基于MUC1为靶点的肿瘤疫苗研究进展

高健伟 肖辉 张旻

上海交通大学附属第一人民医院呼吸与危重症医学科200080

黏蛋白1(mucin-1,MUC1)是一种高度糖基化的跨膜蛋白,它存在于多数呼吸道、泌尿生殖道和消化道的上皮细胞表面。在多种癌症中,肿瘤相关MUC1的异常表达和糖基化使得其有别于正常细胞中的MUC1。MUC1被认为参与肿瘤细胞的形成和转移,它同时提高肿瘤细胞的免疫原性,因而成为一个潜在的免疫治疗靶点[1-2]。

长期以来,疫苗接种一直被视为一种潜在的抗肿瘤策略。它通常具有较好的耐受性、价格低廉且可诱导持久的抗肿瘤反应,已经广泛用于临床试验。靶向MUC1的疫苗可分为4类:多肽疫苗、多糖疫苗、病毒载体疫苗和树突状细胞疫苗。目前,研究焦点逐渐从简单的多肽和多糖疫苗转变为通过使用改良的病毒载体、体外合成靶向MUC1树突状细胞疫苗等方法,以更好地诱导出有效的、适合的抗肿瘤免疫反应[3-4]。

1 MUC1介绍

MUC1属于黏蛋白家族的成员之一。黏蛋白是糖基化蛋白质,主要由上皮细胞合成,为其提供保护和和润滑作用。高度O-糖基化串联重复序列区域(variable number of tandem repeats,VNTR)的存在是黏蛋白的特征性标志。黏蛋白分为2个亚科,分泌型和膜结合型。MUC1属于膜结合型黏蛋白,主要由庞大的细胞外区域(包含VTNR结构域)、跨膜区和细胞质区组成。MUC1细胞外区域的部分可在胞膜的基础上向外延伸200～500 nm,它由大量重复的20个氨基酸序列组成,这种序列在跨膜区非常罕见,因而产生了可观的抗原异质性。其在细胞外区域的MUC1-N端亚基可由上皮细胞脱落,在血浆中形成肿瘤标志物CA153。MUC1在正常细胞中有多种作用。它是上皮表面黏膜形成和维持的关键、可以直接防护病原微生物感染,并具有细胞间黏附及抗黏附的特性。MUC1也是细胞内多条信号转导通路的重要节点,如生长因子受体结合蛋白2、丝裂原活化蛋白激酶、表皮生长因子受体和β连锁蛋白[5]。

恶性肿瘤相关的MUC1与正常上皮细胞中常见类型有显著的差异,主要体现在表达水平、分布和糖基化模式方面。MUC1通常为低水平表达,但在肿瘤细胞发展过程中由于失去细胞极性,即在整个细胞表面和细胞质内均可表达MUC1。这种过度表达和异常定位与肿瘤转移和较差的生存期相关。此外,肿瘤细胞还在MUC1-O-糖基化的程度、部位和组成方面表现出异常。根据上皮细胞类型与生理状态的不同,糖基化水平为50%～80%。但是在癌症中,糖基化水平大大减少,连接的寡糖链更短,这提示MUC1的免疫特异性多肽序列通常被大量的糖基化掩盖。除了暴露的多肽序列外,异常的糖基化也会导致新的聚糖的产生,这些同样可以作为肿瘤相关抗原。如sialyl-Tn(S-Tn)、sialyl-Lewisx等[2,6]。

MUC1在肿瘤生物学中具有免疫刺激和免疫抑制的双重作用,其复杂且双向的免疫刺激和免疫抑制作用确立了MUC1在癌症中的重要地位。一方面,多种机制介导的免疫抑制以及黏蛋白遮蔽肿瘤相关表位的空间位阻作用促进了肿瘤进展和扩散；另一方面,肿瘤细胞MUC1异常表达或异常糖基化导致肿瘤特异性B和T细胞抗原表位的产生,为疫苗设计提供可能。此外,在生存期较长的肿瘤患者中可检测到新抗原活性细胞毒性T淋巴细胞克隆的存在,这进一步强调了抗黏蛋白适应性免疫的保护作用[2]。

2 基于MUC1的肿瘤疫苗临床研究

2.1 多肽疫苗 最初MUC1疫苗以MUC1-VNTR多肽序列作为靶点,自MUC1多肽疫苗的临床安全性被确定后[7],多项临床试验致力于评估其有效性。早期试验表明抗MUC1的适应性免疫可能是可诱导出来的,但临床反应性较为少见,这可能与非最佳免疫原性、受试者处于疾病晚期、过于简单的疫苗研究方案等有关[3,8]。

