2014-02-17 新时代精准医学

基因改造的免疫细胞正在帮助推动危及生命的癌症进入缓解，并产生轰动效应

几年前，当Michel Sadelain在癌症治疗会议上谈过继细胞转移（ACT），他的同事们半信半疑认为这似乎是一个具有刺激和非常规的方法：收集和基因改变病人的免疫细胞，培养他们攻击自身的癌症。 “曾经在多少个几乎空荡荡的房间谈过这个技术”，目前是纽约Sloan-Kettering癌症中心细胞工程中心主任的Sadelain说。

该技术通过获取人体自身T细胞充分激发免疫系统的力量， 使免疫细胞能识别和指挥其对抗外来入侵者和攻击病变细胞。 T细胞通过受体来扫描外来细胞表面上的抗原、激活T细胞、产生攻击效应。 从理论上讲，恶性肿瘤细胞应该是T细胞的理想目标，但肿瘤细胞具有免疫攻击屏蔽自己的方法。ACT，科学家们调整了T细胞，给他们一个战斗的机会，Sadelain称他们为“活药物”。

过去几年试点研究取得可喜成果，从而引发人们极大兴趣和几十个临床试验。成功故事尽管只涉及少数患者 ， 侵袭性癌症的肿瘤体在几天或几周内消失，突破了仅有数周或数月生存期，甚至有少数患者惊人的得到完全缓解。 Sadelain演讲的空房间不在出现。ACT突然抓获到科学家和制药公司目光，就好像它是一个新的方法，而不是已经发展了二十年。

但扩大这种疗法仍然面对科学和法律挑战。研究人员仍在学习如何控制这些细胞，以确保他们能够战胜癌症而不损伤正常组织，因为许多癌症抗原也存在于正常细胞。另一个问题是，目前还不清楚如何把ACT成为一个盈利性商业模式，收获和培养活细胞需要比处方药更多的时间和技能。因此，尽管制药公司申请大量专利和扩大生产，但这仅仅是个开始。正如其他任何治疗方法，公司仍然需要大样本、多中心的临床试验，以测试该疗法在更广泛患者的效果。但大型试验需要一种方式进行制造和分发大量细胞，所以需要公司具有长期盈利的信心和能力。

快速扩增人体细胞

ACT疗法具有三大策略，最成熟最简单的是来源于周围的肿瘤组织并含有可能抗肿瘤活性的免疫细胞，选择这些已启动攻击癌细胞的T细胞， 在实验室培养至足够数目，随同促进抗原特异性增值的T细胞生长因子白细胞介素-2（IL-2），重新注回到患者体内。然而，内源性免疫系统具有维持免疫应答的抑制机制，这些机制可以防止新注入细胞有效地工作，所以患者必须用药物或辐射耗尽内源性免疫细胞，让新注入的T细胞保留和充满身体。这种方法称为肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）， 已成功地用于治疗转移性黑素瘤。具有攻击特定的TIL一般很难收集，但在黑色素瘤，很容易通过活检获取。在过去的25年中，NIH肿瘤研究所免疫治疗学家、外科主任StevenRosenberg领导的小组证据表明，TIL治疗可以缓解甚至消除部分患者黑色素瘤。

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“在过去的试验中，40％接受治疗的患者黑色素瘤得到完全、长期的退缩”，Rosenberg说，最新成果发表于2011年，其中许多患者治疗前肿瘤已扩散至全身、用尽了其他治疗方法，这一成功生动地展示了T细胞对这一特定癌症强有力的、持久的效果- 甚至可以完全消除某些肿瘤。但目前的TIL方案面临两大问题。首先，患者必须等待4-6周的细胞生长，才可以开始治疗。第二个问题是需要专门的生产设施、培训基因改造和细胞培养特殊技能员工。得克萨斯大学MD安德森癌症中心的肿瘤免疫治疗专家Cassian Yee说，新方法可以使细胞在数天而不是数周完成扩增，并且正在研究更容易获得细胞、更具选择性，YEE和同事们一直研发分离血循环肿瘤特异性细胞技术。

杀伤细胞

因为收集肿瘤特异性T细胞困难，研究人员正在努力利用基因修饰T细胞杀伤癌细胞，称为T细胞受体（TCR）技术，给予细胞全新的受体，使他们能够识别特定肿瘤抗原，受体甚至可以修改，以提高他们的发现和锁定目标的能力。收获患者的T细胞，然后用病毒载体把编码新受体的基因递送到细胞中，同时修饰表达免疫因子使其迅速扩增、体内生存或者触发其他细胞攻击癌细胞。到目前为止，TCR疗法肿瘤缩小效果发生在部分转移性黑色素瘤、结肠直肠癌和滑膜肉瘤患者。这一方法的难点在于对T-细胞受体必须遗传上匹配患者免疫类型。

目前一项新的技术，称嵌合抗原受体（CAR），避免了这种限制。该技术使用编码人工、抗体样蛋白的基因，高度特异性的识别肿瘤细胞的表面抗原，而不需要相匹配的患者免疫类型。

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CAR 包含三部分：结合癌抗原的抗体、激活细胞的部分受体、和一个或多个刺激分子，刺激分子有助于T细胞持续增殖。当CAR被插入和表达在T细胞，作为一个开关一旦遇到匹配的抗原，使T细胞进入攻击模式。 “抗体提供合适的条件，找到肿瘤细胞，T细胞做杀伤的工作”，宾夕法尼亚大学Abramson癌症研究所转化研究中心主任CarlJune解释说。

