北京时间10月1日下午5点30分，诺贝尔奖委员会在瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，詹姆斯·艾利森（左）以及本庶佑（右）因在“发现负性免疫调节治疗癌症方面作出的重要贡献”而被授予诺贝尔生理学或医学奖。他们关于负性免疫调节的发现是对抗癌症的又一个里程碑。
詹姆斯·艾利森（左）本庶佑（右）
癌症的治疗有许多方法，包括手术、放射、化疗等。然而现在，负性免疫调节治疗彻底改变了癌症治疗。负性免疫调节，是一种免疫调节机制，通过激发身体自身免疫系统的潜力，使其对癌细胞发起攻击，从而用于癌症免疫治疗。
负面免疫调控的发现历程
在上世纪60年代，人们发现了一种叫做T细胞的白细胞。从功能上看，它对免疫系统至关重要——自诞生后，我们体内的T细胞就会慢慢发育，并学会识别身体中的异常。等到它们成熟后，一旦发现微生物入侵，或是恶化的细胞，就会开始增殖，并让免疫系统对威胁发起攻击。因此T细胞不仅能够帮助人类抵御外来各种病原体的侵扰，还可以及时发现并清除体内的异常细胞。
在T细胞表面，存在一种叫做T细胞受体（TCR）的分子。这种分子能识别外来细胞表面呈现的异体蛋白，从而激活T细胞引起免疫反应，杀死那些表现异常的细胞。进一步的研究发现，T细胞表面的CD28蛋白可能是它生效的关键，只要T细胞表面的CD28与TCR同时被激活，就足以让这些T细胞增殖，并保持激活状态。
继而发现一种叫做CTLA-4的蛋白与CD28非常相似，但尽管两者结构接近，功能却截然相反。为了防止T细胞过度活跃导致自身免疫疾病，CTLA-4的负面调控是必不可少的。
T细胞中主要表达CTLA-4的细胞为调节性T细胞（Treg），一类可以负向调节细胞免疫的T细胞；在缺失CTLA-4受体时，小鼠表现出T细胞过度活化伴随严重的自身免疫病。从而可以得出，Treg需要通过CTLA-4行使其功能。
免疫疗法的概括
通过阻断人体抗肿瘤反应的抑制信号来增强患者对肿瘤的免疫应答被认为是当前最有希望的新型癌症免疫疗法。免疫治疗就是通过重新启动并维持肿瘤-免疫循环（肿瘤抗原的释放、呈递，启动和激活效应性T细胞，T细胞的迁移，浸润、识别肿瘤细胞，并清除肿瘤细胞），恢复机体正常的抗肿瘤免疫反应，从而控制与清除肿瘤的一种治疗方法。治疗方式包括单克隆抗体类免疫检查点抑制剂、治疗性抗体、癌症疫苗、细胞治疗、小分子抑制剂等。
CTLA-4和PD-1（已在‘【前沿】PD-1/PD-L1的最新研究进展’中介绍）被认为是免疫系统的两个重要的检查点（Checkpoint），它们对T细胞的免疫反应起着负向调控作用，而CTLA-4单克隆抗体类免疫检查点抑制剂的分子标志物。
CTLA-4（细胞毒性T淋巴细胞抗原4）表达于活化的T细胞表面的跨膜蛋白。CTLA-4是免疫球蛋白超家族的1型跨膜糖蛋白，长度为223个氨基酸，包括胞外、跨膜和胞质结构域，具有高度内吞的特性，大部分时间里CTLA-4是在胞内小体中存在。CTLA-4作用于免疫反应的启动阶段，其激活能够抑制T细胞免疫应答的启动，从而导致活化的T细胞减少并阻止记忆性T细胞的生成。研究发现，肿瘤细胞能够激活CTLA-4，使活化的T细胞失去活性，从而实现了肿瘤自身的免疫逃逸。
免疫疗法的发展
近年来，一些激活抗肿瘤免疫的方法已经被开发出来，特别是免疫检查点受体的调节。免疫检查点是免疫系统的调节剂，可以调节T细胞的增殖和活性，以及其他参与免疫调节的免疫细胞的活性。
目前FDA已经批准11个癌症免疫疗法，其中最多的为单克隆抗体类免疫检查点抑制剂如CTLA-4单抗、PD-1/PD-L1单抗，较热的为细胞疗法CAR-T。这些获批的疗法中仅有1个（Opdivo）在国内上市；6个进口申请已经批准临床，并且进入3期临床。
1997年，Allison和他的同事设计了一种抗体，可以与CTLA-4结合，消除对T细胞活性的抑制，并释放T细胞攻击小鼠的癌细胞。2010年的一项临床研究发现，这种抗体对患有晚期黑色素瘤的人有显著效果。
Ipilimumab由百时美施贵宝（Bristol-MyersSquibb，BMS）研发，于2011年3月25日获得FDA批准，2011年7月13日获得EMA批准上市，并由百时美施贵宝在美国和欧洲市场销售，商品名为Yervoy。Ipilimumab是一种细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4）的阻断剂，能结合CTLA-4，以阻止CTLA-4与其配体（CD80和CD86）的结合（在下文中提到，这一假说受到了质疑）。而阻断CTLA-4可以增加T细胞的活性和增殖能力。目前Ipilimumab已经获批7个适应症，其中三个是单独使用，4个为组合疗法，具体如下图所示：
