前言
在过去的几十年中,肿瘤免疫治疗已发展成为一种具有更好的肿瘤靶向性、安全性和低毒性的治疗方法。其中基于个性化新抗原的树突状细胞(DC)疫苗的临床应用取得了巨大进展。新抗原疫苗是一种非常有吸引力的癌症疫苗,除了单独用作疫苗外,DNA、RNA、肽和肿瘤裂解物也可以装载到DC细胞上。
DC疫苗具有许多优势,首先DC细胞是抗原呈递细胞(APC),负责摄取、处理抗原并将其呈递给T细胞以激活免疫应答,新抗原只有在被APC吸收并呈递给T细胞后才能发挥抗肿瘤作用。其次,它把DC细胞当做载体,不受其它因素的限制,如DNA的整合效率、核酸酶的影响以及佐剂等。
自2010年第一种DC疫苗sipuleucel-T被批准临床使用以来,已经进行了数百项研究和临床试验。这些临床研究已经证明DC疫苗是稳定、可靠而且是非常安全的。基于新抗原的DC疫苗是一种安全、有效、可行的治疗策略,将为癌症患者带来新的希望。
个性化新抗原
肿瘤抗原有三种主要来源:肿瘤相关抗原(TAAs)、致癌病毒衍生抗原和肿瘤特异性抗原(TSA、新抗原)。肿瘤细胞中发生的突变可以产生新的自身抗原表位,称为新表位或新抗原。基于新抗原而非传统TAAs的疫苗有几个优点。首先,新抗原仅由肿瘤细胞表达,因此可以引发真正的肿瘤特异性T细胞反应,从而防止对非肿瘤组织的“脱靶”损伤。第二,新抗原是源于体细胞突变的新表位,它有可能绕过T细胞对自身表位的中心耐受,从而诱导对肿瘤的免疫反应。此外,这些疫苗增强的新抗原特异性T细胞反应持续存在并提供治疗后免疫记忆的潜力,这为长期预防疾病复发提供了可能性。
新抗原是是肿瘤免疫治疗的非常有吸引力的靶点,由于下一代测序技术的发展和机器学习算法的应用,通过描述肿瘤组织内的遗传改变、异常转录后mRNA处理和异常mRNA翻译事件来计算预测新抗原已成为可能。因此,以新抗原为基础的疗法,如癌症疫苗,已在临床试验中得到广泛测试,并已证明具有良好的安全性和有效性,为肿瘤免疫治疗开辟了一个新纪元。
新抗原的鉴定
为了识别肿瘤特异性的体细胞突变,从患者身上采集肿瘤活检样本和非肿瘤组织样本(通常是外周血单个核细胞),以进行肿瘤和种系DNA的全外显子序列测定。另外,RNA测序提供了关于突变基因表达和进一步确认突变的有效信息。根据肿瘤类型,通常可以识别出大量肿瘤特异性突变;然而,并非所有突变都会导致新表位被免疫系统识别的,这是由于HLA的限制。已知HLA-A、HLA-B、HLA-C等位基因共有16000多个,因此,在预测潜在的免疫原表位的时候,需要考虑HLA分型。
用计算方法预测MHC-I结合表位,与HLA有较强亲和力(IC50<150nmol/l)的肽被认为更有可能诱导CD8+T细胞应答。目前,各种预测MHC-I递呈表位的各种计算方法已被开发,包括利用质谱进一步改进预测算法。然而,迄今为止,表位预测方法主要集中在MHC-I结合表位上,MHC-II更具弹性的结合表位使其表位预测更加复杂。
除了计算方法之外,诱导新抗原特异性免疫反应的另一种方法是使用肿瘤裂解物。自体APCs,通常是DCs,可以从患者体内分离出来,暴露于肿瘤溶解物中,然后再注射回患者体内,目的是刺激对TAAs或新抗原的免疫反应。这种方法避开了鉴定患者特异性新抗原所需的测序和计算分析。然而,TAAs不太可能具有免疫原性,此外,由于非免疫原性自身抗原的丰度较高,可能降低相关新表位刺激免疫反应的能力。
DC疫苗
