陈列平教授从增强免疫疗法到免疫正常化癌症

本次为陈列平教授关于癌症免疫疗法的分析的第3篇文章，点击以下2个链接，查看此前的文章：

陈列平教授：从增强免疫到免疫正常化

接下来就让我们一起来看看癌症免疫疗法的最新理念——癌症的免疫正常化治疗。

（尊重陈列平教授的意见，在本文中均以B7-H1代替PD-L1）

正常化癌症免疫疗法的时代到来了

在过去的十年中，通过临床研究和观察，我们发现可一个重要的现象——全身的免疫激活并不一定会使得癌症消退，尤其是在实体肿瘤患者的治疗中。

事实上，有充分的证据表明，在外周血液中存在完全激活的肿瘤特异性T细胞与肿瘤的消退或癌症患者治疗后更好的预后并不呈现出更好的相关性。随着肿瘤产生的免疫逃逸机制的发现和阐释，这种矛盾最近得到了更好的理解：

肿瘤的免疫逃逸导致了人体中局部而非全身性的免疫抑制

人类癌症可以发展出各种机制来逃避特定的和非特异性的免疫攻击。这些机制可以防止免疫攻击，使肿瘤微环境中的T细胞无法有效的杀灭癌细胞。不幸的是，迄今为止发现的肿瘤免疫逃逸的机制，与那些自我耐受的机制通常是相似的（即癌细胞往往利用自身正常细胞避免免疫细胞攻击自身的机制），这使得开发一种能产生抗肿瘤应答而避免irAE的治疗方法变得困难。

然而，最近使用mAbs来阻断B7-H1和PD-1相互作用（统称为抗PD疗法）在临床上取得的进展却让我们大受鼓舞。

事实上，抗PD疗法是FDA批准的第一种在癌症患者中展示出客观肿瘤缓解比起副作用irAE小的免疫疗法，这表明在不增加毒性的情况下，提高疗效是可以实现的。我们通过在临床试验中使用FDA批准的IL-2、抗CTLA-4与抗PD-1mAb作为治疗转移性黑色素瘤患者的单一药物，比较它们的客观缓解率和irAE（表1），结果抗PD疗法明显效果更甚并且副反应发生率更低。

此外，最近用nivolumab（抗PD-1）和ipilimumab对晚期和局部黑色素瘤患者进行了一项肩并肩比较的随机临床试验，证实了nivolumab的抗肿瘤活性是ipilimumab的3倍，而毒性比后者低3倍。此外，临床结果一再证明，这种策略可以在更大范围的、扩散的晚期人类恶性肿瘤中使患者得到持久的缓解，增加了免疫疗法的适用范围，超越了传统的先前分类的免疫原性肿瘤，如黑色素瘤等。

目前，抗PD疗法已被FDA批准用于治疗转移性黑色素瘤、肺癌、头颈部癌症、肾细胞癌、尿路上皮癌、肝癌、胃癌、霍奇金氏淋巴瘤、梅克尔细胞癌、大B细胞淋巴瘤、宫颈癌、任何MSI+肿瘤(图1)。

此外，抗PD治疗在超过25种不同类型的实体肿瘤和几种血液恶性肿瘤中都可以起到很好的治疗效果，这很可能让FDA在未来将抗PD治疗批准作为更多癌症的治疗方式。促成这一空前成功的最重要的因素之一就是其治疗效果比毒副作用要强大得多——在多个肿瘤分类中有40%的客观肿瘤缓解率和仅有7%-12%的3-5级irAE。

这种超越以往治疗的肿瘤缓解-毒性表现和跨多种肿瘤类型的抗肿瘤活性（超越那些经典的“免疫原性肿瘤”）反映了一种不同的作用机制，此处称之为免疫正常化。

抗PD治疗是目前我们最了解也是临床效果最好的一位，但是我们相信还有其他潜在的免疫正常化者，并从抗PD治疗的原理中学习，我们或许可以重现抗PD治疗的成功。

正常化癌症免疫疗法的原理

免疫正常化的概念强调了在肿瘤进展过程中识别免疫反应的特定缺陷或功能障碍的重要性，并制定专门纠正这些缺陷以恢复天然抗肿瘤免疫能力的策略（即发现癌细胞如何逃避免疫系统的追杀，然后堵上这条路）。尽管正常化策略的最终结果可能会导致免疫反应的升高，但这些反应一般不会超过自身的免疫调节的上限，从理论上讲，不会对正常的器官/组织造成永久性的损害。

在正常化免疫疗法中，免疫反应“受控的”升高可能是由于免疫反应受正常的反馈调节。虽然在一些情况下，在使用抗PD治疗的患者中出现了严重的irAE，但在一种标准化免疫疗法的情况下，这些患者可能倾向于或处于炎症或自身免疫疾病的“亚临床”状态，在这种情况下，抗PD治疗将成为“棺材上的最后一颗钉子”。

