医学前沿
2012年05月号
医学进展
医学里程碑

肿瘤免疫治疗的春天已经来临

    本文回顾了肿瘤免疫治疗的历史,并对近年来肿瘤免疫治疗领域所取得的研究突破进行了系统综述,总结如下。

一、肿瘤免疫治疗的概念

    肿瘤的发生、发展是遗传、环境和免疫共同作用的结果。免疫监视理论(immune surveillance theory)认为,机体的免疫系统可以发挥监视作用,识别并消灭任何表达新抗原的“异己”成分或突变细胞,以保持机体内环境的稳定。当机体免疫监视功能低下,无法有效清除“异己”成分或突变细胞时,就可能发生肿瘤。在肿瘤形成后,机体的免疫系统与肿瘤之间会继续“制衡”,当机体的抗肿瘤免疫效应强于肿瘤的免疫逃逸作用时,肿瘤生长受抑或发生消退;反之,肿瘤进展。

    肿瘤免疫治疗是继手术、放疗和化疗后的第四大肿瘤治疗手段,旨在通过激活/利用自体免疫系统(疫苗、免疫激活剂)或过继转输免疫活性细胞(自然杀伤细胞、活化T淋巴细胞),诱导/重建抗肿瘤免疫反应,杀伤肿瘤细胞;广义的肿瘤免疫治疗还包括各种针对肿瘤抗原的单克隆抗体药物(偶联毒素或放射性元素标记)、细胞因子等。

二、肿瘤免疫治疗的历史

    肿瘤免疫治疗的历史可以追溯至19世纪末期,美国骨科医生威廉•科莱(William Coley)是第一个提出免疫系统抗癌理论并付诸实践的学者。科莱在收治一些因感染发热的肿瘤患者时发现,个别患者身上的肿瘤发生了消退,因此提出了上述观点,并发明了coley毒素(一种细菌混合物,能够激发机体产生很强的免疫反应)。但是后来的实践表明,这种毒素的副作用过大,且疗效并不理想。

    1973年,Steinman发现了体内最强的抗原提呈细胞——树突状细胞。之后,树突状细胞成为重要的疫苗载体,广泛用于治疗性肿瘤疫苗的研究与开发。

    1976年,Morales A等首次报道了9例膀胱癌患者应用卡介苗(膀胱灌注和皮下注射)治疗的临床试验结果,初步证实了卡介苗的疗效和安全性。

    1985年,Rosenberg SA等在《新英格兰医学杂志》发表论文称,在给予自体淋巴因子活化的杀伤细胞(lymphokine-activated killer cell,LAK)联合重组IL-2治疗后,25例标准治疗无效的晚期转移黑色素瘤、肠癌和肾细胞癌患者中, 11例患者可见肿瘤转移灶缩小(缩小体积>50%),其中,1例黑色素瘤患者肿瘤完全消退。上述研究一经公布,立即引起了巨大轰动,当时很多人相信人类征服肿瘤指日可待;之后,肿瘤相关抗原的发现(1991年和1994年)更是让人们坚信,IL-2可能就是那把打开胜利之门的钥匙。但是,随着时间的推移,越来越多的临床研究证实,IL-2并非所谓的抗肿瘤的“神奇子弹”。

    此后,随着肿瘤免疫调节机制的研究深入,人们发现了一系列具有抗肿瘤效应的细胞因子/趋化因子、免疫调节分子和免疫激活剂,并在此基础上提出了多种增强抗肿瘤免疫反应的措施和方法;但是,与此同时人们也在肿瘤局部及肿瘤患者全身证实了多重免疫抑制因素的存在。一种甚至是多种增强肿瘤免疫反应的措施均不足以导致肿瘤的完全消退。

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三、肿瘤免疫治疗的研究现状

    目前,肿瘤免疫治疗主要包括以下几个方面:肿瘤疫苗、细胞因子治疗、免疫分子靶向治疗、免疫细胞过继治疗等。

1. 肿瘤疫苗

    疫苗是研究最多,也最具应用前景的肿瘤免疫治疗方法,常用的疫苗载体有病毒、细菌、树突状细胞、质粒DNA等。Gardasil(人乳头瘤病毒四价疫苗)是Merck公司开发的全球第一个癌症预防性疫苗,2006年6月获FDA批准。除了宫颈癌,该产品还能预防其他女性外生殖器肿瘤,男性接种可预防肛周HPV感染引发的肿瘤。Merck公司先后组织了7项大规模临床试验(1项安慰剂对照,5项佐剂对照,1项非对照试验),参与试验的志愿者共计18083人,Gardasil的总体有效率超过95%。