在人类中,骨髓中的DC前体细胞分为两个主要的DC亚群,浆细胞样DC(pDC)和常规DC(cDCs),根据其表型包括两大类——cDC1和cDC2。对于pDC,表面标记物主要包括CD123、CD303、CD304和CD45RA,它们特异性分泌I型干扰素(IFN-I),同时将抗原呈递给T细胞并激活T细胞。对于cDC1,表面标记物主要包括Cleca9A、XCR1和CD141,cDC1具有交叉呈递和诱导细胞毒性T细胞免疫反应的能力,并且还可以显著刺激同种或自体CD4+T细胞的免疫反应。对于cDC2,表面标记物主要包括CD1c、CD1a和CD103,它们可以呈递可溶性抗原,但很少呈递来自坏死细胞的抗原。
制备DC疫苗的原理很简单。患者的树突状细胞前体细胞在体外分离培养,装载肿瘤抗原,然后转移回患者体内。然后,DC刺激特异性抗肿瘤T细胞发挥抗肿瘤作用。经过近10年DC疫苗领域的努力,2000年,基于DC的免疫治疗首次用于原发性颅内肿瘤患者。2010年,美国FDA批准Sipuleucel-T作为第一种治疗前列腺癌的DC疫苗。Sipuleucel-T由外周血单个核细胞(PBMC)组成,其中包括APC,由PA2024体外激活,PA2024是一种重组蛋白,主要包括前列腺特异性抗原和前列腺酸性磷酸酶。
Sipuleucel-T的临床试验结果显示,Sipuleucel-T组的36个月生存率为31．7%,安慰剂组为23%。Sipuleucel-T组的中位生存期为25．8个月,与安慰剂组的21．7个月相比增加了4．1个月。这表明该药物可以显著延长患者的生存期,DC疫苗可以给患者带来生存益处。另一项关于胶质母细胞瘤的临床试验也显示了DC疫苗的优越疗效。ICT-107是一种自体DC疫苗,含有6种不同的针对胶质母细胞瘤的肽。在先前的I期研究中,21名接受ICT-107治疗的胶质母细胞瘤患者表现出良好的耐受性,而在16名新诊断患者中,6名患者没有出现肿瘤复发,这表明该DC疫苗具有良好的耐受性和抗肿瘤活性。
DC疫苗的基础是选择免疫原性抗原,以便在DC成熟的同时有效激活免疫系统。由于每个患者肿瘤中的抗原都具有高度特异性,因此装载个性化新抗原的DC细胞是一种有吸引力的策略。
个性化新抗原DC疫苗的临床进展
仅依靠新抗原的肿瘤疫苗不能完全消除恶性肿瘤。原因不是新抗原本身,而是因为大多数试验使用新抗原来解决肿瘤细胞抗原性弱的问题,但没有解决癌症患者免疫细胞功能缺陷的问题。恶性肿瘤患者通常免疫功能低下,体内很难启动抗肿瘤免疫反应。其中一个主要原因是患者体内抗原提呈细胞的功能被抑制,抗原激活的T细胞不能被有效提呈。因此,为了获得良好的临床疗效,免疫治疗不仅要解决与抗原有关的问题,还要解决肿瘤患者的免疫抑制问题。换句话说,当许多肿瘤特异性抗原被注射到体内时,有必要确保它们被机体的抗原呈递细胞有效地吸收和呈递,并且有足够数量的效应T细胞被激活。
2015年,第一个个性化的新抗原DC疫苗开始在一期临床试验中测试。他们招募了3名III期的黑色素瘤患者,并用ipilimumab治疗。然后,通过全外显子组测序和计算机模拟表位预测识别出体细胞突变,以筛选合适的新抗原。此外,从每位患者中选择7种新抗原,装载到从PBMC分离的DC,体外培养,然后静脉注射到患者体内,共进行三次治疗。治疗后,观察到T细胞引发的免疫反应增强,而三名患者均存活,未观察到自身免疫不良反应,这表明使用个性化新抗原的DC疫苗是安全可靠的。