为了说明这个概念，我们可以把免疫反应的过程看作是一个有水流的大管道。

正常的免疫反应，就像正常流通的水管中的水流。因此，如果管道被阻塞，流量受到影响，管道将不会充分地排水。在这种情况下，“增强”的方法可以阐释为我们增加管道的压力以克服排水不足的问题，但是这往往也可能会带来压力过高从而使得管道破裂的风险。

相反，正常化方法可以通过识别和解除阻塞以恢复正常的水流的策略来说明，这种策略不会冒损坏管道的风险，并且同样可以治疗癌症（图2）。

图2.图示说明免疫正常化与免疫增强的方法。

采用适当的管道流量和排水作为抗肿瘤免疫反应的比较。当阻塞削弱水流时，管道的流量可能不足，正如当免疫功能受损时，抗肿瘤免疫反应可能不足一样。免疫增强方法图示为增加流动或压力，以恢复正常的功能/流量，同时伴随损坏管道的风险(不良影响)。相比之下，免疫正常化的方法将是识别并尝试解除这种特定的阻塞并恢复流量。

到目前为止，抗PD治疗是癌症免疫正常化方法的最明确的例子。免疫抑制性B7-H1蛋白在TME中过度表达，导致对肿瘤特异性效应T细胞的过度调节，从而产生局部免疫反应缺陷，阻止了免疫细胞对肿瘤细胞的破坏。阻断B7-H1/PD-1通路则选择性的修复了这个缺陷，并恢复了对肿瘤的免疫能力，同时也不会导致总体的免疫激活。

以B7-H1/PD-1通路为例，我们可以阐明为什么免疫正常化可以在提高抗肿瘤治疗疗效的同时降低免疫不良事件的发生率，以下是我们经过研究发现的最主要的3个原则。

靶向肿瘤引起的免疫逃逸机制

大量证据表明，B7-H1/PD-1是导致抑制免疫反应的主要反受体。尽管B7-H1或PD-1也可以与其他蛋白质（B7-H1/B7-1，PD-1/PD-L2）相互作用，但是这些相互作用在生物学的作用上尚不清楚。

正如大多数研究显示的那样，虽然T细胞是免疫抑制的主要目标，PD通路也可能削弱树突状细胞、巨噬细胞和NK细胞的功能。PD-1介导的抑制机制显得尤为复杂，包括细胞凋亡、诱导抑制细胞因子、无反应性、耗竭和Treg诱导。同样明显的是，B7-H1也可以作为一种受体，将抗凋亡信号传递给不同类型的细胞，这可能导致肿瘤细胞抵抗T细胞介导的裂解。

这些潜在的机制是如何导致人类癌症恶化的，以及新的机制的见解，都需要我们进行深入的研究。

B7-H1/PD-1通路代表了典型的肿瘤适应性免疫逃逸机制。一经识别肿瘤抗原，肿瘤特异性效应T细胞上调PD-1和分泌IFN-γ，在TME中诱导肿瘤和髓系细胞表达B7-H1。B7-H1通过与PD-1的接合抑制T细胞，阻断抗肿瘤T细胞的攻击。这种抗肿瘤T细胞反应的中断表现为一种局部免疫缺陷，它允许肿瘤逃逸，并被称为“适应性免疫抵抗”。通过终止B7-H1/PD-1通路信号，可以恢复对抗肿瘤免疫反应的阻断，这是在临床前肿瘤模型中首先被发现的机制。

此外，慢性病毒感染模型（例如HBV或LCMV）证明了B7-H1的慢性表达与T细胞功能障碍有关，当阻断B7-H1/PD-1通路时可以恢复T细胞功能。这些发现也在人类慢性病毒感染中得到了证实。尽管大量证据表明慢性病毒感染也利用B7-H1/PD-1通路来抑制抗病毒免疫，但从这些研究中得出的经验并不总是适用于理解B7-H1/PD-1介导的肿瘤逃逸机制。

与在病毒感染过程中外周器官和淋巴器官常发的全身免疫抑制形成对比，肿瘤的逃逸机制经常发生在肿瘤部位，而外周器官和淋巴器官的免疫反应则相对正常。这可能部分解释了渐进肿瘤生长伴随血液中的肿瘤免疫升高的分裂，这表明如上所述T细胞免疫反应的启动没有受到损害。