尽管面临上述挑战,非糖基化多肽疫苗L-BLP25最终进入大型Ⅲ期试验阶段[9]。L-BLP25(tecemotide,Stimuvax)是一种靶向MUC1的脂质体疫苗,它由25氨基酸MUC1-VNTR序列、BL25脂肽、TLR4受体激动剂单磷酰基脂质A和3种脂质佐剂组成。Ⅱb期临床试验在171例经治的ⅢB期和Ⅳ期NSCLC患者中评估L-BLP25的安全性及对生存期的影响,88例被分配到L-BLP25联合最佳支持性治疗(best supportive care,BSC),另外83例仅接受BSC。结果显示,疫苗相比BSC组的平均生存期延长4.4个月[10-11]。随后更新数据显示,疫苗组平均生存时间为17.2个月,而BSC组为13.0个月(HR=0.745,95%CI:0.533～1.042),2组的3年生存率分别为31%比17%(P=0.035)[12]。

基于这些结果,一项Ⅲ期随机临床试验在接受放化疗后未进展的不可切除Ⅲ期NSCLC患者中进一步检测L-BLP25对比安慰剂的疗效(START试验)[9]。1 513例患者按2∶1随机分配到L-BLP25组或安慰剂组。L-BLP25组患者提前3 d接受低剂量环磷酰胺治疗以减少抑制性T细胞的活性。L-BLP25组患者的中位总生存期(overall survival,OS)是25.8个月,安慰剂组为22.4个月(HR=0.89,95%CI:0.77～1.03,P=0.111)。该试验中2组OS比较差异无统计学意义,但对于其中538例同时接受L-BLP25和放化疗的患者,其中位总生存期相比安慰剂组显著延长(29.4个月比20.8个月,HR=0.81,95%CI:0.68～0.98,P=0.026)[13]。基于这一发现,一项Ⅲ期临床试验(START2试验)评估L-BLP25联合放化疗对OS的影响,但因一项在日本开展的设计相似临床试验结果显示患者不能从中获益,HR近似1,START2试验提前终止[14]。

2.2 多糖疫苗 肿瘤细胞上MUC1的异常糖基化也是重要的抗原表位。S-Tn碳水化合物是由MUC1表达重要多糖抗原之一,临床前研究提示针对S-Tn抗原的疫苗可抑制肿瘤生长、延长生存期,早期临床试验提示STn-KLHDetox-B疫苗耐受性较好,可能有一定临床疗效[3]。但一项纳入1 028例转移性乳腺癌的Ⅲ期临床试验中,患者并未能从该疫苗中获益,2组的OS和疾病进展时间(time to progress,TTP)比较差异无统计学意义[15]。

一些早期研究尝试使用多价疫苗以克服肿瘤的异质性,如一项Ⅰ期临床试验在30例晚期前列腺癌患者中使用一种KLH连接的六价疫苗(由MUC1-32mer、Globo H、GM2 Lewis、TN和TF组成),患者体内可检测到一定水平的抗体,但各抗原反应程度不一,且抗体水平低于单一抗原诱导水平,该疫苗并没有明显的临床疗效[16]。随后一项Ⅰ期试验在11例晚期卵巢上皮癌患者使用七价疫苗(添加STn),患者体内可检测到一定程度的免疫反应,该七价疫苗的疗效仍需进一步临床评估[17]。

2.3 病毒载体疫苗 TG4010(MVA-MUC1-IL-2)是一种以减毒的安卡拉痘苗病毒为载体的肿瘤疫苗,它是由编码人MUC1抗原和IL-2的重组修饰牛痘病毒悬浊液组成。MVA感染的细胞可表达MUC1全长蛋白从而提供肿瘤相关MUC1抗原表位,诱导细胞内的免疫反应。TG4010可同时编码IL-2,其在细胞和体液免疫反应中均有重要作用。

一项TG4010的Ⅰ期临床试验纳入13例肺癌、乳腺癌、肾癌等晚期实体瘤患者,这部分患者肿瘤组织的MUC1免疫组织化学染色均为阳性(H23抗体染色阳性率大于50%的肿瘤细胞)。安全性评估显示该疫苗具有较好的耐受性,不良事件主要包括注射部位局部反应及流感样症状。其中4例患者获得长达6～9个月的稳定期,1例肺癌患者在注射疫苗后起初表现为疾病进展,但在终止治疗后6个月表现为病灶明显缩小且维持14个月[18]。

