癌症疫苗助力细胞免疫疗法

细胞免疫疗法已经在血液肿瘤领域大放异彩，但对付实体瘤疗效不佳。目前美国麻省理工学院的科研团队开发出一种疫苗，能够显著增强CAR-T细胞抗实体瘤的能力，一旦在临床上获得成功，有可能极大地改写CAR-T细胞疗法治疗实体瘤的历史。

南方周末特约撰稿 汤波

在肿瘤微环境里，人体T细胞受到肿瘤细胞的“蒙蔽”而放松对肿瘤细胞的监管和清剿，科学家对T细胞进行基因改造，增强其识别和击杀肿瘤细胞的能力，催生一种全新的免疫疗法——嵌合抗原受体T细胞（CAR-T细胞）疗法，美国食品药品监督管理局（FDA）已相继批准该疗法治疗急性淋巴白血病和淋巴瘤等血液肿瘤，但是目前该疗法对实体瘤却显得“力不从心”。2019年7月，美国《科学》杂志报道称，美国麻省理工学院的科研团队开发出一种疫苗，显著增强CAR-T细胞抗实体瘤的能力，有望改写CAR-T细胞疗法治疗实体瘤的历史。

为什么实体瘤难以治疗？

2017年8月和10月，美国FDA接连批准了两例CAR-T细胞疗法，适应症分别为25岁以下的难治型或复发型B细胞急性淋巴细胞白血病和成人难治型或易反复的弥漫性大B细胞淋巴瘤。不久这两种新疗法也被欧洲药监局批准，从而将广受关注的CAR-T细胞疗法推向了风口。中国和美国的医疗机构竞相开发类似的抗癌产品。根据美国临床试验数据库(ClinicalTrails.gov)的数据，截止到2019年6月30日，中国注册的CAR-T临床试验数量超过200项，相当于美国的两倍，而中美两国开展的CAR-T疗法临床试验约占全球的80%。

不过，在各国如火如荼开展临床试验之际，CAR-T细胞疗法面临一个巨大窘境，即该疗法似乎只适用于淋巴瘤和白血病等血液肿瘤，对实体瘤的治疗却总是难如人意，而且经常出现一些难以承受的不良反应甚至死亡。

荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯大学医学中心的研究人员曾对12名转移性肾细胞瘤患者进行CAR-T治疗，结果有4名患者出现严重的肝毒性，即使低剂量注射情况下也难以承受，不得不停止CAR-T治疗。美国国立癌症研究所曾报道过一例转移性结肠癌患者接受CAR-T细胞治疗后出现严重不良反应并死亡的案例，该患者接受CAR-T细胞注射之后不久即出现严重急性肺毒性和多器官衰竭，尽管采取了各种急救措施，但患者5天后死亡。通过已发表的临床试验论文进行分析，截止到2018年6月，全球共有22项针对实体瘤的CAR-T细胞疗法临床试验，涉及262名患者，但是总体缓解率仅为9%，远低于血液瘤的70%~94%。目前临床试验显示，CAR-T细胞疗法只对神经胶质母细胞瘤等极少数实体瘤有不错的疗效，对大多数实体瘤，特别是胃肠道肿瘤基本无效。

为什么实体瘤难以治疗？与白血病和淋巴瘤等血液肿瘤相比，实体瘤具有以下一些特点，是导致CAR-T细胞疗法失效的主要原因。一是实体瘤呈现异质性，即同一种肿瘤细胞可能表达不同表面抗原，而设计好的CAR-T细胞往往只针对一种表面抗原，另外表面抗原筛选也是一个难题，大多数表面抗原并非肿瘤细胞独有，只是比正常细胞表达量高，导致CAR-T细胞治疗出现严重细胞毒性，无法发挥疗效；二是实体瘤组织严密，层层包裹，CAR-T细胞很难渗透到肿瘤内部，也难以招募一些趋化因子等帮手来协同作战；三是实体瘤微环境存在免疫抑制剂，即实体瘤细胞能分泌一些抑制因子，能让CAR-T细胞“缴械投降”，从而阻止CAR-T细胞发挥抗癌作用。

由此可见，肿瘤的复杂程度远超人们的想象，但是科学家毫不气馁，不断与肿瘤斗智斗勇，最终发现肿瘤的这些“花招”，并找出破解之法。针对前两个难题，科学家已通过筛选特异性表面抗原，设计高效的新型CAR-T，或联合使用多种CAR-T细胞等措施加以解决，但是如何克服实体瘤内部不利的微环境？

疫苗提升抗癌活性

针对CAR-T在实体瘤内部容易失效的问题，美国麻省理工学院达雷尔·欧文（Darrell Irvine）教授领导的团队设计了一种特殊的疫苗来增强CAR-T细胞的广谱抗癌活性，使其能杀死多种实体瘤的大多数肿瘤细胞，这项研究结果7月12日在线发表在国际顶级的《科学》杂志上。