    树突状细胞是肿瘤疫苗研究最常用的细胞载体。自Steinman发现树突状细胞以来,全球已开展了数百项以树突状细胞为载体的肿瘤疫苗临床试验,涉及的恶性肿瘤包括黑色素瘤、肾细胞癌、前列腺癌、神经胶质瘤、卵巢癌、白血病等。Staiman也曾采用树突状细胞瘤苗治疗其所患的胰腺癌,并取得了一定的治疗效果。目前,有多种方法可以用来制备树突状细胞瘤苗,并对其进行“改造”或“修饰”,如直接荷载肿瘤相关抗原肽、基因修饰、肿瘤RNA转染、多种细胞因子刺激、荷载肿瘤裂解物、与肿瘤细胞融合等。Sipuleucel-T是FDA批准(2010年4月)的第一个真正意义上的治疗性肿瘤疫苗,属于树突状细胞瘤苗的一种,适应症为晚期雌激素治疗无效的前列腺癌。Sipuleucel-T治疗包括以下三个步骤:1、患者自体PBMC采集;2、PBMC体外刺激(GMCSF-PAP融合蛋白);3、细胞回输。 事实上,Sipuleucel-T的III期临床试验结果并不理想,仅延长了患者4个月的生存时间(但与安慰剂组相比,疗效有统计学差别)。FDA起初否决了该产品的上市申请。但是这一决定遭到了参与临床试验的患者及患者亲属,以及一些前列腺患者的反对。FDA在重新评估后,最终批准该产品上市。该产品一个疗程的治疗费用为9300美元,从药物经济学上来看实际并不可取。

    肿瘤相关抗原肽疫苗是另一大类常用的肿瘤疫苗,其中研究最多的是黑色素瘤相关抗原gp100。2011年6月,《新英格兰医学杂志》公布了一项有关gp100肽疫苗的III期临床研究,全美21家肿瘤临床研究中心参与了该项研究,共入组患者185例(2000年6月〜2007年10月),其中试验组(gp100+IL-2)91例,对照组(单用IL-2)94例。结果显示,gp100免疫能够明显提高患者的临床反应率(16% vs 6%,P=0.03),延长患者无进展生存时间(2.2月 vs 1.6月,P=0.008)和总体生存时间(17.8月 vs 11.1月,P=0.06)。除了直接接种,肿瘤相关抗原肽还可荷载树突状细胞,用以制备树突状细胞瘤苗。

    溶瘤病毒是另一种很有希望的治疗性肿瘤疫苗载体。Oncovex GM-CSF是美国BioVex公司开发的一种转染GM-CSF基因的具有溶瘤作用的单纯疱疹病毒疫苗。在一项50例黑色素瘤患者参与的多中心临床试验中,该疫苗瘤内直接注射可诱发全身及肿瘤局部抗原特异性免疫应答,临床总体反应率为26%;更有意思的是,该疫苗能够导致接种者体内调节性T细胞和骨髓来源的抑制细胞等抑制性细胞亚群比例下降。

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2.细胞因子治疗和免疫分子靶向治疗

    IL-2、IFN-α和TNF-α是三个FDA批准的肿瘤免疫治疗药物,适应症为黑色素瘤和肾细胞癌。这三种药物用于恶性肿瘤的治疗剂量和个体差异性较大,疗效也不明显。以IL-2为例,早期的临床试验结果表明,高剂量IL-2治疗黑色素瘤的其总体反应率为16%左右,完全缓解率为6%。但是,细胞因子最大的缺陷是不良反应较大,患者的耐受性较差。

