III期临床并未重现出MAGE-A3在II期临床中的表现，从而导致此项研究终止。蛋白作为抗肿瘤疫苗载体的一个障碍是它不能够有效诱导CD8 T细胞，然而下一代佐剂能够改善此项缺点。

核酸是一种有吸引力的运输载体。对人类和模型动物的检测突出了DNA疫苗诱导主要T细胞反应的价值。最近的一项研究显示，表达HPV癌基因蛋白的DNA疫苗具有精确定位于肿瘤的能力。mRNAs为抗原的短暂运输提供了另一种选择。对这些分子的合理修饰能够使它们稳定在细胞内，从而延长抗原基因表达和翻译的时间。也可以在载体中加入一些信号来直接将蛋白产物运输至胞质或细胞组件中，从而分别诱导CD8或CD4 T细胞反应。

总结

有效肿瘤疫苗开发的复杂性需要国际合作才能够克服困难。目前发现的免疫检查点抑制剂已经证明免疫系统能够有效控制很大一部分肿瘤。在这些发现的基础上，再加上基因和免疫检测技术，以及达到的人类疫苗工程的目标——解密人类免疫系统，将会加快肿瘤免疫治疗的发展，取得良好的临床效果，造福人类。

（作者：贺利军）

参考文献：Science Translational Medicine 2016;8:334ps9