多项Ⅱ期临床试验进一步评估了TG4010用于前列腺癌、肾癌及肺癌中的疗效。Dreicer等[19]纳入40例经手术或放疗后仅前列腺特异抗原(prostate specific antigen,PSA)出现升高而尚无复发证据的前列腺癌患者,皮下注射TG4010,预设终点指标为PSA相比基线水平下降50%,尽管该试验并未达到终点指标,但有30%的患者PSA倍增时间显著延长。γ-干扰素ELISpot法用于检测MUC1 CD8+特异性反应,53%的患者在基线水平(接种疫苗前)显示出MUC1特异性反应,7例患者在接种疫苗后表现出MUC1特异性反应,其中6例的PSA倍增时间高于平均水平。另一项Ⅱ期临床试验评估了TG4010用于MUC1阳性的转移性肾透明细胞癌患者一线治疗的疗效和耐受性,患者接受TG4010或是TG4010联合IFNa2a、IL-2,但没有1例患者表现出客观缓解,TG4010组仅5/27例,TG4010联合细胞因子组仅6/20例维持大于6个月的疾病稳定期。该试验中患者的总生存期为19个月,其中TG4010联合细胞因子组为22个月。在这项研究中进一步检测了血浆样本中抗MVA抗体,所有患者均显示出MVA抗体反应。有趣的是,对于基线抗MVA抗体低于平均水平的患者,可表现出轻微的生存优势。这可能反映这部分患者中和抗体的缺乏。MUC1和MVA特异性CD4+T细胞反应进一步通过增殖试验被评估。在外周血单个核细胞中没有检测到基线MUC1 CD4+T活性,而在5例接种疫苗后的患者中检测到MUC1特异性CD4+T细胞增殖,但仅为短暂的,且与临床结局没有相关性。MVA特异性CD4+T细胞反应存在于2例基线水平患者和16例疫苗接种患者,但均与临床结局没有相关性。MHC1结合多肽ELIspot用于检测CD8+T细胞反应。MUC1特异性CD8+T细胞反应在3例患者的基线水平和4例疫苗接种患者中被检测到。同样的,CD8+T细胞反应均为短暂的,但是这些体内存在CD8+T细胞反应患者的OS相比总体中位OS显著延长[20]。尽管以上有关前列腺癌和肾癌的两项研究并没有达到预设的终点指标,但在部分患者中可以检测MUC1或MVA特异性T细胞反应,且免疫反应的存在提示这部分患者可能从中获益。

TG4010在肺癌患者中表现一定的疗效。一项Ⅱ期临床试验纳入65例MUC1阳性的晚期NSCLC患者,TG4010联合顺铂及长春瑞滨作为一线治疗方案,其中44例同时接受疫苗和化疗(组1),21例接受先疫苗后化疗贯序疗法(组2)。组1中13例患者达到部分缓解,中位OS 12.7个月,1年生存率53%；组2中仅2例接种疫苗后获得6个月以上稳定期,其中后续化疗后1例完全缓解,另1例部分缓解,中位无进展生存期(progression free survival,PFS)14.9个月,中位OS 14.9个月,1年生存率60%[21]。值得注意的是,CD8+T细胞反应在10例患者基线水平和10例接种后患者中被检测到,尽管这些反应均为微弱、瞬时的,但CD8+T细胞反应的存在提示更好的临床结局。随后一项Ⅱb期临床试验纳入148例MUC1阳性(阳性率大于25%的肿瘤细胞)的ⅢB期和Ⅳ期NSCLC患者,按1∶1随机分配接受TG4010+顺铂/吉西他滨或单用顺铂/吉西他滨。TG4010组相比对照组的6个月PFS为43.2%比35.1%(P=0.307),客观缓解率为41.9%比28.4%(P=0.082)。此外,该试验提示外周血单个核细胞中活化的自然杀伤细胞(natural killer cell,NK,CD16+CD56+CD69+细胞)可能是预测TG4010疗效的生物标志物。在基线水平,26.8%的患者相比健康对照组有更高比例的活化NK细胞。对于NK细胞比例正常的患者,疫苗组比单独化疗组临床结局更佳,客观缓解率为54.2%比28.3%,中位TTP为6.3个月比4.7个月。而对于NK细胞比例较高的患者,疫苗组相比单独化疗组临床结局则较差,OS为5.3个月比10.5个月(P=0.041)[22]。