    协同刺激/抑制分子是当前肿瘤免疫治疗药物开发的重要靶点,以B7家族分子为代表,如CTLA-4、PD1、PDL1、B7H3、B7x等。Yervoy(Ipilimumab)是施贵宝公司研发的一种人源化CTLA-4 单克隆抗体。Ipilimumab与CTLA-4结合后,可阻断CTLA-4介导的免疫抑制信号,使T细胞能够持续激活,延长活化T细胞的存活时间。该药物于2011年3月获得FDA批准上市,适应症为晚期黑色素瘤。Ipilimumab的III期临床试验结果证实,不管是否联合gp100免疫,Ipilimumab均能明显延长患者的生存时间;接受Ipilimumab治疗的540例患者平均存活时间为10个月(对照组仅为6个月),且近25%的患者存活超过两年。Thompson RH等证实,除了淋巴细胞,肿瘤细胞也会表达B7-H1抑制分子,肿瘤B7-H1的表达与否,与肿瘤的预后密切相关,B7-H1表达阴性的患者存活时间明显长于表达阳性者。

    调节性T细胞是肿瘤免疫逃逸中最重要的抑制因素之一,理论上而言,清除体内的调节性T细胞,特别是肿瘤组织中的调节性T细胞,可以重建/增强抗肿瘤免疫应答。在小鼠荷瘤模型中,体内给予抗CD25 单克隆抗体可致肿瘤消退,这一效应与调节性T细胞的清除有关。一些小规模临床试验结果也支持上述观点;但是,由于调节性T细胞缺乏特异性指标,目前仅以膜分子CD25(IL-2受体,除了调节性T细胞表达,在活化淋巴细胞也会表达)为靶点,若以CD25单克隆抗体体内清除CD25+T细胞,则活化的T淋巴细胞也会受到影响。因此,如何特异性清除体内的调节性T细胞是今后药物研发所需要解决的问题。

    非特异性免疫激活剂也是肿瘤免疫治疗的研究方向之一,前述的coley毒素即是最早的尝试。但是这类制剂中,仅有卡介苗被FDA批准上市,适应症为膀胱癌。目前卡介苗已成为膀胱癌的标准治疗药物,一项欧盟多中心随机对照试验显示,膀胱灌注卡介苗能够减少肿瘤的复发风险,降低肿瘤远处转移发生率和患者死亡率。

    Toll受体激动剂是近年来肿瘤免疫治疗研究的热点,其中研究最多的是CpG(TLR9激动剂)、PolyI:C(TLR3激动剂)、R848/CL075(TLR7/8激动剂)、BLP(TLR1/2激动剂)等。有研究者利用TLR9激动剂——PF-3512676肿瘤内注射治疗15例B细胞淋巴瘤患者,结果证实,TLR9激动剂能够诱导产生系统的抗肿瘤免疫应答,15例患者中1例患者获得完全反应,3例部分反应,2例病情稳定;1例临床有反应的患者在肿瘤复发后再次给予PF-3512676,能在短期内起反应。

3. T细胞过继转输治疗

    T细胞过继转输治疗是将自体/同种异体免疫细胞进行体外激活和扩增,然后再将其重新输回肿瘤患者体内,并辅以合适的生长因子,促使其在体内发挥杀伤肿瘤细胞的作用。1985年,Rosenberg SA首次向外界公布了LAK联合IL-2治疗恶性黑色素瘤的临床研究结果。之后,在此基础上相继演化了多种方案,如肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocytes, TIL)、细胞因子诱导的杀伤细胞(Cytokine induced killer cell, CIK)、DC-CIK、细胞毒性T细胞(Cytotoxic T lymphocytes)、肿瘤抗原特异性TCR转基因T细胞、嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptors-modified T cells, CART)等。

    CIK 细胞在我国肿瘤免疫治疗中较为流行,国内有上百家医院开展了CIK的临床治疗,屡有报道其效果显著,多数报道认为CIK 治疗不仅抑制了肿瘤生长也提高了肿瘤患者的生存质量。但国际上应用CIK 的临床研究相对较少。

    TCR转基因T细胞和CART是目前国际上肿瘤过继免疫治疗的热点。2006年10月,Morgan RA等在《Science》撰文称,利用慢病毒载体可以对T细胞进行“改造”——导入肿瘤抗原特异性TCR,这些基因改造的T细胞回输后,可在外周血中维持较高比例长达2个月以上;而且,接受该方法治疗的15例黑色素瘤患者中,2例患者体内肿瘤转移灶消退,1年后仍能在这两例患者体内检出回输的转基因T细胞的存在。2011年8月,Porter DL等在《新英格兰医学杂志》发表论文称,他们利用一种基因改造的CART细胞,成功治愈了一例复发难治性慢性淋巴瘤患者,该CRAT细胞同时表达CD19嵌合抗原受体、CD137(4-1BB)和CD3-ζ链。Providence 癌症中心的Urba WJ对该研究给予了高度评价,认为这可能成为今后肿瘤过继免疫治疗研究的新方向。目前,该研究小组正在更多的患者身上开展试验,并拓展至其他恶性肿瘤领域。