CTLA-4可以促进更多的、可以抗癌的免疫细胞，到肿瘤周围以及肿瘤里面去；同时CTLA-4抗体可以清除掉肿瘤周围的不仅不能抗癌还促进癌症生长的免疫抑制性细胞。总而言之，CTLA-4的核心作用，就是把抗癌的免疫细胞都带到肿瘤组织里去，把促癌的免疫细胞清除掉。而PD-1抗体的核心作用，就是激活这些抗癌的免疫细胞。即尽管PD-1抗体可加强此类细胞的抑瘤作用，但是它们仍然保持细胞耗竭表型，这也表现在当PD-1抗体被撤回时免疫细胞会失去作用。因而PD-1抗体治疗需要长时间给药，而CTLA-4抗体只需要用四次。
综上所述，这两种免疫疗法的作用机制并不重叠，PD-1抗体疗法主要会触发线粒体氧化磷酸化途径，而CTLA4抗体疗法却能触发胞内大多数信号途径，其中还包括细胞周期调控途径。因此PD-1抗体和CTLA4抗体的联合治疗要比单药治疗更为有效。
肿瘤免疫疗法的发展趋势将是联合治疗。随着多种新型抗肿瘤疗法的发现，人们已经意识到单一疗法是无法攻克肿瘤这一顽疾的，因此我们需要发展不同机制的抗肿瘤联合治疗，如抗肿瘤疫苗与PD-L1联用、CAR-T疗法与PD-L1联用，以及肿瘤免疫疗法与基因疗法联用等。
对已有体系的争议和挑战
近期，很多的证据表明针对CTLA-4靶点的抗体药物并不是通过阻断CTLA-4/B7信号的方式来发挥功效。一些最新研究指出，通过改造优化抗体等手段来增强抗体对肿瘤内调节性T细胞的清除，可以使CTLA-4的癌症免疫疗法有更好的进展。
美国马里兰大学医学院刘阳教授和郑盼教授领导的免疫治疗联合课题组，是第一个发表论文公开质疑CTLA-4免疫检查点阻断假说的研究团队。即Ipilimumab并没有通过阻断CTLA-4/B7相互作用而发挥抗肿瘤效果，而清除Fc受体介导的高表达CTLA-4的肿瘤局部调节性T细胞则在有效的免疫治疗中至关重要[1]。另外一些研究人员提出了：抗体的Fc片段对抗CTLA-4的免疫治疗发挥功效是必不可少的，CTLA-4依赖的抗体和Fc受体的结合，而不是对CTLA-4/B7作用的阻断，能解释CTLA-4抗体的抗肿瘤作用[2]；优化抗体的Fc片段，或者采用高亲合力的Fc受体突变体，可以增强抗体依赖的细胞介导的细胞毒性（ADCC），从而明显改善CTLA-4抗体的治疗结果[3]；Ipilimumab是通过活体靶向清除肿瘤内Treg细胞来发挥治疗效果的[4]等观点。
此研究成果有助于研发新一代高效的抗CTLA-4抗体以及其它以CTLA-4为靶点的抗癌药物。
免疫检查点感受器的调节一直是最成功、最令人兴奋的癌症免疫治疗方法之一。目前，以单克隆抗体为主的几种免疫检查点调节剂的效果显著。然而，在大多数患者中没有表现出反应和引起严重的免疫相关不良反应是主要的缺点。而免疫调节小分子的发展使其成为一种潜在治疗方式。但缺乏关于免疫检查点受体的结构信息阻碍了这些小分子抑制剂的合理设计，阻碍了计算机辅助药物设计等方法的使用[5]。
在2016年，Lee和他的同事[6]获得了CTLA-4/tremelimumabFab的晶体结构复合物，报道了克隆抗体的结合模式及药物结合后引起的构象变化。
结构分析使我们对原生配体和抑制剂之间的相互作用等基本特性有了更深入的了解。在研的替代方案中，特别是小分子抑制剂的研发，在不久的将来，肯定会出现一些新的发展。
参考文献：
1, Fei Tang , Xuexiang Du , Mingyue Liu. Anti-CTLA-4antibodies in cancer immunotherapy: selective depletion of intratumoralregulatory T cells or checkpoint blockade? Cell& Bioscience, 2018, 8 (1) :30.