以上试验结果进一步推动了一项Ⅱb/Ⅲ期临床试验(TIME)的展开。TIME试验Ⅱb期招募222例MUC1阳性的初治Ⅳ期NSCLC患者,按1:1分配到TG4010+化疗和安慰剂+化疗组。该试验同时评估了CD45阳性淋巴细胞中CD16+CD56+CD69+三阳性细胞(Tr PAL)比例的预测价值。结果显示,TG4010相比安慰剂组显著改善PFS(5.9个月比5.1个月,HR=0.74,P=0.019)。TG4010在TrPAL基线值较低、非鳞癌患者中优势更为明显,PFS为6.0个月比4.9个月(HR=0.59,P=0.003 3),OS为15.1个月比10.3个月(HR=0.59,P=0.007 2)。此外,肿瘤浸润淋巴细胞中PD-L1表达可能与疫苗获益相关,研究者在72%的患者中评估了肿瘤细胞中PD-L1的表达,在62%患者中评估了肿瘤浸润免疫细胞中PD-L1表达。对于肿瘤浸润淋巴细胞中PD-L1低表达的患者,可从TG4010获益[23-24]。

2.4 树突状细胞疫苗 树突状细胞(dendritic cells,DCs)作为强力的抗原提呈细胞(ancigen presenting cells,APCs),可连接固有和适应性免疫。早期临床前和临床研究使用DCs负载肿瘤抗原以提高T细胞免疫反应。DCs以3种方式负载抗原:多肽脉冲、肿瘤细胞融合及RNA转染。多项Ⅰ/Ⅱ期试验提示DC疫苗可成功传递抗原,诱导特异性细胞毒性T淋巴细胞,显示出一定临床疗效[4]。

Cvac TM是一种使用MUC1甘露聚糖多肽抗原的自体DCs疫苗,其在Ⅰ/Ⅱ期临床试验中表现出较好耐受性,可诱导有效T细胞反应,有望改善卵巢癌患者的PFS[25]。一项Ⅰ/Ⅱ期临床试验在20例转移性肾细胞癌患者中评估DC-MUC1-PADRE疫苗的作用,其中PADRE可作为T辅助细胞表位以提高细胞毒性作用,3例患者达到客观缓解,11例患者中可检测到MUC1特异性细胞毒性T淋巴细胞反应[26]。基于MUC1 RNA转染的疫苗在一项30例转移性肾细胞癌患者的Ⅰ/Ⅱ期试验显示出一定疗效,患者接种裸mRNA(编码MUC1、CEA、HER2、端粒酶、survin和MAGE-1),1例患者达到部分缓解,15例达疾病稳定期[27]。

尽管上述早期试验提示DCs疫苗有望提高MUC1特异性的T细胞反应,使患者获得临床受益。但在一项卵巢癌的Ⅲ期临床试验中,接种DCs疫苗的患者并未获益,与多肽疫苗类似,早期临床试验预见的临床受益在进一步大型临床试验中并未得以验证,这提示我们需要进一步探寻有效促进DCs体内激活的方法[3]。

此外,近年来逐渐兴起一些新技术用于基于MUC1的免疫治疗,包括DCs/肿瘤融合技术、过继T细胞免疫治疗、嵌合抗原受体T细胞疗法(chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy,CART)等。其中一个方法是将人源性骨髓瘤细胞与DCs融合,同时联合GM-CSF,Ⅰ期试验显示在24例晚期多发性骨髓瘤患者中,使用该疫苗后可在11例患者中检测到MUC1特异性T细胞反应,并表现为疾病稳定期[28]。过继T细胞免疫治疗涉及体外筛选、扩增及MUC1特异性T细胞的回输。一项临床试验在4例卵巢癌患者中尝试过继T细胞疗法,将体外诱导扩增分泌IL-10和γ-干扰素的MUC1特异性CD4+T细胞回输到患者体内后,T细胞表现出记忆细胞表型,存活能力增强,患者的OS明显延长[29]。CART技术在临床前研究中可提高靶向细胞毒性,促进T细胞增殖。MUC1 Tn特异性CART细胞在动物移植瘤模型中显示出潜在的特异性细胞毒性及对T细胞白血病、胰腺癌的抑制作用。但目前尚未有MUC1特异性CART用于临床试验[2]。

3 结语

近年来,免疫治疗是逐渐兴起的肿瘤治疗策略。肿瘤相关MUC1的异常表达和糖基化为肿瘤疫苗的设计提供了新的、潜在的抗原表位,MUC1为靶点的免疫治疗策略有望使肿瘤患者获益。多种以MUC1为靶点的肿瘤疫苗已进入临床试验阶段,其中最令人注目的是病毒载体疫苗TG4010,它可使联合化疗的晚期非小细胞肺癌患者显著获益。同时,NK细胞、PD-L1及特异性CD8+T细胞反应等免疫学指标可作为预测生物标志物筛选出可从肿瘤疫苗中获益的特定人群,更多的临床试验需进一步评估预测生物标志物的有效性。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突