    除了T淋巴细胞,过继免疫治疗研究的靶细胞还包括NK细胞、巨噬细胞、T细胞、NKT细胞等。

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4. 肿瘤免疫治疗与化疗的联合

    以往观点认为,抗肿瘤化疗会导致不同程度的骨髓抑制和免疫“破坏”,在此基础上,是否能够开展及何时开展免疫治疗一直是困扰临床医生的主要问题。但是,越来越多的证据表明,免疫治疗和化疗并不矛盾,两者可以有机结合。多种化疗药物已经被证实能够“促进”肿瘤免疫应答。

    化疗药物主要通过以下几方面发挥免疫增强作用:1、减轻肿瘤负荷;2、释放肿瘤相关抗原或上调其表达;3、增加肿瘤细胞对免疫效应细胞杀伤的敏感性;4、减少抑制性免疫细胞亚群;5、为效应细胞提供增殖空间;6、直接激活树突状细胞;7、促进交叉提呈和T细胞激活。

    但是,合适的化疗药物和免疫治疗窗口的选择至关重要。临床研究者需要根据不同化疗药物的自身特点,及拟采用的免疫治疗方案,综合考虑,设计合理的联合治疗方案,方有可能产生最佳的治疗效果。

四、肿瘤免疫治疗所面临的挑战

1.肿瘤免疫逃逸的存在很大程度上削弱了肿瘤免疫治疗的疗效

    肿瘤免疫逃逸是肿瘤免疫治疗失败的主要原因,多重因素参与其中。根据免疫监视理论,肿瘤细胞只有“逃过”了免疫系统的识别,才能够发生和进展;实际上,此时的肿瘤细胞已经被免疫系统视为机体正常的组织细胞了。此外,即便机体产生了针对肿瘤抗原特异性的免疫应答,肿瘤细胞也能够对“入侵”的效应淋巴细胞适时进行“反击”,通过分泌抑制因子或表达负性调节分子,诱导CTL细胞凋亡或失能,使之失去肿瘤杀伤作用。

2.肿瘤免疫治疗缺乏合适的疗效评估标准

    目前,RECIST(Response Evaluation Criteria In Solid Tumors)是临床上常用的实体瘤临床疗效评估标准,该标准以瘤体大小变化来衡量疗效,根据病灶缩减的百分比将临床疗效分为完全缓解(complete response,CR)、部分缓解(partial remission,PR)、无变化(stable disease,SD)和疾病进展(progressive disease,PD)。但是这一评估显然并不适合肿瘤免疫治疗的疗效评估,肿瘤免疫应答效应的产生需要一定的时间,该标准反映的是近期疗效,对于患者总体生存时间和生存质量的改变并未涉及。实际上,在很多肿瘤免疫治疗的临床试验中,即便在肿瘤出现进展后,抗肿瘤免疫应答也能够起效。如何制定相应的疗效观察标准,或将两者有机结合,这是个问题。此外,肿瘤免疫治疗还需关注患者的免疫反应性,如何建立免疫反应与临床效应之间的关系,这也是很多学者关注的问题。

展望

    2008年,癌症导致全球760万人死亡,占全部死因的13%。WHO统计分析认为,2030年全球因癌症死亡人口将超过1100万。恶性肿瘤已经取代心血管疾病,成为威胁人类健康的第一大杀手。

    近40年来,全球投入癌症研究的资金是所有疾病研究中最高的,但是癌症的发病率、死亡率在数十年间并没有明显改观。经典的肿瘤治疗三大手段:手术、放疗和化疗发展至今,其效用可以说已经发挥到了极致,而肿瘤免疫生物治疗的研究还刚刚起步,特别是近20年来,随着肿瘤免疫微环境的研究进展,人们逐步认清了肿瘤发生、发展与免疫之间的相互作用,肿瘤的免疫治疗已经具备了从基础研究走向临床应用研究的条件。相信在不久的将来,肿瘤免疫治疗将成为临床肿瘤综合治疗的重要补充,并最终有望成为肿瘤预防和治疗的一线治疗方案。

(作者:刘荣军 审校:王敏骏)

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