2, Jessica R. Ingram , Olga S. Blomberg ,Mohammad Rashidian, Lest Ali, Scott Garforth, Elena Fedorov, Alexander A.Fedorov, Jeffrey B. Bonanno, Camille Le Gall, Stephanie Crowley, CamiloEspinosa, Tamara Biary, Edmund J. Keliher, Ralph Weissleder, Steven C. Almo,Stephanie K. Dougan, Hidde L. Ploegh and Michael Dougan. Anti–CTLA-4 therapyrequires an Fc domain for efficacy. Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America. 2018, 115 (15) :3912-3917.
3, Frederick Arce Vargas, Andrew J.S.Furness, Kevin Litchfield, Kroopa Joshi, Rachel Rosenthal, Ehsan Ghorani,Isabelle Solomon, Marta H. Lesko, Nora Ruef, Claire Roddie, Jake Y. Henry,Lavinia Spain, Assma Ben Aissa, Andrew Georgiou, Yien Ning Sophia Wong, MylesSmith, Dirk Strauss, Andrew Hayes, David Nicol, Tim O’Brien, Linda Ma˚ rtensson,Anne Ljungars, Ingrid Teige, Bjo¨ rn Frende´ us, TRACERx Melanoma, TRACERxRenal, TRACERx Lung consortia, Martin Pule, Teresa Marafioti, Martin Gore, JamesLarkin, Samra Turajlic, Charles Swanton, Karl S. Peggs, and Sergio A. Quezada. FcEffector Function Contributes to the Activity of Human Anti-CTLA-4 Antibodies. CancerCell. 2018, 33, 649–663.
4, Emanuela Romano, Monika Kusio-Kobialka,Periklis G Foukas, Petra Baumgaertner, Christiane Meyer, Pierluigi Ballabeni,Olivier Michielin, Benjamin Weide, Pedro Romero, Daniel E Speiser. Ipilimumab-dependentcell-mediated cytotoxicity of regulatory T cells ex vivo by nonclassicalmonocytes in melanoma patients. Index: Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 112,6140-5, (2015).
5, Rita C. Acúrcio, Anna Scomparin, João Conniot,Jorge A. R. Salvador, Ronit Satchi-Fainaro, Helena F. Florindo and Rita C.Guedes. Structure–Function Analysis of Immune Checkpoint Receptors to GuideEmerging Anticancer Immunotherapy.J. Med. Chem. 2018.
6, Lee, J. Y; Lee, H. T; Shin, W; Chae, J;Choi, J; Kim, S. H; Lim, H; Won Heo, T; Park, K. Y; Lee, Y. J; Ryu, S. E; Son,J. Y; Lee, J. U; Heo, Y.-S. Structural Basis of Checkpoint Blockade byMonoclonal Antibodies in Cancer Immunotherapy. Nat. Commun. 2016, 7, 13354.