在2020年进行的另一项试验中,首次证明了个性化新抗原DC疫苗在晚期非小细胞肺癌患者中的活性。在这项研究中,共招募了12名晚期肺癌患者,并从每位患者的肿瘤组织中分离和鉴定了13-30种基于肽的个性化新抗原。同时,从每位患者中提取PBMC,分离DC,然后用相应的新抗原装载DC细胞,形成个性化的新抗原DC疫苗治疗患者。研究显示整体25%的客观应答率和75%的疾病控制率。此外,仅观察到轻微和短暂的副作用。
目前,多项针对个性化新抗原负载的DC疫苗正在进行临床试验,这些试验大多处于第一阶段。
个性化新抗原DC疫苗的联合治疗
将个性化新抗原DC疫苗与其他策略(如化疗和免疫检查点抑制剂)相结合是提高肿瘤治疗疫苗疗效的另一个有效方法。化疗被认为是一种免疫治疗伙伴,通过增强抗原产生和呈递以及诱导T细胞免疫反应来提高免疫治疗效果,在一项临床试验中,使用了pp65负载的DC疫苗与剂量强化的替莫唑胺相结合,结果显示,中位PFS为25．3个月,OS为41．1个月,两者都远高于新诊断胶质瘤患者的统计中位生存期(小于15个月)。
新抗原疫苗与免疫检查点抑制剂结合,如抗PD-1、抗PD-L1和抗CTLA-4抗体,被认为能产生强大的T细胞免疫反应以杀死肿瘤。在一项I期试验中,16名黑色素瘤患者使用了MART-1肽负载的DCs和抗CTLA-4抗体tremelimumab的组合,他们获得了比单独治疗更高的持久客观肿瘤应答率。
个性化新抗原DC疫苗的挑战
尽管目前的临床应用显示出有效性,但个性化的肿瘤新抗原DC疫苗在几个方面仍然受到限制。
(i) 新抗原的选择:肿瘤新抗原的测序和筛选需要对每个患者的肿瘤进行个体检测和分析,这是一个复杂而耗时的过程。此外,新抗原的制造需要更好的制造条件,以确保新抗原的一致性。因此,迫切需要开发和广泛应用先进技术。相信在不久的将来,该工艺的时间和生产成本将大大降低。
(ii)DC细胞的来源和成熟条件:应用于个性化新抗原DC细胞疫苗的DC细胞也是个体化的,有必要从每个患者身上提取DC细胞进行单独培养。此外,DC细胞的成熟需要抗原、细胞因子(如GM-CSF)和其他因子(如LPS)的刺激。这一过程仍然存在一些问题,如体外培养过程所需的密集劳动和诱导DC成熟所需的技能。因此,在未来的研究中,需要努力优化体外培养,同时诱导成熟和高质量的DC。
(iii)DC迁移的效率:注射回患者体内的DC应该迁移到淋巴器官以刺激T细胞实现有效的免疫反应,一些促炎细胞因子,如前列腺素E2(PGE2),可以在一定程度上促进DC的迁移。然而,DC的选择性迁移及其在非淋巴样和淋巴样器官中的驻留是受严格调控的事件,在今后的研究中需要阐明分子调控机制,为提高DC疫苗在临床试验中的刺激条件打下基础。
小结
个性化的肿瘤新抗原对个体具有高度特异性,针对新抗原的肿瘤疫苗可以有效诱导T细胞产生针对肿瘤的强大免疫反应。个体化肿瘤新抗原有效性的关键在于它们可以被APC有效吸收和处理,并被输送到T细胞以诱导抗肿瘤免疫反应。然而,恶性肿瘤患者的抗原呈递细胞功能通常受到抑制。因此,用负载新抗原的DC疫苗治疗患者可以特异性地靶向肿瘤,并确保DC能够最大限度地发挥其功效。目前基因新抗原的DC疫苗正在进行越来越多的研究和临床试验,有望为实体瘤患者带来新的希望。
参考文献:
1．Personalized Neoantigen-Pulsed DC Vaccines:Advances in Clinical Applications． Front Oncol． 2021; 11: 701777．