这一特殊的疫苗是该研究的亮点，其核心是一种连接有多个多肽结构域的磷脂聚合物，其中一种多肽结构域主要结合血液中无处不在的白蛋白，以便搭乘白蛋白的“便车”，将疫苗快速运送到附近的淋巴结，该结构域还能将疫苗转运至一些免疫细胞内部，另一种多肽结构域则是真正起到疫苗功能的抗原分子，这些抗原在进入辅助性免疫细胞之后能刺激其产生一系列细胞因子，增强CAR-T细胞杀伤肿瘤细胞的活性，避免CAR-T细胞被肿瘤细胞抑制。理论上这个抗原可以根据需要重新设计成任意的多肽分子，这为不同癌症设计不同的强化疫苗带来了便利。

为了验证该疫苗能否在体内增强CAR-T细胞抗癌活性，研究人员开展了动物体内试验。研究人员首先通过注射癌细胞的方式诱导小鼠体内产生某种肿瘤，如神经胶质母细胞瘤，并将提前设计好的、体外能杀死这种肿瘤的CAR-T细胞注射到小鼠体内，接下来多次注射对应这种CAR-T细胞的强化疫苗。这种强化疫苗在体外细胞试验中能进入细胞膜并促进CAR-T细胞增殖。

疫苗注射之后不久，小鼠体内的CAR-T细胞很快出现大量增殖，普通的T细胞则变化不大。CAR-T细胞的增殖呈现剂量依赖性特点，即高剂量CAR-T细胞的增殖效果更高。在先后注射CAR-T细胞和强化疫苗的小鼠体内，研究人员发现，其体内能增强T细胞效应的细胞因子比为单独注射CAR-T细胞的小鼠增加了5-10倍，而且CAR-T细胞在肿瘤内部的数量也增加了5倍以上。

更令人感兴趣的是，虽然CAR-T细胞不同剂量有所差异，但是强化疫苗均能显著延迟肿瘤细胞的生长，并大幅提高肿瘤小鼠的存活率。例如，当单独注射100万个CAR-T细胞时，所有肿瘤小鼠均在50天内死亡，与未注射CAR-T细胞对照组相比，没有什么改善，但是与强化疫苗联用之后，超过60%的肿瘤小鼠都得以存活150天以上，而当CAR-T细胞的剂量适量提高时，肿瘤小鼠存活率甚至可达到80%。进一步检测发现，这些小鼠的肿瘤区域得到有效控制甚至缩小。

这种强化疫苗还能使机体表现出长期的免疫记忆，将能有效防止肿瘤复发。研究人员在初始治疗75天后，再次将之前注射过的神经胶质母细胞瘤细胞注射到这些存活的小鼠体内，结果这些肿瘤细胞很快被机体清除，并未再次引发肿瘤。大约50天后，研究人员再次给这些小鼠注射了与之前稍微不同的肿瘤细胞，如表面抗原不同，这些小鼠仍然能杀死新的肿瘤细胞。

研究人员还针对乳腺和黑素瘤肿瘤等不同的实体瘤，以及之前广泛采用的不同CAR-T细胞，设计了各种不同的强化疫苗，疗效均与之前的胶质母细胞瘤试验相似，表明这种强化疫苗能显著增强CAR-T细胞杀死实体瘤的能力，而且理论上可应用于任何肿瘤和相应的任何CAR-T细胞。

为此，《科学》杂志还专门配发评论文章，作者为来自华盛顿大学医学院的免疫学家内森·辛格（Nathan Singh）和宾夕法尼亚大学细胞免疫治疗中心的免疫学家卡尔·朱恩（Karl June）,后者是CAR-T细胞治疗的权威专家，主导开发了全球第一个获准上市的CAR-T细胞药物。辛格和朱恩评论道，美国麻省理工学院达雷尔·欧文团队这种聪明的疫苗设计，为探索如何更有效和更具创造性地利用CAR-T细胞开展新的治疗，特别是实体瘤打开了大门。

其他策略也值得期待

除了这项研究，其他一些增强CAR-T细胞抗肿瘤活性的研究也值得期待。

2019年2月，《自然生物技术》杂志报道了美国纽约凯特琳癌症研究中心雷尼尔·布伦蒂安斯（Renier Brentjens）博士团队一项新的研究成果，他们设计了另一种增强CAR-T细胞活性的策略，即在设计CAR-T细胞的同时，除了转入嵌合抗原受体的基因，还增加一种单链抗体基因，使CAR-T细胞能分泌可阻断PD-1抗原的单链抗体。

PD-1抗原是T细胞抗肿瘤活性的负调控因子，一旦T细胞的PD-1抗原被特异单链抗体结合，将阻断肿瘤细胞去抑制T细胞，T细胞的抗肿瘤活性将得以恢复甚至强化。通过小鼠试验，研究人员发现这种新的CAR-T细胞能显著增加CAR-T在肿瘤内的数量，也能显著提升肿瘤小鼠的存活率，还表现出长期的保护性，具有防止肿瘤复发的潜力，表明这种新的策略的确能增强CAR-T细胞的抗肿瘤活性。

虽然这些研究仍然处于临床前试验阶段，在人体上是否有效尚未可知，但是其临床应用价值非常值得期待。达雷尔·欧文对媒体表示，目前这种强化疫苗的技术已转让给医药公司，期望能在1-2年内开展临床试验。一旦获得成功，作为在血液肿瘤治疗领域大放异彩的免疫疗法，CAR-T细胞疗法将有望在实体瘤治疗上攻城拔寨，为人类战胜更多癌症续写新的篇章。