免疫疗法可望治愈肿瘤——解读2018年诺贝尔生理学或医学奖

李丹，王晓霞，李斌

上海交通大学医学院 上海市免疫学研究所，上海 200025

2018年诺贝尔生理学或医学奖授予了美国免疫学家詹姆斯•艾利森(James P. Allison)和日本免疫学家本庶佑(Tasuku Honjo)，以表彰他们有关“抑制负向免疫调节用于肿瘤治疗”的原创发现(图1)。

恶性肿瘤，通常由于其不可控的细胞增殖以及随后的组织间转移，已成为严重影响人类健康的杀手。据WHO统计，2018年全球有超过1 800万患者诊断出肿瘤(据《全球肿瘤观察》(Global Cancer Observatory)，http://gco.iarc.fr/)。肿瘤患者统计数据在过去50年中持续上涨。在这期间，全球的肿瘤治愈病人，如果以5年生存率作为标准，也在不断增加，从1/3到超过2/3。以上所述的是平均水平，但由于肿瘤的不同类型、发现的早晚，以及病人所在国家和地区的差异，治愈数据会有很大差别。常规肿瘤治疗包括外科切除、化疗、放疗等。这些疗法聚焦的靶点往往是肿瘤细胞，但最怕的是肿瘤不受控增殖及复发转移。肿瘤复发转移通常意味着患者难以被治愈，即便医生尽其所能尝试各种医疗手段。

图1 2018年诺贝尔生理学或医学奖获得者詹姆斯•艾利森(左)和本庶佑(右)(图片来源：https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2018/press-release/)

作为新型抗肿瘤策略，近年来免疫疗法取得重大突破，相关药物已用于肿瘤患者治疗，并在黑色素瘤及部分肺癌患者身上取得明显疗效。新型免疫疗法包括抗体疗法及免疫细胞疗法等新策略、新方法。这些疗法聚焦的靶点是免疫细胞，通过消除由于人体负向免疫调控造成的对抗肿瘤免疫的抑制效应，某些以前无法治愈的肿瘤现在有望被治愈了。诺贝尔生理学或医学奖评委会成员，瑞典卡罗琳斯卡研究所Klas Kärre教授在2018年10月1日宣布该奖项时称，“艾利森教授和本庶佑教授的发现为癌症治疗领域提供了新支柱和新理论”。此外，艾利森和本庶佑两位教授在抗肿瘤治疗以外的免疫学基础研究方面也都作出了重大原创性贡献。

基于人体免疫系统治疗肿瘤的疗法至少可以回溯到19世纪末，美国纽约的外科医生威廉•科利(William B. Coley)开创的毒素疗法[1]。威廉医生在临床实践中，观察到有些感染了链球菌的肿瘤患者的肉瘤，在感染发生后肿瘤会缩小，这使他推测这类感染也许唤醒了人体的免疫防御机制，从而有助于肿瘤消退。威廉医生利用细菌来源毒素治疗了数百例肿瘤患者，只不过这种Coley毒素(以他名字命名)对某些病人有效，对另外一些病人则无效，其机理一直不清。后来随着他的去世及临床上化疗方法的普及，这种Coley毒素疗法也逐渐淡出临床实践。直到20世纪末两个关键性免疫负调控受体蛋白CTLA-4和PD-1的克隆及功能发现，威廉医生开创的毒素疗法，即免疫疗法才得以峰回路转。

T细胞表面受体CTLA-4，全称为Cytotoxic T-lymphocyte-associated gene 4，最初由Pierre Golstein 和Jean-Francois Brunet从T细胞表达库中克隆发现[2]。Jeff Bluestone 和Craig Thompson 在1994发现CLTA-4功能上具有负调节T细胞激活的作用[3]，从理论上为单克隆抗体阻断CTLA-4功能从而逆转其对T细胞激活的抑制作用打下了理论基础。最初针对CTLA-4作为负调节活性的转化研究聚焦于自身免疫病的治疗[4]。詹姆斯•艾利森的原始创新点在于，首次尝试通过阻断CTLA-4介导的免疫负向调节活性，从而激活抗肿瘤免疫反应来治疗肿瘤。最初的相关实验是艾利森在加州大学伯克利分校实验室于1994年末进行的，并在圣诞节期间完成了重复性验证实验。艾利森实验室的Dana Leach和Matthew Krummel通过动物实验表明，移植了肿瘤的小鼠如果用anti-CLTA-4抗体治疗，结果非常激动人心，可以完全抑制肿瘤生长，相关工作1996年在《科学》杂志得以发表，开创了肿瘤免疫治疗的新纪元[5]。这些原创性工作代表了新一代免疫治疗概念的崛起。