这引出了正常化癌症免疫疗法的第二个重要原则：在肿瘤微环境中选择性调节免疫。

在肿瘤微环境中选择性调节免疫

B7-H1/PD-1通路与其他免疫抑制通路的主要区别是，在正常的生理条件下，B7-H1/PD-1在非淋巴组织中处于最低活性。

在这方面，B7-H1蛋白没有在稳态的正常人体组织中表达（除了胎盘、扁桃体、肺和肝内的一小部分巨噬细胞样细胞），尽管B7-H1的mRNA在各种正常组织/细胞中广泛存在。与此相反，这种膜受体可以广泛地由I型和II型IFN诱导，并在包括肿瘤和病毒感染组织的炎性组织内的造血细胞和非造血细胞的细胞膜上展示。

由于PD-1广泛存在于外周血、肿瘤和非肿瘤淋巴器官的效应记忆T细胞上，抗PD治疗的特异性效果是由肿瘤微环境中B7-H1的选择性表达决定的。

在非发炎的组织中，B7-H1的最小表达方式通过防止对正常组织的损伤，并允许更集中、更精确的免疫反应和更少的全身免疫激活确保了抗PD治疗的肿瘤部位的选择性效果。

在抗PD治疗的早期临床试验中，抗PD-1或抗B7-H1mAb在剂量递增试验时未能达到最大耐受剂量，这证实了其最小的全身毒性。剂量依赖性的毒性增加同样不存在，与剂量为1毫克/千克的剂量相比，10毫克/公斤剂量没有明显增加严重不良事件的发生率。

因此，该通路的肿瘤部位特异性主要是由IFN的局部诱导B7-H1作用决定的。通过这种方式，B7-H1表达通常是一种局部持续但损害抗肿瘤免疫反应的信号。组织学分析证实了这一概念，因为大多数人的肿瘤的B7-H1的表达方式表现为局灶或聚集而不是分散的分布，并且经常与T细胞浸润的位置相同。

一个尚不明确的事情就是目前还不能很好地理解为什么像IFN这样的可溶性细胞因子不会扩散到大面积的组织中，从而产生更深远的影响。对此，一种可能的解释是：

IFN受体的广泛分布在TME的各种类型的细胞中，这可能会阻止IFN进一步散播。

在抗PD治疗过程中，支持肿瘤选择性免疫反应的进一步证据是T细胞的选择性扩增和功能改进主要是在肿瘤部位，而在外周血液中检测到的免疫细胞激活标记和肿瘤消退之间缺乏相关性。这与增强免疫疗法形成了鲜明的对比，后者通常能有效地激活全身免疫反应，但在肿瘤部位却表现出微弱的免疫激活。

在肿瘤微环境中重置免疫

在抗PD治疗的基础研究和临床研究中，最有趣但不太为人所知的观察是它在TME中重置或重新规划抗肿瘤免疫的能力。

B7-H1/PD-1通路似乎是一个“总开关”，在一些癌症患者中决定了整个TME的命运，因为操纵单个通路(阻断B7-H1/PD-1相互作用)，在某些情况下,甚至是一剂抗-PD疗法就可以将一个最初高度抑制的TME改变成一个高度活跃的炎性位点。

在抗PD治疗1期临床试验中，一些患者经单剂量的抗PD治疗就表现出客观的肿瘤收缩。因为在细胞和分子水平上，免疫功能障碍或缺陷往往是多方面的，这些观察结果令人鼓舞，并暗示，至少在某些患者中，使单一主通路正常化就足以触发重置过程，而且没有必要纠正TME中的所有缺陷——这可能也是为什么目前仅仅抗PD治疗单药使用就使得部分患者可以长期治愈的原因。

从目前可用的数据中，我们推测，大多数晚期癌症患者并没有全身性的免疫缺陷，他们的免疫系统仍然在不断地向TME提供新生成的效应T细胞。这是正常化免疫疗法的重要免疫学基础。

晚期癌症患者的TME可能被认为是一种恶劣的免疫环境，在这种环境中，各种免疫逃逸机制在肿瘤恶化过程中已经形成。

抗PD治疗的作用机制可能是多方面的，包括恢复那些已经功能失调的T细胞的功能，以及防止新到达的效应T细胞在TME中功能紊乱。这些重新振作的T细胞，在PD-通路阻断下，以及新到达的免疫细胞被保护而不受PD-通路抑制的影响，可能有助于在TME中重新设置免疫反应，而作为效应细胞对抗肿瘤细胞。这一正常化过程的一个重要但不太为人所知的结果是记忆T细胞的产生，人们相信它能提供抗PD治疗的持久抗肿瘤效果。

目前我们还不知道肿瘤抗原特异性记忆T细胞的起源，它们如何以及为什么成为记忆T细胞，以及如何调节它们。理解这些问题将决定我们如何以及何时能够精确地使用这些疗法。

而在下一篇中，我们将为大家带来最后一篇内容——如何利用免疫正常化理论开发出更好的癌症治疗策略。

本文由上海细胞治疗集团研究院刘韬翻译，汪鹏整理，文章最终解释权和图片所有权归原作者所有。