虽然出现于20世纪80年代后期，CAR治疗方法最近才取得了在小规模临床试验的可喜结果。目前全部集中在CD19蛋白，CD19表达于B-细胞白血病和淋巴瘤。CD19也可表达在正常B细胞，是产生抗体免疫应答的一部分。这意味着CD19-CAR 可以发起攻击健康B细胞， 尽管可以用抗体缺陷方法进行管理。2011年，June 和他的同事报告说，CAR T细胞靶向CD19导致3例多个化疗疗程失败的晚期慢性淋巴细胞白血病（CLL）患者缓解，其中两名患者出现完全缓解；Sadelain研究小组用CD19CAR使5例成年急性淋巴细胞白血病（ALL）中的3例得到缓解，成人ALL是一种可怕的疾病，患者化疗后已经复发两次。研究人员目前正在观察是否用CAR治疗其他实体瘤，并得到抗白血病同样的效果。

攻击目标

现在，临床试验表明，工程T细胞能有效治疗某些类型的癌症，研究人员必须优化疗法来治疗各种恶性肿瘤。 Sadelain指出，即使研究表明，不同的共刺激分子产生不同的影响，至少对CAR是这样，可能会对某些癌症好于其他类型。因此，优化过程应包括给TCR和CAR为主的T细胞疗法提高目标分子质量和特异性，以达到最佳治疗反应。平衡免疫系统的组分以达到预期效果是理想化治疗。

 
设计有效的治疗需要为T细胞筛选肿瘤细胞表面抗原，发挥攻击作用而不损伤正常组织。这种特异性可能比研究人员最初认为的更加困难。许多癌细胞抗原也表达于正常组织，例如HER2，是基于治疗抗体曲妥珠单抗（trastuzumab或Herceptin)）的靶目标，也表现在心脏细胞。之前，研究人员治疗前必须了解每个候选目标是如何广泛表达于人体的所有组织。

最近的研究已经特别描述了当T细胞的意外攻击正常组织时发生了什么。在一项重组TCR的T细胞临床试验中，美国国家癌症研究所研究人员针对肿瘤特异性抗原MAGE-A3治疗时，九个病人中两例陷入昏迷和死亡。调查发现治疗的T细胞同时识别在脑组织中低水平表达的MAGE-A家族的另一成员。另一种类型的MAGE-A3-特异性TCR同时结合一个相似的蛋白质称为肌联蛋白造成两名患者死于心脏衰竭。 总部位于英国牛津的Adaptimmune公司已经开发出一套使所开发的T细胞受体避免将来意外反应的安全测试技术。

ACT的主要优点是它的速度 – 可以在几天到几周显示其效果，比其他免疫疗法更快 ， 但引发如此剧烈的反应可能是危险的。如一大肠癌患者在注入CART细胞后触发失控的免疫反应称为细胞因子风暴后死亡。这个过程也可能会造成所谓的肿瘤溶解综合征，有时曾因化疗致使大量死肿瘤细胞的化学成分溢入血而发生。“我们的身体没有甩掉3-8磅肿瘤的能力”而ACT疗法可以在几天之内做到这一点，宾夕法尼亚大学临床细胞和疫苗生产设施中心主任Bruce Levine指出。

今后发展

无论TCR和CAR疗法已经在多种癌症进行了测试，包括卵巢癌、胰腺癌、胶质细胞瘤和间皮瘤，这些研究结果将有助于确定该方法是否进行更广泛的应用。问题仍然存在，包括为什么有些患者ACT的治疗效果好于他人？  “因为利用患者自身细胞制造药物，来源有极大的差异”Sadelain说。部分患者T细胞可有已失去效力或增殖能力，而且功能更差。因此研究必须设法发现生物标志物，确定能更好发挥作用的细胞，用来预测病人的预后，以细胞治疗前进行分类、监测治疗的进展。

当前，ACT仍是一精品疗法，全球范围内只有少数医学中心进行，并限于中晚期患者、化疗耐药疾病的小规模试用，但正在发展到更大规模的试验。由于几个小组在过去几年中的成功，已引起医药行业的极大注意。扩大规模和商业化，基因修饰细胞需要比现存更便宜、更快、更自动化的方法来修改和扩增细胞。诺华公司已投入巨资以帮助在宾夕法尼亚大学符合更大的临床试验的制造流程建设。

各大公司主要集中于针对常见肿瘤抗原，如CD19和MAGE-A3，并非所有研究人员认为这是最好的办法。例如，Rosenberg认为最成功的策略将是一个完全个性化：工程细胞的靶抗原存在于每个病人的肿瘤细胞，而不在健康细胞中。这样做将需要大量的基因分析发现肿瘤特有的突变，然后制作各具特色细胞并与肿瘤相匹配的文库。这种策略可能是困难的，但他说，做一个有效的全身肿瘤治疗是当务之急。 “让我们来发现如何治愈癌症，即使是非常复杂的，”他说，然后找到一种简化方法治疗大量病人。

ACT疗法已成为主流，下一步骤是将观察是否以及如何将它们与其他癌症免疫疗法结合。 2012年12月，一个总部设在纽约的非营利癌症研究学院投入资金到肿瘤免疫学，联同在洛杉矶的娱乐产业基金会动用600万美元在三年内打造研究人员“梦之队” 。其目的是找出是否ACT可以有效地与另一令全世界兴奋的癌症免疫疗法-免疫检查点抑制剂结合。免疫检查点蛋白使癌症更有效的消除免疫反应信号 -  即抑制免疫系统。 ACT与检查点抑制剂同时应用，增强免疫反应和免疫系统攻击。