通过释放机体抗肿瘤免疫发挥治疗效果的单克隆抗体，如今通常被称为免疫检查点抑制剂 (ICIs)。艾利森实验室随后的一系列实验验证了anti-CTLA-4抗体在前列腺癌、乳腺癌及恶性黑色素癌等不同类型小鼠肿瘤模型中的治疗效果[6-8]，其中有些实验还尝试了anti-CTLA-4抗体疗法与细胞因子粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)联合用药。这些小鼠的动物实验为临床转化打下了科学基础。但伴随着这些发现的临床转化研究成了艾利森多年奋斗的目标。那时，很少有药物公司对肿瘤抗原未知的情况下仅仅基于解除免疫检查点的广谱性疗法有兴趣。此外，抗体疗法给实验小鼠造成的严重自身免疫病副反应也让大家对临床治疗望而却步。通过坚持不懈的努力，艾利森最终说服了当时一位来自小型生物技术公司Medarex的Alan Korman与他合作，于1999年制备出临床实验所需的人源anti-CTLA-4单克隆抗体 MDX-010，后来被重命名为Ipilimumab[9]。 Medarex后来被跨国制药企业Bristol-Myers Squibb收购，相关临床实验继续推进。突破性进展来自一项针对恶性转移型黑色素癌的III期临床实验结果[10]，并最终获得FDA和EMA于2011年批准人源CTLA-4单抗药物(商品名Yervoy，又名Ipilimumab)的上市销售。

詹姆斯•艾利森实验室起始的anti-CTLA-4这类抗体疗法，由于释放了人体免疫系统的负反馈刹车，会产生严重的自身免疫性炎症等副作用。一波三折之际，日本京都大学本庶佑实验室克隆了另外一个负调控蛋白PD-1(又称CD279)编码基因并鉴定其功能[11]。本庶佑最初克隆并研究PD-1的免疫功能，是通过减法杂交从小鼠濒临凋亡细胞中过表达的mRNA库中筛选得到的，推测其功能可能涉及到细胞程序性死亡调控通路，所以命名为PD(Programmed Cell Death)，也完全没有想到针对这个蛋白的功能阻断性抗体，会在抗肿瘤免疫治疗中大展异彩。通过近10年的持续努力，包括在不同遗传背景下的敲除PD-1基因的小鼠表型鉴定，特别是后期实验发现这些小鼠具有与CTLA-4基因敲除类似表型，让包括本庶佑在内的科学家们认识到，PD-1类似于CTLA-4，也是通过负向调控免疫反应从而发挥其生理功能[12-13](图2)。

事实上，肿瘤细胞通过表达PD-1配体蛋白PD-L1，与T细胞表面受体PD-1结合后，会抑制T细胞的免疫活性，而针对阻断PD-1或其配体PD-L1的抗体可以解除这一抑制。这比针对CTLA-4的阻断剂具有更特异的抗肿瘤效果，甚至可以帮助治疗肿瘤已经扩散的患者，而这类转移性肿瘤患者在这之前几乎是无药可以治愈的。最初克隆人源PD-1的配体PD-L1基因的是华人科学家陈列平[14]。他当时给其命名为B7家族成员配体B7-H1，当时已发现其并非CD28或CTLA-4的配体，遗憾的是尚不知其为PD-1的配体。

本庶佑实验室与哈佛大学的G o r d o n Freeman、 Clive Wood合作致力于PD-1配体的发现，在2000年发表了PD-1配体的克隆与鉴定，并讨论了某些表达PD-L1的肿瘤可能利用其功能特性来抑制机体的抗肿瘤免疫反应[15]。

多种PD-1抗体疗法从2014年起相继问世，尽管其副作用也是有的，特别是有可能诱发炎性心肌炎等，但比CTLA-4抗体的副作用要相对温和一些。 目前，已有几种抗PD-1及其配体蛋白PD-L1的单克隆抗体，被批准用于治疗黑色素瘤、非小细胞肺癌、肾癌、膀胱癌、头颈癌和霍奇金淋巴瘤等适用证。更多的抗体组合疗法临床实验正在紧锣密鼓进行中，新的临床研究发现PD-1与CTLA4抗体联用，以及PD-L1抗体结合化疗联用在高表达PD-L1的三阴性乳腺癌患者治疗中产生更好的治疗效果[16]。有理由相信，随着资源投入的增加，未来会有更多有效的肿瘤免疫疗法问世，给广大患者及其家庭带来福音。先前在美国获批的PD-1抗体，2018年也已获批进入中国市场。目前，也有多家中国民营生物技术公司及药厂研发的中国国产PD-1抗体已完成三期临床并申请上市批文，相信获批后进入国内医药市场，将会使我国更多肿瘤患者受益。

图2 CTLA-4和PD-1抗体用于肿瘤免疫治疗的机制示意图(图片来源： https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2018/press-release/)

综上所述，从19世纪末威廉医生开创毒素疗法，到差不多一个世纪后艾利森和本庶佑在推动免疫疗法方面的突破性工作，其间每一步都伴有数不清的困惑和新产生的需要克服的难题。正是这些直面挑战的努力凸显了基础原创发现的意义；哪怕最初并不被完全理解，通过一代代科学家们持续不懈的努力，逐渐给身患绝症的广大肿瘤患者带来革命性的治愈力量，这就是科学的魅力。也因此，2018年诺贝尔奖授予给肿瘤治疗带来突破的免疫疗法原创发现，其意义重大，影响必将深远。

(2018年12月3日收稿)■